Не стало бы возможным, если б не изобретение технологии получения настоящего белого цвета. Ведь даже самая мощная светодиодная лампа вряд-ли найдёт массовое применение если не будет светить белым цветом. В светодиоде электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод мало нагревается, что делает его очень удобным. Светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, а вредные дополнительные ультрафиолетовые и инфракрасные составляющие излучения - отсутствуют.
Прочен и надежен, а срок службы может достигать 20 лет. Но и это не предел. Некоторые фирмы начинают внедрять в производство новейшую разработку, позволяюшую довести срок службы LED приборов до 100 лет! Так как же получают белый свет в светодиодах? Есть несколько способов изготовления белого светодиода.
1. Желто-зеленый или зеленый с красным, люминофор наносятся на голубой светодиод, так что излучения смешиваются, образуя близкий к белому свет.
2. На поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне, наносится три люминофора, излучающих голубой, зеленый и красный свет.
3. Смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы и получается белый свет.
На практике чаще всего используют синий светодиод с желтым люминофором и ультрафиолетовый светодиод с белым люминофором. сделал возможным внедрение такого освещения во все сферы жизнедеятельности и промышленности. Сейчас использование светодиодых ламп в качестве источников света, многократно превосходит осветительные приборы, где используются традиционные источники света благодаря своим неоспоримым преимуществам.
Мощные белые светодиоды выпускаются в корпусах для поверхностного монтажа, позволяющих использовать высокоэффективные технологии производства готовых изделий на печатных платах и стандартных технологических процессов пайки без применения клеев и дополнительных приспособлений. С каждым годом ведущие кампании мира делают всё новые усовершенствования по повышению значений светового потока и световой отдачи, а также надежности светодиодов.
Обсудить статью БЕЛЫЕ СВЕТОДИОДЫ
Полосе с максимумом в области жёлтого (наиболее распространённая конструкция). Излучение светодиода и люминофора, смешиваясь, дают белый свет различных оттенков.
История изобретения
Первые полупроводниковые излучатели красного цвета для промышленного использования были получены Н. Холоньяком в 1962 году. В начале 70-х годов появились светодиоды жёлтого и зелёного цвета свечения. Световой выход этих, в то время ещё малоэффективных, устройств к 1990 году достиг уровня в один люмен . В 1993 году Сюдзи Накамура , инженер компании Nichia (Япония), создал первый синий светодиод высокой яркости. Практически сразу появились светодиодные RGB-устройства, поскольку синий, красный и зелёный цвета позволяли получить любой цвет, в том числе и белый. Белые люминофорные светодиоды впервые появились в 1996 г. В дальнейшем технология быстро развивалась, и к 2005 году световая отдача светодиодов достигла значения 100 лм/Вт и более. Появились светодиоды с различными оттенками свечения, качество света позволило конкурировать с лампами накаливания и ставшими уже традиционными люминесцентными лампами. Началось использование светодиодных осветительных устройств в быту, во внутреннем и уличном освещении .
RGB-светодиоды
Белый свет может быть создан путём смешивания излучений светодиодов различного цвета. Наиболее распространена трихроматическая конструкция из красного (R), зелёного (G) и синего (B) источников, хотя встречаются бихроматические, тетрахроматические и более многоцветные варианты. Многоцветный светодиод, в отличие от других RGB полупроводниковых излучателей (светильники , лампы , кластеры), имеет один законченный корпус, чаще всего аналогичный одноцветному светодиоду. Светодиодные чипы располагаются рядом друг с другом и используют одну общую линзу и отражатель . Поскольку полупроводниковые чипы имеют конечный размер и собственные диаграммы направленности , такие светодиоды чаще всего имеют неравномерные угловые цветовые характеристики . Кроме того, для получения правильного соотношения цветов зачастую недостаточно установить расчётный ток , поскольку световая отдача каждого чипа неизвестна заранее и подвержена изменениям в процессе работы. Для установки нужных оттенков RGB-светильники иногда оснащают специальными регулирующими устройствами .
