|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE LED super lumineuse - la base de l'éclairage à économie d'énergie. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / éclairage Plus récemment, l'auteur de cet article a été témoin de la façon dont un colporteur dans un wagon de métro faisait la publicité d'une lampe à DEL. "Les ampoules super brillantes de cette lanterne", a crié le vendeur par-dessus le bruit d'un train en mouvement, "utilisent peu d'énergie, ce qui signifie que vous n'avez pas à changer souvent les piles". Il y a probablement une vérité publicitaire dans ses paroles: tout le monde connaît les lampes à incandescence, mais pour mentionner une source de lumière fondamentalement nouvelle - peut-être qu'ils se demanderont si ces LED super brillantes sont si bonnes et si une lampe de poche fabriquée à partir de celles-ci sera servir de manière si fiable est inconnue. Bien que très, très nombreux soient conscients d'une tâche aussi triviale que l'utilisation d'une LED comme dispositif de signalisation lumineuse. Vous pouvez même dire qu'en termes de prévalence, les LED conventionnelles peuvent facilement rivaliser avec les lampes à incandescence, et dans la vie de tous les jours, elles sont très courantes aujourd'hui - rappelez-vous simplement les interrupteurs domestiques avec indication lumineuse conçus pour les rechercher dans l'obscurité. Les LED de signalisation LED modernes (diode électroluminescente) sont produites en quantités énormes, ont une couleur de lueur différente, ce qui est très pratique pour les dispositifs de signalisation, différentes conceptions. Vous pouvez acheter des modèles bicolores qui changent de couleur en douceur en fonction du rapport des signaux d'entrée, vous pouvez - clignoter lorsque la tension est appliquée, vous pouvez - avec une base standard pour remplacer les lampes à incandescence dans les luminaires de signalisation. Mais laquelle des LED standard est la source lumineuse au sens où nous entendons la source lumineuse ? Après tout, le maximum de ce qu'il suffit, c'est de mettre en évidence l'indicateur à cristaux liquides d'un téléphone portable. N'est-il pas difficile d'imaginer qu'une personne puisse vivre normalement à la lumière de sources lumineuses à semi-conducteurs, qu'elle fasse son travail quotidien, lit un livre, ait des conversations agréables dans une atmosphère chaleureuse... Diriez-vous de la fantaisie ? Non, c'est juste la réalité du temps présent. La propriété d'émettre des ondes lumineuses par les jonctions pn est une propriété fondamentale de tous les semi-conducteurs. Mais ils sont dotés de cette capacité à des degrés divers. Par exemple, les jonctions pn en silicium utilisées pour fabriquer des transistors et des diodes ordinaires sont totalement inadaptées même aux LED ordinaires : elles émettent très peu d'ondes lumineuses. Les semi-conducteurs à base de composés de gallium (phosphure de gallium et arséniure de gallium) rayonnent beaucoup mieux, c'est donc sur leur base que sont produites les LED rouges, jaune-vert et vertes bien connues. L'efficacité lumineuse de ces appareils dans les années 60 du siècle dernier n'était que de 1,5 lm / W. Un peu plus tard, les résultats de la recherche ont permis d'augmenter l'efficacité de rayonnement des semi-conducteurs jusqu'à 10 lm/W. Le développement des technologies de production de nitrure de gallium a conduit à l'émergence des LED bleues. Et ici, il est temps de penser aux LED émettant de la lumière blanche. Les LED blanches sont apparues pour la première fois sur le marché mondial en 1998. Les indicateurs d'efficacité des sources lumineuses à semi-conducteurs obtenus à ce jour ne sont pas impressionnants: l'efficacité lumineuse des échantillons commerciaux de LED émettant dans la partie rouge-jaune du spectre est de 65 ... 