Как получают белый свет свечения светодиода

Особенности восприятия цвета

Человеческий глаз устроен таким образом, что чутко улавливает изменения цветовой температуры в диапазоне от 2500 до 10000 К. При этом ученые доказали, что именно от этого параметра освещения во многом зависит психосоматическое состояние.

Влияние цвета на эмоции

Самая приятная для человеческого глаза температура света относится к оранжевому и желтому спектру. Такой свет успокаивает и расслабляет. Лампы с такой цветовой температурой рекомендуют использовать в утренние и вечерние часы, чтобы сделать приятным пробуждение и полноценно отдохнуть после работы.

Холодные оттенки хороши для работы. Неслучайно в офисах чаще всего устанавливают лампы с холодным белым светом: они помогают сконцентрироваться, не дают отвлекаться от дел. Однако дома такие лампочки будут играть в минус: они перегружают нервную систему, могут спровоцировать тревожное состояние и бессонницу.

Оттенки, тяготеющие к синему спектру (цветовая температура более 6000 К) дают максимальное цветоразличение и четкость восприятия объектов, однако пребывание в помещении с таким светом в течение длительного времени вредит здоровью. Как правило, подобные лампы устанавливают в музеях, чертежных мастерских, ювелирных магазинах, в комнатах осмотра в больницах и т.д.

Связь цветовой температуры и освещения

Если уровень освещенности низкий, то лучше всего воспринимаются теплые тона, как у обычной лампы накаливания. Такое освещение может расслаблять и успокаивать. Если увеличивать уровень освещенности, то возникнет обратный эффект, цвета начнут искажаться и находиться в помещении будет некомфортно. В то же время если вкрутить одну лампочку с высокой цветовой температурой на большое помещение, появится ощущение тревожности (вспомните, как люди воспринимают лунный свет).

Примерная закономерность выглядит так:

  • освещенность менее 700 Лк — выберите теплый свет (до 2700-3400 К);
  • освещенность 700-2500 Лк — выберите холодный свет (3000-5000 К).

Вот диаграмма, которая показывает, как изменяется восприятие цветовой температуры в зависимости от уровня освещенности:

Еще одна интересная закономерность между цветовой температурой и освещением касается видимости в «зашумленной» оптической среде

Вы обращали внимание, что противотуманные фары имеют желтый свет? Дело в том, что длина волны у него в несколько раз больше, чем у белого света. Желтый свет не отражается от мелких предметов (в частности, водяной пыли), а огибает их

За счет этого при включении противотуманных фар водитель видит дорогу дальше, чем если бы использовал дальние фары с белым светом.

Принцип работы светодиода

Несмотря на рассмотренные технологические особенности, работа всех светодиодов базируется на общем принципе действия излучающего элемента. Преобразование электрического тока в световой поток происходит в кристалле, который состоит из полупроводников с разным типом проводимости. Материал с n­-проводимостью получают путем его легирования электронами, а материал с p-проводимостью – дырками. Таким образом, в сопредельных слоях создаются дополнительные носители заряда противоположной направленности.

Вообще, данное физическое явление применимо ко всем полупроводниковым диодам. Но в большинстве случаев длина волны фотона находится за пределами видимого спектра излучения. Чтобы заставить элементарную частицу двигаться в диапазоне 400-700 нм ученым пришлось провести немало экспериментов с подбором подходящих химических элементов. В результате появились новые соединения: арсенид галлия, фосфид галлия и более сложные их формы, каждая из которых характеризуется своей длиной волны, а значит, и цветом излучения.

Кроме полезного света, испускаемого светодиодом, на p-n-переходе выделяется некоторое количество теплоты, которая снижает эффективность полупроводникового прибора. Поэтому в конструкции мощных светодиодов должна быть продумана возможность реализации эффективного отвода тепла.

Плюсы и минусы светодиодов RGB

RGB-светодиодам присущи все достоинства, имеющиеся у полупроводниковых светоизлучающих элементов. Это низкая стоимость, высокая энергоэффективность, долгий срок службы и т.д. Отличительным плюсом трехцветных LED является возможность получения практически любого оттенка свечения простым способом и за небольшую цену, а также смена цвета в динамике.