Спектр RGB-светодиода определяется спектром составляющих его полупроводниковых излучателей и имеет ярко выраженную линейчатую форму. Такой спектр сильно отличается от спектра солнца, следовательно индекс цветопередачи RGB-светодиода невысок. RGB-светодиоды позволяют легко и в широких пределах управлять цветом свечения путём изменения тока каждого светодиода, входящего в «триаду », регулировать цветовой тон излучаемого ими белого света прямо в процессе работы - вплоть до получения отдельных самостоятельных цветов.
Многоцветные светодиоды имеют зависимость световой отдачи и цвета от температуры за счёт различных характеристик составляющих прибор излучающих чипов, что сказывается в незначительном изменении цвета свечения в процессе работы . Срок службы многоцветного светодиода определяется долговечностью полупроводниковых чипов, зависит от конструкции и чаще всего превышает срок службы люминофорных светодиодов.
Многоцветные светодиоды используются в основном для декоративной и архитектурной подсветки , в электронных табло и в видеоэкранах .
Люминофорные светодиоды
Комбинирование синего (чаще), фиолетового или ультрафиолетового (не используются в массовой продукции) полупроводникового излучателя и люминофорного конвертера позволяет изготовить недорогой источник света с неплохими характеристиками. Самая распространённая конструкция такого светодиода содержит синий полупроводниковый чип нитрида галлия , модифицированный индием (InGaN) и люминофор с максимумом переизлучения в области жёлтого цвета - иттрий -алюминиевый гранат, легированный трёхвалентным церием (ИАГ). Часть мощности исходного излучения чипа покидает корпус светодиода, рассеиваясь в слое люминофора, другая часть поглощается люминофором и переизлучается в области меньших значений энергии. Спектр переизлучения захватывает широкую область от красного до зелёного, однако результирующий спектр такого светодиода имеет ярко выраженный провал в области зелёного-сине-зелёного цвета.
В зависимости от состава люминофора выпускаются светодиоды с разной цветовой температурой («тёплые» и «холодные»). Путём комбинирования различных типов люминофоров достигается значительное увеличение индекса цветопередачи (CRI или R a) . На 2017 год уже существуют светодиодные панели для фото- и киносъёмки, где цветопередача критична, но такое оборудование дорого, а производители - единичны.
Один из путей увеличения яркости люминофорных светодиодов при сохранении или даже снижении их стоимости - увеличение тока через полупроводниковый чип без увеличения его размеров - увеличение плотности тока . Такой метод связан с одновременным повышением требований к качеству самого чипа и к качеству теплоотвода. С увеличением плотности тока электрические поля в объёме активной области снижают световой выход . При достижении предельных токов, поскольку участки светодиодного чипа с различной концентрацией примеси и разной шириной запрещённой зоны проводят ток по-разному , происходит локальный перегрев участков чипа, что влияет на световой выход и долговечность светодиода в целом. В целях увеличения выходной мощности при сохранении качества спектральных характеристик, теплового режима выпускаются светодиоды, содержащие кластеры светодиодных чипов в одном корпусе .
Одна из самых обсуждаемых тем в области технологии полихромных светодиодов - это их надёжность и долговечность. В отличие от многих других источников света, светодиод с течением времени меняет свои характеристики светового выхода (эффективности), диаграммы направленности, цветовой оттенок, но редко выходит из строя полностью. Поэтому для оценки срока полезного использования принимают, например для освещения, уровень снижения светоотдачи до 70 % от первоначального значения (L70) . То есть, светодиод, яркость которого в процессе эксплуатации снизилась на 30 %, считается вышедшим из строя. Для светодиодов, используемых в декоративной подсветке, используется в качестве оценки срока жизни уровень снижения яркости 50 % (L50).