75 lm / W, dans la région verte - jusqu'à jusqu'à 85 lm/W, et dans la région blanche luminescence jusqu'à 100 lm/W. En route - des échantillons commerciaux de lumière blanche avec une efficacité d'environ 150 lm / W, et ce n'est pas la limite. Autrement dit, en moyenne, au cours des 50 années d'existence des sources à l'état solide, leur efficacité a augmenté de près de deux ordres de grandeur. En général, le rendement lumineux d'une LED "très moyenne" à spectre d'émission "blanc" se situe aujourd'hui au niveau du rendement lumineux d'une bonne lampe fluorescente, et l'augmentation du rendement lumineux se poursuit. Et le coût élevé de la production de sources à semi-conducteurs se traduit par une durée de vie fantastique - plus de 100000 XNUMX heures de fonctionnement continu sans problème, ainsi que la plus grande fiabilité mécanique et climatique, un fonctionnement ininterrompu à très basses températures, l'absence de substances nocives matériaux tels que le mercure, la possibilité d'un réglage élémentaire de la luminosité, garantissant les exigences de sécurité incendie en termes de faible rayonnement thermique, de faibles coûts de maintenance. Certes, il y a une circonstance qui introduit une certaine dissonance dans cette "chanson de victoire" sur les ressources fantastiques des LED super lumineuses. Le fait est que les diodes électroluminescentes ont tendance à "vieillir" en cours de fonctionnement, ce qui se traduit par la perte de leur capacité d'émission, et donc de l'efficacité du rayonnement. Cependant, des fabricants mondiaux réputés de LED ultra-lumineuses garantissent que leur émissivité initiale est maintenue à 80% pendant la moitié de leur durée de vie. Sur les forums Internet, l'auteur de l'article a rencontré des déclarations péremptoires sur la vie réelle des sources LED dans les 2 ... 3 mille heures. Cela ne peut s'avérer vrai que dans deux cas : lorsque des produits de fabrication douteuse sont utilisés, ils peuvent réellement perdre jusqu'à 40 % de l'efficacité du rayonnement pendant ces mêmes 3000 heures de fonctionnement, ou lorsque les LED fonctionnent à des températures nettement supérieures à modes de fonctionnement nominaux. Et maintenant, familiarisons-nous avec les technologies permettant d'obtenir une lumière blanche "à l'état solide" à partir du rayonnement "multicolore" des LED standard. Actuellement, il existe quatre méthodes pour obtenir de la lumière blanche, qui sont toutes activement utilisées dans l'industrie de la "technologie à l'état solide". Sur la fig. 1 montre la méthode de mélange de différentes couleurs, à savoir la triade RVB classique, c'est-à-dire le rouge, le vert et le bleu. Sur un cristal de la source LED, des cristaux électroluminescents multicolores sont étroitement disposés dans un ordre de mosaïque, leur lumière est focalisée par une lentille de sorte que le spectre d'émission total soit proche de la lumière naturelle du soleil. En contrôlant séparément les canaux R, G et B, vous pouvez obtenir n'importe quelle couleur (ou nuance de couleur) de la lueur LED. L'inconvénient de la méthode est également évident: il s'agit d'une lourdeur importante (et donc d'un coût élevé) de fabrication et de la nécessité d'un équilibrage des couleurs des canaux R, G, B, car les LED de couleurs différentes ont une efficacité de rayonnement différente. Cependant, cette méthode est de plus en plus utilisée dans la création d'affichages publicitaires extérieurs en couleur.
Les principales dispositions de la deuxième méthode d'obtention de lumière blanche sont empruntées aux principes de fonctionnement d'une lampe fluorescente. Dans ce cas (voir Fig. 2), un luminophore tricolore spécial est appliqué sur la surface intérieure du boîtier de la LED émettant des ondes dans la gamme UV, qui, sous l'action du rayonnement, commence à briller de lumière blanche. Parmi les défauts de la méthode, il convient de mentionner son rendement lumineux peu élevé. C'est pour cette raison que les troisième et quatrième méthodes se sont révélées être les plus avancées technologiquement et les plus rentables commercialement. Mais le plus intéressant est que ces méthodes sont un développement logique de la deuxième méthode, c'est-à-dire qu'elles utilisent également l'effet de luminescence.
La technologie de la troisième méthode est basée sur l'utilisation d'une LED bleue, mais le cristal émetteur de lumière est ici entouré d'un réflecteur constructif, sur lequel un luminophore à lueur jaune est appliqué. Ainsi, lorsque les couleurs sont mélangées, une lumière est produite qui a une composition spectrale très proche du blanc, comme le montre la Fig. 3.
La quatrième méthode a peu de différence avec la troisième et, en fait, est son développement logique visant à améliorer la composition spectrale de la lumière émise. Cette méthode est basée sur la même diode électroluminescente bleue, le même réflecteur constructif est fourni, mais deux types de phosphore y sont déjà déposés - avec des couleurs de lueur verte et rouge (voir Fig. 4).