К основному минусу RGB-светодиодов относят невозможность получения чистого белого цвета за счет смешения трех цветов. Для этого потребуется семь оттенков (в качестве примера можно привести радугу – ее семь цветов являются результатом обратного процесса: разложения видимого света на составляющие). Это накладывает ограничения на использование трехцветных светильников в качестве осветительных элементов. Чтобы несколько компенсировать эту неприятную особенность, при создании светодиодных лент применяется принцип RGBW. На каждый трехцветный LED устанавливается один элемент белого свечения (за счет люминофора). Но стоимость такого осветительного устройства заметно возрастает. Также бывают светодиоды исполнения RGBW. У них в корпусе установлено четыре кристалла – три для получения исходных цветов, четвертый – для получения белого цвета, он излучает свет за счет люминофора.

Схема подключения для RGBW-варианта с дополнительным контактом.

Цветовая температура в светодиодных лампах

Разные источники света способны выдавать свечение в ограниченном цветовом спектре. LED-светильники в этом плане фавориты: за счет особой конструкции они способны давать свет с температурой от 2200 до 15000 К. Для сравнения люминесцентные лампы дают 2700-6500 К, а лампы накаливания — 2700-3500 К.

Конструкция белых светодиодов

Цвет, излучаемый светодиодами, зависит от того, какой полупроводник используется в лампе. Изначально были получены полупроводниковые излучатели красного цвета, затем диоды с желтым и зеленым излучением. Получить чистое белое свечение невозможно. Для того, чтобы светодиодные лампы светились белым светом, используется три метода:

Какие виды светодиодов можно встретить на прилавках

Такие световые элементы могут отличаться по множеству признаков, но все же виды их классифицируют по конструктивным особенностям. Их можно отличить по маркировке, в которой указываются следующие обозначения:

  • DIP – это как раз индикаторный светодиод с небольшой силой светового потока. Корпус его состоит из эпоксидной смолы и имеет форму цилиндра с выпуклым или впалым верхом, играющим роль линзы. Внутри может быть 1, 2 или 3 кристалла разных цветов. В таком случае и ножек выводов будет больше – 2, 3 и 4 соответственно. Его прямым потомком стал диод «пиранья», который имел повышенную светоотдачу, однако он сильно нагревался и имел большой размер, а потому его производство прекратилось;
  • SMD – это уже современные элементы, о которых сегодня мы расскажем подробно. Они имеют малые размеры, но яркость их значительно выше, чем у предшественников. Они используются для осветительных приборов, таких как лампы и светодиодные ленты;
  • COB – одно из последних достижений в этой области. Представляет собой пластину, в которой находится множество кристаллов. Такие элементы имеют ровный и яркий свет и используются, помимо простых ламп, в прожекторах;
  • «Cree» — сверхъяркие компоненты, которые производит одноименная фирма, не передающая технологию и право изготовления никому. Фонари на таких элементах могут светить на расстояние даже в 2 км.

Светодиоды «Cree» — они очень маленькие

Теперь, поняв какие бывают светодиоды, можно перейти к разбору их положительных и отрицательных качеств.

Есть ли минусы у осветительных светодиодов?

О положительных сторонах таких элементов можно говорить очень долго. Мы постараемся слишком не нагружать уважаемого читателя большим объемом информации, описав все наиболее кратко.

Осветительные приборы на таких элементах очень экономичны – вся потребляемая электроэнергия преобразовывается в световую (нагрева практически нет), что и позволяет повысить их коэффициент полезного действия почти до 100% (для сравнения, КПД лампы накаливания всего 5-15%). Срок их службы обычно около 50000 часов, что может составить от 6 до 10 лет, что создает дополнительную экономию бюджета на приобретении осветительных приборов. Да и отсутствие нити накала вкупе с прочным корпусом создает дополнительную защиту от вибрации.

Многоцветные светодиодные ленты сейчас очень востребованы

Большим преимуществом является пожарная безопасность. Подобные LED-лампы работают при помощи драйверов, которые понижают напряжение, подаваемое на светодиоды. Так же драйвер регулирует и напряжение, не позволяя резкому скачку вывести из строя элементы или создать ситуацию, при которой они могут взорваться.