Срок службы люминофорного светодиода зависит от многих параметров . Кроме качества изготовления самой светодиодной сборки (способа крепления чипа на кристаллодержателе, способа крепления токоподводящих проводников, качества и защитных свойств герметизирующих материалов), время жизни в основном зависит от особенностей самого излучающего чипа и от изменения свойств люминофора с течением наработки (деградация). Причём, как показывают многочисленные исследования, основным фактором влияния на срок службы светодиода считается температура.
Влияние температуры на срок службы светодиода
Полупроводниковый чип в процессе работы часть электрической энергии отдаёт в виде излучения , часть в виде тепла . При этом, в зависимости от эффективности такого преобразования, количество тепла составляет около половины для самых эффективных излучателей или более. Сам полупроводниковый материал обладает невысокой теплопроводностью , кроме того, материалы и конструкция корпуса обладают определённой неидеальной тепловой проводимостью, что приводит к разогреву чипа до высоких (для полупроводниковой структуры) температур. Современные светодиоды работают при температурах чипа в районе 70-80 градусов. И дальнейшее увеличение этой температуры при использовании нитрида галлия недопустимо. Высокая температура приводит к увеличению количества дефектов в активном слое, приводит к повышенной диффузии , изменению оптических свойств подложки. Всё это приводит к увеличению процента безызлучательной рекомбинации и поглощению фотонов материалом чипа. Увеличение мощности и долговечности достигается усовершенствованием как самой полупроводниковой структуры (снижение локального перегрева), так и развитием конструкции светодиодной сборки, улучшением качества охлаждения активной области чипа. Также проводятся исследования с другими полупроводниковыми материалами или подложками .
Люминофор также подвержен действию высокой температуры. При длительном воздействии температуры переизлучательные центры ингибируются , и коэффициент преобразования, а также спектральные характеристики люминофора ухудшаются. В первых и некоторых современных конструкциях полихромных светодиодов люминофор наносится прямо на полупроводниковый материал и тепловое воздействие максимально. Кроме мер по снижению температуры излучающего чипа, производители используют различные способы снижения влияния температуры чипа на люминофор. Технологии изолированного люминофора и конструкции светодиодных ламп, в которых люминофор физически отделён от излучателя, позволяют увеличить срок службы источника света.
Корпус светодиода, изготавливаемый из оптически прозрачной кремнийорганической пластмассы или эпоксидной смолы, подвержен старению под воздействием температуры и со временем начинает тускнеть и желтеть, поглощая часть излучаемой светодиодом энергии. Отражающие поверхности также портятся при нагреве - вступают во взаимодействие с другими элементами корпуса, подвержены коррозии. Все эти факторы в совокупности приводят к тому, что яркость и качество излучаемого света постепенно снижается. Однако, этот процесс можно успешно замедлить, обеспечивая эффективный теплоотвод.
Конструкция люминофорных светодиодов
Современный люминофорный светодиод - это сложное устройство, объединяющее много оригинальных и уникальных технических решений. Светодиод имеет несколько основных элементов, каждый из которых выполняет важную, зачастую не одну функцию :
Все элементы конструкции светодиода испытывают тепловые нагрузки и должны быть подобраны с учетом степени их теплового расширения. И немаловажным условием хорошей конструкции является технологичность и низкая стоимость сборки светодиодного прибора и монтажа его в светильник.
Яркость и качество света
Самым важным параметром считается даже не яркость светодиода, а его световая отдача , то есть световой выход с каждого ватта потреблённой светодиодом электрической энергии. Световая отдача современных светодиодов достигает 190 лм/Вт . Теоретический предел технологии оценивается более чем в 300 лм/Вт . При оценке необходимо учитывать, что эффективность светильника на базе светодиодов существенно ниже за счёт КПД источника питания, оптических свойств рассеивателя, отражателя и других элементов конструкции. Кроме того, производители зачастую указывают начальную эффективность излучателя при нормальной температуре, тогда как температура чипа в процессе работы значительно повышается [ ] . Это приводит к тому, что реальная эффективность излучателя ниже на 5-7 %, а светильника - зачастую вдвое.