La grande majorité des LED commerciales avec un spectre d'émission proche de la lumière blanche sont fabriquées sur la base de la technologie de luminescence à un ou deux phosphores. Pour cette raison, la lumière de ces LED a une légère teinte "froide" bleu-violet. Que dire du coût de la « lumière à semi-conducteurs » et de la faisabilité économique de sa mise en œuvre ? À ce jour, la "lumière à semi-conducteurs" est la source d'énergie lumineuse la plus chère, si, bien sûr, seul le coût de "production" d'une unité d'énergie lumineuse est pris en compte. Le prix de 1 lumen de "lumière à semi-conducteurs" est encore 30...50 fois plus élevé que le coût de 1 lumen produit par une lampe à incandescence classique. Par exemple, l'auteur a pu acheter une lampe LED de 5 W pour 15 $, tandis qu'une lampe à incandescence ordinaire avec le même rendement lumineux et une consommation électrique de 60 W coûte un peu moins de 1 $. Un autre calcul montre qu'une matrice de 20 LED ultra-lumineuses avec un coût total de 20 $ en rendement lumineux est proche d'une lampe halogène de 20 W avec un coût de 1 $. Mais ne vous précipitez pas pour tirer des conclusions. En comparant la durée de vie des lampes à incandescence LED et classiques, ainsi que leur efficacité lumineuse, on peut dire que les économies sont évidentes. C'est juste que les économies ne sont pas à court terme, mais à long terme. Selon les experts, la dynamique de la baisse du coût des sources lumineuses à semi-conducteurs ne sera pas aussi rapide que l'augmentation de leur rendement lumineux : on s'attend à ce que le coût ne baisse que de 20 % avec un doublement de l'efficacité de utiliser. La promotion des sources LED sur les marchés suit le scénario suivant : au début, elles étaient utilisées comme éclairage secondaire (décoratif), et aujourd'hui, des travaux sont déjà en cours pour éliminer progressivement les lampes à incandescence et halogènes. Déjà, les constructeurs automobiles développent activement des feux de route et de croisement basés sur des LED blanches. Les réalisations de développement sont impressionnantes : un flux lumineux de l'ordre de 1000 lm a été obtenu, ce qui correspond à une lampe au xénon standard. Avec les indicateurs de direction à l'étranger, tout est beaucoup plus simple - les technologies ont été élaborées et sont rapidement introduites. Sur la fig. La figure 5 montre un feu de croisement à LED pour automobile industriel de 106 mm de diamètre composé de 4 LED ultra-lumineuses.
Et maintenant, nous allons parler des caractéristiques optiques des LED ultra-lumineuses et, en particulier, de la manière dont ces données sont présentées dans la documentation technique. Toute LED émet un flux lumineux dans une direction, c'est-à-dire inégalement, selon la position par rapport à l'observateur. Certaines LED ont une directivité prononcée : elles brillent comme de petits projecteurs. D'autres ressemblent à une lampe à incandescence avec un réflecteur - les ondes lumineuses se propagent ici dans un secteur spatial assez large. S'il est nécessaire d'assurer l'uniformité du rayonnement spatial, un assemblage constructif de LED dirigées dans différentes directions aide. La principale caractéristique optique spatiale d'une LED est sa directivité. Les fabricants décrivent le type de directivité, d'une part, par l'angle de rayonnement (angle de rayonnement), et d'autre part, par le diagramme de rayonnement. Si la première caractéristique n'est qu'un simple "nombre", la seconde est un graphique beaucoup plus informatif. Le type de diagramme de rayonnement est extrêmement important à connaître pour un ingénieur en conception d'éclairage. Sur la fig. La figure 6 montre le diagramme de rayonnement le plus informatif de la LED blanche NSPW515BS, fabriquée par NICHIA, l'un des leaders mondiaux de l'industrie des LED. La partie droite du diagramme est faite en coordonnées polaires et la partie gauche - en cartésien. Dans de tels graphiques, l'argument est l'angle de rotation par rapport à l'axe principal (la ligne de rayonnement maximum) et la fonction est une quantité sans dimension. Le graphique le long de la ligne de la fonction est normalisé à la valeur de rayonnement maximale, et l'intensité lumineuse, donnée en mcd à une certaine valeur du courant direct de la LED, agit comme une valeur de normalisation. Dans le diagramme de rayonnement, ce paramètre correspond à une "unité" sans dimension.