Что же касается недостатков, то они совсем незначительны. Конечно, раньше стоимость таких осветительных приборов была довольно высока. Но сейчас, если сравнивать цены на светодиодные лампы и стоимость КЛЛ, то они практически сравнялись. Многие считают недостатком то, что светодиодную ленту необходимо подключать через блок питания. Однако, как выяснилось, это скорее достоинство, обеспечивающее безопасность.

Удивительное оформление праздника при помощи светодиодов

Что означает это понятие?

До недавнего времени автомобильное освещение организовывалось за счет галогенных ламп. Сегодня же на их смену пришли более мощные и лучшие по светотехническим характеристикам световые источники – диодные лампы. Они используются повсеместно:

  • освещение дома и предприятий;
  • устройство подсветки на различных транспортных средствах (машины, мотоциклы, квадроциклы и т.п.);
  • оформление стендов наружной рекламы;
  • использование в прожекторах уличных и офисных осветительных приборов.

Что такое цветовая температура светодиодных ламп? Это понятие даже не подразумевает количество выделяемого ими тепла, а имеет несколько иное значение. Если говорить понятным языком, то это визуальный эффект восприятия светового источника человеческим глазом. «Теплота» каждого источника определяется по мере приближения оттеночного спектра к солнечному (желтому).

Спектр свечения с указанием каждого источника

Чтоб больше вникнуть в это понятие, можно провести ассоциацию с пламенем свечи. Если же речь идет о холодных оттенках, то тут больше ассоциация с цветом неба в различное время суток. Или вот еще, во время нагрева металла, он излучает характерное свечение. Сначала этот процесс сопровождается красными тонами. При повышении температурного режима цветовой спектр постепенно начинает смещаться к желтому, белому, ярко-синему и фиолетовому.

В чем измеряется эта характеристика? Само понимание температура подразумевает то, что она явно измеряется в градусах. В этом случае речь идет о Кельвинах., которые сокращенно прописываются заглавное буквой «К».

Для большего восприятия рассмотрим цветовую температуру светодиодных ламп в таблице, где каждому значению соответствует определенный цвет, наблюдаемый нами в быту и в жизни.

t°, КельвиныСветоизлучатель
800Первый этап видимого темно-красного свечения раскаленных металлических тел
1500-2000Свечение пламени свечи
2200Лампа накала мощностью в 40W
2800ЛН мощностью в 100W
3000ЛН мощность в 200W, галогенки
3400Свечение солнца на горизонте
3500-4200Лампы дневного света (ЛДС)
4300-4500Свечение солнца утром и в обед
4500-5000Дуговая лампочка на ксеноне, электродуга
5000Свечение солнца в полдень
5100-5600Световое излучение при фотовспышке
5700-7000ЛДС
6200Приближенный к ДС
6500Приближенный к полуденному солнечному
6500-7500Облачная погода
7500ДС, с преобладанием рассеянного от чистого голубого неба
7500-8500Сумеречное свечение
8600-9900Синее небо без облаков на северной стороне непосредственно перед восходом солнца
10000Световой источник с «бесконечной t°»
15000Ясное небо в зимнее время года
20000Синее небо в регионах, приближенных к полярному кругу

Свет цветовой температуры светодиодных излучателей немного другой. В отличие от спектра свечения металла при его нагреве, он имеет несколько иной вид излучаемого светового потока, что обусловлено другой методикой происхождения. Но при этом общая суть остается такой же: с целью получения необходимого оттенка требуется определенная t° светоизлучения. Также стоит отметить и тот факт, что эта характеристика никоим образом не связана с количество выделяемой светоэлементом тепловой энергии.

В очередной раз стоит напомнить, цветовая температура и физическая понятия не тождественные. В первом случае речь идет о яркости светового потока, во втором – о количестве выделяемого тепла.

ВИДЕО: Наука световой температуры

Таблица напряжения светодиодов

Чтобы светодиод обеспечивал при работе все характеристики, заданные его конструкцией и технологией изготовления, ему нужно обеспечить расчетное электропитание. Например, подать на его анод и катод напряжение, которое будет немного больше прямого напряжения p-n перехода. Избыток напряжения следует «погасить» на последовательно включенном резисторе. Резистор называется токоограничивающим. Он служит для того, чтобы не допустить превышения тока через p-n переход.