Второй не менее важный параметр - качество производимого светодиодом света. Для оценки качества цветопередачи существует три параметра:
Люминофорный светодиод на базе ультрафиолетового излучателя
Кроме уже ставшего распространённым варианта комбинации голубого светодиода и ИАГ, развивается также конструкция на базе ультрафиолетового светодиода. Полупроводниковый материал, способный излучать в близкой ультрафиолетовой области , покрывают несколькими слоями люминофора на базе европия и сульфида цинка, активированного медью и алюминием. Такая смесь люминофоров дает максимумы переизлучения в районе зелёной, синей и красной областей спектра. Полученный белый свет обладает весьма хорошими характеристиками качества, однако эффективность такого преобразования пока невелика. Этому есть три причины [ ] : первая связана с тем, что разница между энергией падающего и излученного квантов при флюоресценции теряется (переходит в тепло), и в случае ультрафиолетового возбуждения она значительно больше. Вторая причина - в том, что часть УФ излучения, не поглощенная люминофором, не участвует в создании светового потока, в отличие от светодиодов на основе синего излучателя, а увеличение толщины люминофорного покрытия приводит к повышению поглощения в нём света люминесценции. И наконец, КПД ультрафиолетовых светодиодов значительно ниже КПД синих.
Достоинства и недостатки люминофорных светодиодов
Учитывая высокую стоимость светодиодных источников освещения по сравнению с традиционными лампами, необходимы веские причины для использования таких устройств :
Но есть и недостатки:
Светодиоды освещения обладают также особенностями, присущими всем полупроводниковым излучателям, учитывая которые, можно найти наиболее удачное применение, например, направленность излучения. Светодиод светит только в одну сторону без применения дополнительных отражателей и рассеивателей. Светодиодные светильники наилучшим образом подходят для местного и направленного освещения.
Перспективы развития технологии белых светодиодов
Технологии изготовления светодиодов белого цвета, пригодных для целей освещения, находятся в стадии активного развития. Исследования в этой области стимулируются повышенным интересом со стороны общества. Перспективы значительной экономии энергии привлекают инвестиции в сферу изучения процессов, развития технологии и поиска новых материалов. Судя по публикациям производителей светодиодов и сопутствующих материалов, специалистов в области полупроводников и светотехники, можно обозначить пути развития в этой области:
См. также
Примечания
- , p. 19-20.
- Светодиоды MC-E компании Cree, содержащие красный, зелёный, голубой и белый излучатели Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Светодиоды VLMx51 компании Vishay, содержащие красный, оранжевый, жёлтый и белый излучатели (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Многоцветные светодиоды XB-D и XM-L компании Cree (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Светодиоды XP-C компании Cree, содержащие шесть монохроматических излучателей (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Никифоров С. «S-класс» полупроводниковой светотехники // Компоненты и технологии: журнал. - 2009. - № 6 . - С. 88-91 .
- Трусон П. Халвардсон Э. Преимущества RGB-светодиодов для осветительных приборов // Компоненты и технологии: журнал. - 2007. - № 2 .
- , p. 404.
- Никифоров С. Температура в жизни и работе светодиодов // Компоненты и технологии: журнал. - 2005. - № 9 .
- Светодиоды для интерьерной и архитектурной подсветки (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Сян Лин Ун (Siang Ling Oon). Светодиодные решения для систем архитектурной подсветки // Полупроводниковая светотехника: журнал. - 2010. - № 5 . - С. 18-20 .
- Светодиоды RGB для использования в электронных табло (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- High CRI LED Lighting | Yuji LED (неопр.) . yujiintl.com. Дата обращения 3 декабря 2016.
- Туркин А. Нитрид галлия как один из перспективных материалов в современной оптоэлектронике // Компоненты и технологии: журнал. - 2011. - № 5 .
- Светодиоды с высокими значениями CRI (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Технология EasyWhite компании Cree (англ.) . LEDs Magazine. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Никифоров С., Архипов А. Особенности определения квантового выхода светодиодов на основе AlGaInN и AlGaInP при различной плотности тока через излучающий кристалл // Компоненты и технологии: журнал. - 2008. - № 1 .