Dans certains cas, lorsque le diagramme de rayonnement est suffisamment large (ces LED ne sont généralement destinées qu'à un éclairage non directionnel), la valeur du flux lumineux est donnée en lm, ce qui est très pratique pour calculer l'éclairement à l'aide de méthodes standard. Les entreprises fournissent également dans la documentation technique le type de caractéristique spectrale du rayonnement des LED. Pour quoi? Le fait est que la température de couleur de la lumière affecte grandement l'état émotionnel d'une personne. Jusqu'à présent, l'éclairage LED avait une image "froide", "sombre", "inconfortable". Cependant, des LED blanc chaud sont récemment apparues sur le marché, qui imitent la lumière d'une lampe à incandescence. En particulier, de telles LED figurent également dans la nomenclature de NICHIA. La différence entre le rayonnement des LED blanc chaud et le rayonnement de type blanc est clairement démontrée sur la Fig. 7, qui montre les spectres des LED mentionnées.
Analysons les spectres présentés. L'émission d'une LED de type blanc est rendue "pâle" par un pic de forte amplitude dans la région "bleue" du spectre, tandis que dans une LED blanc chaud, la composante bleue est "écrasée" par l'émission plus intense d'un jaune phosphore, qui colore l'émission d'une teinte "chaude". D'autre part, il est nécessaire d'évaluer les paramètres électriques des LED. Ceci est le plus clairement décrit par la caractéristique courant-tension (CVC), c'est-à-dire la dépendance du courant traversant la diode à la tension qui lui est appliquée (Fig. 8). Lorsqu'une tension inverse (de blocage) est appliquée, aucune diode, y compris une LED, ne conduit le courant. Mais, contrairement aux diodes de redressement, les LED ne permettent pas de grandes tensions inverses. La limite de tension inverse standard des LED ne dépasse pas 5 V, il est donc recommandé de faire attention à la "polarité inversée".
La branche directe du CVC des LED ne diffère du CVC des diodes conventionnelles que par la valeur de la tension d'ouverture et la chute de tension à l'état ouvert. Si les diodes au germanium s'ouvrent à une tension de 0,1 ... 0,2 V, au silicium - à 0,6 ... 0,7 V, la tension d'ouverture des LED se situe dans la plage de 1,2 ... 2,9 V. Après ouverture, la tension sur les LED augmentent légèrement avec l'augmentation du courant, se stabilisant à un certain niveau déjà à un courant d'environ 1 mA. De la fig. 8 montre également clairement que la différence entre la tension d'allumage de la LED et l'augmentation incontrôlée du courant qui la traverse n'est que de 0,3 V. Une LED, comme tout semi-conducteur, ne peut pas laisser passer des courants infiniment grands - elle fondra simplement à cause du chauffage. Par conséquent, il est nécessaire d'utiliser un ballast qui va "rembourser" l'excès de tension sur lui-même et limiter le courant circulant. Étant donné que les LED sont alimentées par une tension constante (ou pulsée), le ballast le plus simple est principalement la résistance active habituelle. Il existe également des types de ballasts plus complexes et plus économiques basés sur des sources de courant électroniques. Auteur : B. Semenov
Teneur en alcool de la bière chaude
07.05.2024 Facteur de risque majeur de dépendance au jeu
07.05.2024 Le bruit de la circulation retarde la croissance des poussins
06.05.2024
▪ L'air des temples est dangereux pour la santé ▪ Moniteur RCA Evolution Premium (M27PG135F) ▪ L'imprimante 3D et les ultrasons vont accélérer le traitement des fractures ▪ Carte de développement Winkel Board ▪ Bracelets de fitness pour vaches
▪ rubrique du site Histoires de la vie des radioamateurs. Sélection d'articles ▪ article Pitch de l'enfer. Expression populaire ▪ article Qui étaient les premiers astronomes ? Réponse détaillée ▪ Article Analyste des processus d'affaires. Description de l'emploi
Page principale | bibliothèque | Articles | Plan du site | Avis sur le site
www.diagramme.com.ua |
Voir d'autres articles section 
Dernières nouvelles de la science et de la technologie, nouvelle électronique :
Toutes les langues de cette page