У светодиода два контактных вывода – анод и катод, катод короче анода. Если длина одинаковая, то определить их можно пальчиковой батарейкой. Если появился свет, значит, перед вами анод.

Таблица. Прямое напряжение p-n перехода светодиода цветного свечения.

Цвет свеченияНапряжение рабочее, прямое, В
белый3,5
красный1,63–2,03
оранжевый2,03–2,1
желтый2,1–2,18
зеленый1,9–4,0
синий2,48–3,7
фиолетовый2,76–4
инфракрасныйдо 1,9
ультрафиолетовый3,1–4,4

Руководство по выбору цветовой температуры в зависимости от имеющейся задачи освещения

Можно сказать, что более прохладные цветовые температуры (3500-5000K +) работают хорошо в окружающей среде, где Вы хотите способствовать повышению бдительности или спокойствия. Точно так же более теплые (2200-3000K) цветовые температуры, – особенно те, которые с высокими параметрами по шкале R9 – работают хорошо с предоставлением ощущения теплоты и комфорта, аналогично с богатой палитрой теплых «деревянных» оттенков, позволяющих выявить любые детали.

В последнее время также отмечаются огромные улучшения в возможности сделать уличное светодиодное освещение динамичным посредством цветовой настройки. Хотя это, вероятно, выходит за рамки этой статьи, настраиваемый цвет светодиода может быть отличным вариантом, если необходимо, чтобы цветовая температура была точно набрана или изменялась с течением времени. Конкретные приложения, где предусмотрена возможность цветовой настройки, позволяют изменить цветовую температуру освещения в зависимости от времени суток, сезонов, или даже конкретных дисплеев продукта.

Даже с рекомендациями, данными выше, если бы мы могли подчеркнуть одну вещь, наиболее важную для выбора правильного цвета для вашего пространства, это звучало бы как издевательство. Каждый светодиод имеет свою собственную ДНК и является уникальным. У каждого производителя свои процессы и конструкции. Короче говоря, не все продукты 2700K или 4000K выглядят одинаково у разных производителей, поэтому приобретите несколько образцов и установите их в своем пространстве. Нет лучшей альтернативы проверенному способу — видеть что-то в своем собственном пространстве своими глазами.

Холодные источники света, такие как некоторые HID или люминесцентные лампы, имеют высокую цветовую температуру (> 4000K) и излучают больше света в синем диапазоне. Говоря о прохладной цветовой температуре, стоит представить себе белый или синий свет школьных коридоров или больниц.

Характеристики и отличия светодиодных лент SMD 5050.

Светодиодная лента SMD 5050 самая популярная модель среди всей линейки лент. Объясняется это ее универсальностью.

Что такое SMD и цифры 5050? SMD расшифровывается с английского как Surface Mounted Device, т.е. устройство поверхностного монтажа. Ввиду того, что светодиод запаивается сверху подложки.

Ну а числа обозначают длину и ширину самого светодиода. 5мм — ширина и 5мм — длина.

Светодиод SMD-5050 трехкристальный. То есть в нем находится сразу три источника света, три кристалла.

Из-за большего размера и количества кристаллов, 5050 теоретически должен быть в 3 раза ярче, чем SMD 3528. На практике это не всегда так.

Такая трехкристальная технология имеет существенное преимущество. Именно благодаря ей, можно получить многоцветной светодиод RGB, а соответственно и многоцветную ленту.

В многоцветной ленте светодиоды залиты прозрачным компаундом, за счет чего мы и видим изменения цветов. А в монохромных, они полностью покрыты люминофором.

Хоть кристалик в них и синего цвета, но за счет заливки люминофором он дает разные оттенки:

Кроме того, в RGB чисто белого цвета вы не получите, он будет всегда с оттенком. Так как белый свет здесь получается комбинированием, путем задействования всех трех кристаллов красного-зеленого-синего.

Зато в них можно получить фиолетовый, не покупая специальную фитоленту. Говорят он благоприятно сказывается на росте комнатных растений.

А еще белый свет в монохромных лентах всегда будет в 2 раза ярче, чем в RGB. Поэтому если хотите нормальный белый свет и одновременно разноцветную ленту, то покупайте RGB+W или RGB+WW.