- Никифоров С. Теперь электроны можно увидеть: светодиоды делают электрический ток очень заметным // Компоненты и технологии: журнал. - 2006. - № 3 .
- Светодиоды с матричным расположением большого количества полупроводниковых чипов (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Срок службы белых светодиодов Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Виды дефектов LED и методы анализа (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- , p. 61, 77-79.
- Светодиоды компании SemiLEDs (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- GaN-on-Si Программа исследований светодиодов на кремниевой основе (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012.
- Технология изолированного люминофора компании Cree (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Туркин А. Полупроводниковые светодиоды: история, факты, перспективы // Полупроводниковая светотехника: журнал. - 2011. - № 5 . - С. 28-33 .
- Иванов А. В., Фёдоров А. В., Семёнов С. М. Энергосберегающие светильники на основе высокоярких светодиодов // Энергообеспечение и энергосбережение – региональный аспект: XII Всероссийское совещание: материалы докладов. - Томск: СПБ Графикс, 2011. - С. 74-77 .
- , p. 424.
- Отражатели для светодиодов на основе фотонных кристаллов (англ.) . Led Professional. Дата обращения 16 февраля 2013. Архивировано 13 марта 2013 года.
- XLamp XP-G3
- Белые светодиоды с высоким световым выходом для нужд освещения (англ.) . Phys.Org™. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Cree First to Break 300 Lumens-Per-Watt Barrier (англ.) . www.cree.com. Дата обращения 31 мая 2017.
- Основы светодиодного освещения (англ.) . U.S. Department of Energy. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- Шаракшанэ А. Шкалы оценки качества спектрального состава света - CRI и CQS // Полупроводниковая светотехника: журнал. - 2011. - № 4 .
- Ультрафиолетовые светодиоды SemiLED с длиной волны 390-420 нм. (англ.) . LED Professional. Дата обращения 10 ноября 2012. Архивировано 22 ноября 2012 года.
- , p. 4-5.
Комнатным растениям не всегда хватает света в домашних условиях. Без этого их развитие будет замедленным или неправильным. Чтобы этого избежать, можно установить светодиоды для растений. Именно такая лампа способна дать необходимый спектр цвета. широко распространены для освещения теплиц, оранжерей, в садах закрытого типа и аквариумах. Они хорошо заменяют солнечный свет, не требуют больших затрат и имеют большой срок службы.
Фотосинтез растений - это процесс, который проходит при достаточном освещении. Также правильному способствуют следующие факторы: окружающая температура, влажность, спектр освещённости, длительность дня и ночи, достаточность углерода.
Определение достаточности света
Если решено установить светильники для растений, то сделать это нужно максимально правильно. Для этого нужно определиться с тем, каким именно растениям не хватает луча, а каким он будет излишним. Если проектируется освещение в теплице, то надо предусмотреть зоны с разным спектром. Дальше следует определить количество самих светодиодов. Профессионалы это делают специальным прибором - люксметром. Своими силами произвести расчёт тоже можно. Но придётся немного покопаться и спроектировать нужную модель.
Если проект делается для теплицы, есть одно универсальное правило для всех видов источников света. Когда высота подвеса увеличивается, то освещённость уменьшается.
Светодиоды
Спектр цветового излучения имеет большое значение. Оптимальным решением будут являться красные и синие светодиоды для растений в пропорции два к одному. Сколько ватт будет иметь устройство, не имеет большого значения.
Но чаще применяют одноваттные. Если будет необходимость устанавливать диоды самостоятельно, то лучше приобрести готовые ленты. Закрепить их можно с помощью клея, кнопок или винтов. Всё зависит от предусмотренных отверстий. Производителей такой продукции очень много, лучше выбирать известного, а не безликого продавца, который не сможет дать гарантии на своё изделие.
Длина световых волн
Спектр естественного солнечного света содержит и синий, и красный цвет. Они позволяют растениям развивать массу, расти и плодоносить. При облучении только синим спектром с длиной волны 450 нм, представитель флоры будет низкорослым. Такое растение не сможет похвалиться большой зелёной массой. Плодоносить оно также будет плохо. При поглощении красного диапазона с длиной волн 620 нм оно будет развивать корни, хорошо цвести и давать плоды.
Плюсы светодиодов
При освещении растения оно проходит весь путь: от ростка до плодов. Одновременно за это время при работе люминесцентного прибора произойдёт только цветение. Светодиоды для растений не нагреваются, поэтому нет необходимости в частом проветривании помещения. Кроме того, отсутствует возможность теплового перегрева представителей флоры.
Незаменимы такие светильники для выращивания рассады. Направленность спектра излучения способствует тому, что побеги крепнут за короткое время. Плюсом является и низкое потребление электроэнергии. Светодиоды уступают только Но они в десять раз экономнее Светодиоды для растений служат до 10 лет. - от 3 до 5 лет. Установив такие светильники, долгое время не придётся беспокоиться об их замене. Такие лампы не имеют в своём составе вредных веществ. Несмотря на это, их применение в теплицах очень предпочтительно. Рынок на сегодняшний день представляет большое количество разнообразных конструкций подобных светильников: их можно подвесить, укрепить на стене или потолке.
Минусы
Для увеличения интенсивности излучения, светодиоды собирают в большую конструкцию. Это является недостатком только для маленьких помещений. В крупных теплицах это несущественно. Недостатком можно считать высокую стоимость по сравнению с аналогами - люминесцентными лампами. Разница может достигать восьмикратного значения. Но диоды себя окупят после нескольких лет службы. На них можно значительно экономить электроэнергию. Снижение свечения наблюдается по истечении гарантийного срока. При большой площади теплицы нужно больше точек освещения по сравнению с другими видами ламп.
Радиатор для светильника
Необходимо, чтобы от устройства отводилось тепло. Лучше это сделает радиатор, который изготовлен из алюминиевого профиля или стального листа. Меньших трудозатрат потребует использование П-образного готового профиля. Рассчитать площадь радиатора несложно. Она должна быть не меньше 20 см 2 на 1 Ватт. После того как подобраны все материалы, можно собрать всё в одну цепь. Светодиоды для роста растений лучше чередовать по цветам. Таким образом, получится равномерное освещение.
Фитосветодиод
Такая новейшая разработка, как фитосветодиод, способна заменить обычные аналоги, светящие только в одном цвете. Новый аппарат в одном чипе собрал в себе необходимый спектр светодиодов для растений. Он нужен для всех этапов роста. Самая простая фитолампа обычно состоит из блока со светодиодами и вентилятора. Последний, в свою очередь, может регулироваться по высоте.
Лампы дневного света
Люминесцентные лампы долгое время оставались на пике популярности в бытовых садах и огородах. Но такие светильники для растений не подходят по цветовому спектру. Их всё больше заменяют фитосветодиодные или люминесцентные лампы специального назначения.
Натриевый
Такой сильный по насыщенности свет, как у натриевого аппарата, не подойдёт для размещения в квартире. Его применение целесообразно в больших теплицах, садах и оранжереях, в которых производится освещение растений. Минусом таких ламп является их малая производительность. Они две трети энергии преобразовывают в тепло и лишь малая часть идёт на световое излучение. Кроме того, красный спектр такой лампы интенсивнее, чем синий.
Делаем устройство самостоятельно
Самый простой способ изготовить лампу для растений - воспользоваться лентой, на которой расположены светодиоды. Нужна она красного и синего спектров. Они будут подключаться к блоку питания. Последний можно приобрести там же, где и ленты, - в строительном магазине. Также необходимо крепление - панель, размером с площадь освещения.
Изготовление начинать следует с очищения панели. Далее, можно приклеить диодную ленту. Для этого надо удалить защитную плёнку и липкой стороной приклеить к панели. Если придётся резать ленту, то её куски можно соединить при помощи паяльника.