Естественный и приятный для восприятия белый свет это — Natural Whik 3800-4300К.

Как подключить цветную светодиодную ленту с пультом: схемы и способы подключения

Кроме того, в RGB чисто белого цвета вы не получите, он будет всегда с оттенком. Так как белый свет здесь получается комбинированием, путем задействования всех трех кристаллов красного-зеленого-синего.

Мнение эксперта It-Technology, Cпециалист по электроэнергетике и электронике Задавайте вопросы “Специалисту по модернизации систем энергогенерации”

RGB-лента в геймерскую комнату: зачем это нужно | Светодиодные панели | Блог | Клуб DNS Есть множество вариантов украсить свою комнату коллекционные фигурки, декоративные и живые растения, картины, плакаты и много чего еще. Спрашивайте, я на связи!

Устройство светодиодов filament — филаментных

Первое упоминание о филаментных светодиодах датируется 2008 годом. Однако, настоящее признание пришло к ним только в 2014-2015 году, когда на их основе стали выпускать лампы.

Сами по себе led filament — ни что иное, как отрезок из сапфира или стекла диаметром до 1.5 мм и длиной 3 см. Разные источники относят филаменты или к COB или COG ( chip on glass ). Это зависит от того, на какой подложке будет расти светодиод. Для удешевления процесса большинство маленьких производителей используют стеклянную подложку. Дешевизна — не единственное преимущество филаментов. Расположенные на нем диоды способны распространять свет на 360 градусов. Чего мы не сможем добиться. если будем применять обычные СМД или СОБ полупроводники. Стекло по сравнению с сапфиром плохо передает тепло, плюс к этому очень хрупкое. Поэтому, если заказывать лампы на основе филаментов, то необходимо просить продавцов о тщательной упаковке.

Устройство светодиодов filamen led основано на размещении 28 кристаллов на один отрезок последовательно. Для получения более теплого свечения в линейку добавляют красные диоды. Число кристаллов от этого не меняется. Их всегда будет только 28. Вся полученная конструкция заливается люминофором. Каждый отрезок потребляет от 0,8 до 1,3 Вт.

Далее полученные отрезки формируют в единое целое и «замуровывают» в колбу. Вот… На основании этой статьи родилась мысль написать статью о производстве именно филаментных ламп…

Филаментными диодами мы завершаем сегодняшнюю статью об устройстве светодиодов. В принципе, все идентично. За исключением лишь некоторых моментов. Так как мир не стоит на месте, то скорее всего будут появляться новые виды светодиодов. Возможно будет другое устройство. И если доживу, то обязательно буду дополнять этот материал. Если что-то пропустил, то прошу указать на это. Принимается только конструктивная критика).

Появление синих светодиодов

Синий свет, преобладающий в то время, когда солнце ярко светит в небе, создает особенно много проблем. Фоторецепторы или светочувствительные клетки в ваших глазах отслеживают синий свет, который в свою очередь запускает различные процессы в супрахиазматическом ядре, маленьком участке в гипоталамусе вашего мозга. Среди этих процессов и передача в ваш эпифиз информации о том, что при обилии синего света необходимо приостановить производство мелатонина, чтобы проснуться. Когда солнце заходит и количество синего света уменьшается, производство мелатонина возрастает и это помогает вам уснуть.

Мы находимся в самом центре небывалого светового эксперимента – не только по причине широкого распространения искусственного освещения вообще, но и потому, что в последние 20 лет в электронные приборы, такие как смартфоны, компьютеры и телевизоры с плоским экраном, стали встраивать мощную синюю светодиодную подсветку.

Светодиоды быстро вытесняют более ранние осветительные технологии, включая лампы накаливания и компактные люминесцентные лампы (КЛЛ). На это все есть важная причина, ведь светодиоды обладают значительно большей энергоэффективностью, они более долговечны и дают отличное качество освещения по сравнению с прочими видами освещения.

Согласно данным от Министерства энергетики США, светодиоды потребляют как минимум на 75% меньше энергии, при этом их срок службы в 25 раз дольше, чем у лампы накаливания.

По оценкам, по сравнению с полным отсутствием светодиодов, при широком использовании светодиодов в США до 2027 года, в год можно было бы сэкономить количество энергии, эквивалентное электрической мощности 44 крупных электростанций, что дало бы общую экономию не менее 30 миллиардов долларов США, — сообщает Министерство энергетики.