Светодиоды для растений не нуждаются в дополнительной вентиляции. Но если само помещение мало проветривается, то целесообразно установить ленту на металлический профиль (например, из алюминия). Режимы освещения для цветов в комнате могут быть такими:
- для растущих далеко от окна, в затенённом месте достаточно будет 1000-3000 лк;
- для растений, что нуждаются в рассеянном свете, значение будет составлять до 4000 лк;
- представители флоры, которые нуждаются в прямом освещении, - до 6000 лк;
- для тропических и тех, которые плодоносят, - до 12 000 лк.
При желании видеть комнатные растения в здоровом и красивом виде, надо тщательно удовлетворять их потребность в освещённости. Итак, мы выяснили преимущества и недостатки для растений, а также спектр их лучей.
LED (Lighting Emission Diode) - светодиоды с интенсивным
светоизлучением хорошо всем известны. Примерно 10 лет назад (у нас в
России) они произвели «тихую революцию в освещении»,
особенно там, где нужна мобильность, низкий удельный расход энергии,
надежность и долгий срок службы. Казалось, что идеальный источник
света, который жаждали получить, вело и просто туристы, а также
охотники и рыболовы, спелеологи и альпинисты уже «здесь и
сейчас». И достаточно протянуть руку, поднакопив чуток убитых
енотов, и будет «на земли мир, в человецех благоволение».
Теперь, можно сказать, что эти 10 лет не прошли даром и, светодиодная
действительность оказалось интересна, разнообразна и предоставляет
новые возможности, которые, ранее даже не приходили в голову.
Рис. 2 Конструкция светодиода Luxeon фирмы Lumileds lighting.*
(«Описание и принцип работы светодиодных светильников»
Группа Энергосберегающих Компаний)
Рис. 3 Синий светодиод с монохроматическим излучением. . («LED - технология, принцип работы. Плюсы и минусы LED. »
ПРИНЦИП РАБОТЫ .
Светодиод, - прежде всего диод. То есть этакий
хитрый камешек с p-n-переходом внутри. А другими словами, контакт двух
полупроводников с разными типами проводимости. Который, при некоторых
условиях, излучает свет в процессе рекомбинации (взаимного
конструктивного самоубийства) электронов и дырок.
Обычно, чем больше ток через светодиод, тем больше электронов и дырок
поступают в зону рекомбинации в единицу времени и на выходе излучается
больше света. Но ток нельзя сильно увеличивать, - из-за
внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода светодиод может
перегреваться, что приводит к его ускоренному старению или выходу
из строя.
Для получения значимого светового потока, создают многослойные
полупроводниковые структуры - гетероструктуры. За развитие
полупроводниковых гетероструктур для высокоскоростной оптоэлектроники Жорес Алферов , российский физик, получил Нобелевскую премию в 2000 году.
ДВА СЛОВА ЗА ИСТОРИЮ.
Первые полупроводниковые излучатели красного цвета для промышленного использования были получены в 1962 году. В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах и системах сигнализации. В 1993 году в компании Nichia (Япония) создали первый синий светодиод высокой яркости. Практически сразу появились светодиодные RGB устройства, поскольку синий, красный и зеленый цвета позволяли получить любой цвет, в том числе и белый. Белые люминофорные светодиоды впервые появились в 1996 г. В дальнейшем, технология быстро развивалась и к 2005 году световой выход светодиодов достиг значения более 100 лм/Вт.
БЕЛЫЙ СВЕТ.
Обычный цветной светодиод излучает в узком спектре
световых волн (монохроматическое излучение). Это хорошо для устройств
сигнализации. А для освещения нужны белые светодиоды и применяют разные
технологии..
Например, — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице
плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение
которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В
результате получается белый свет.
Рис. 4 Спектр излучения RGB светодиода
. («Википедия»)
Или, положим, используется люминофор, точнее, несколько люминофоров наносятся на светодиод и, в результате смешения цветов получается белый или близкий к белому свет. Белые светодиоды с люминофорами дешевле, чем RGB матрицы, что позволило использовать их для освещения.