Светодиоды отличаются от ламп накаливания тремя основными признаками:

  1. У них очень низкое тепловое излучение по сравнению с лампами накаливания и КЛЛ, отдающими 90% и 80% своей энергии соответственно в виде тепла
  2. Светодиоды создают направленный поток света, что делает их очень эффективными и снижает потребность в отражателях и рассеивателях
  3. Светодиоды дают смесь красного, зеленого и синего света, эти цвета обычно объединяют для получения белого света; их свет ярче, белее и синее, чем свет ламп накаливания, содержащий намного больше желтого и красного света

«Белый» свет светодиодов такой яркий и энергоэффективный, что около 10% муниципалитетов в США используют их для уличного освещения, и ожидается, что их количество будет расти. К сожалению, эти изменения вызвали целый ряд новых проблем.

Какой свет лучше: теплый или холодный

Лампы холодного и теплого света

Свет принято разделять на теплый и холодный. Теплый лучше всего подходит для вечера, в дневное же время наиболее естественен холодный свет. Играя важную роль в формировании циркадных ритмов человека, теплый свет помогает нам расслабиться, забыть о дневных заботах и подготовиться ко сну.

Холодный же, наоборот, держит нас в тонусе, заставляет быть бодрее и энергичнее. Но и холодный, и теплый свет могут нарушить работу наших внутренних часов, застав нас в неподходящее время.

Цвет света выражается в цветовой температуре (измеряемой в кельвинах), равной температуре абсолютно черного тела, при которой оно испускает излучение такого же цвета. Вас может смутить, что теплому свету соответствует низкая температура, а холодному – более высокая, но, к сожалению, это именно так.

Так, свет с цветовой температурой 2700-3000 K называется теплым, имеет желтоватый оттенок и является типичным для ламп накаливания. Как видно из их названия, светятся они за счет раскаленной вольфрамовой спирали, фактическая температура которой напрямую связана с температурой цвета.

Люминесцентные лампы бывают как мягкого белого света с температурой 3000 K, так и с холодным светом – от 4000 до 6500 К.

Во время восхода и заката солнечный свет чуть теплее, чем свет лампы накаливания – около 1800 К, в полдень в ясную погоду – 6500 К. Именно поэтому теплый свет от искусственных источников ассоциируются у нас с вечером, а холодный – с ярким солнечным днем.

Стоит заметить, в пасмурный день рассеянный солнечный свет может достигать температуры 10000 К, что наряду с отсутствием видимых теней действует на человека угнетающе. К счастью, лампы с такими характеристиками практически не встречаются (разве что у фотографов).

От Луны по ночам исходит голубоватый холодный свет с температурой 4100 K. Свет пламени спички или свечи обычно имеет температуру в диапазоне 1700-1900 K.

При теплом освещении мы воспринимаем цвета предметов, как правило, немного не так, как при обычном дневном. Лампа накаливания, например, усиливает теплые тона, и приглушает холодные.

На это стоит обратить внимание при покупке мебели и деталей интерьера. Во избежание неприятных сюрпризов их следует выбирать при освещении, максимально приближенном к имеющемуся у вас в квартире

Также помните, что на цвет могут влиять не только характеристики самой лампы, но и абажуры, плафоны и прочие рассеиватели.

С возрастом хрусталики в наших глазах могут немного желтеть, поэтому мы начинаем видеть все в более теплых тонах. Добавление холодного света в освещение может помочь в такой ситуации.

Теплый или мягкий белый свет отлично подходит для создания ощущения уюта в жилых пространствах, где мы хотим чувствовать себя расслабленно и комфортно. Избыток теплого света на рабочем месте может влиять на вас усыпляюще и мешать сосредотачиваться на нужных задачах. Именно поэтому в офисных помещениях обычно преобладают светильники с холодным светом.

Тёплый свет в Кельвинах

Теплый свет расслабляет и создает атмосферу уюта. Теплый белый: цветовая температура ниже 3500 K. Лучше выбирать именно нужное значение цветовой температуры в Кельвинах, так как у разных производителей понятия «теплый» могут различаться.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitter
Напишите комментарий