Рис. 5 Спектр излучения белого светодиода с люминофором.* («Википедия»)
Рис. 6 Белый светодиод с люминофором.
Схема одной из конструкций белого светодиода.
МРСВ - печатная плата с высокой тепловой проводимостью. * («Википедия»)
Вольтамперная характеристика светодиодов в прямом
направлении нелинейная и ток начинает проходить, с некоторого
порогового напряжения. На основных режимах излучения светодиода ток
экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения
напряжения приводят к большим изменениям тока. А поскольку световой
выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается
нестабильной. Поэ-тому ток приходится стабилизировать. Яркость
свечения светодиодов можно, например, регулировать методом
широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходимо электронное
устройство, подающее на светодиод импульсные высокочастотные сигналы. В
отличие от ламп накаливания цветовая температура при регулировании
яркости у светодиодов изменяется очень мало.
Достоинства и недостатки люминофорных светодиодов.
В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и потери поэтому относительно малы..
- Основное преимущество белых светодиодов — высокий КПД, низкое удельное энергопотребление и высокая световая отдача - 160-170 Люмен/Ватт.
- Высокая надежность и длительный срок службы.
- Малый вес и размеры светодиодов позволяют ипользовать их в малогабаритных переносных фонарях.
- Отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения в спектре позволяет использовать светодиодное освещение без вредных последствий, так как ультрафиолет, особенно в присутствии озона, сильно влияет на органику, а инфракрасное излучение может привести к ожогам.
- Показатель удельной плотности мощности, характеризующий плотность светового потока, у стандартной люминесцентной лампы составляет 0,1-0,2 Вт/см², а у современного белого светодиода около 50 Вт/см².
- Работа при отрицательных температурах без снижения, а зачастую и с улучшением параметров.
- Светодиоды — безынерционные источники света, они не требуют времени на прогрев или выключение, как например люминесцентные лампы и количество циклов включения и выключения не оказывает влияния на их надежность.
- Светодиод механически прочен и исключительно надежен.
- Легкость регулирования яркости.
- Светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.
- Низкая пожароопасность, возможность использования в условиях взрывоопасности.
- Влагостойкость, стойкость к воздействию агрессивных сред.
Но есть и мелкие недостатки:
- Белые светодиоды в производстве дороже и сложнее ламп накаливания, хотя цена их постепенно снижается.
- Невысокое качество цветопередачи, которое, то же, понемногу улучшается.
- Мощные светодиоды требуют хорошей системы охлаждения.
- Быстрое ухудшение характеристик и даже выход из строя при повышенных температурах внешней среды более 60 — 80°C.
- Люминофоры также не любят высокой температуры, т.к. коэффициент преобразования и спектральные характеристики люминофора ухудшаются.
- Корпус светодиода делают из оптически прозрачной кремнийорганической пластмассы или эпоксидной смолы, которая стареет и под воздействием температуры тускнет и желтеет, поглощая часть светового потока.
- Современный, мощный, сверхяркий светодиод может ослепить и повредить зрение человека.
- Контакты подвержены коррозионным отказам. Светоотражатели (обычно из пластмассы, покрытые тонким слоем алюминия), при повышенной температуре, ухудшают свои свойства со временем, а яркость и качество излучаемого света постепенно ухудшаются.
РЕАЛЬНЫЙ СРОК СЛУЖБЫ БЕЛЫХ СВЕТОДИОДОВ.
Рис. 7 Снижение светоотдачи в процессе эксплуатации и
поведение при выходе из строя ламп накаливания (INC), флуоресцентных
ламп (FL), высокоинтенсивных газоразрядных ламп (HID) и LED-ламп
(масштаб не соблюден, приведен вид типовых кривых).
Журнал «Время электроники», Статья «Определение срока службы светодиодов»
Автор Эрик Ричман (Eric
Richman
), старший научный сотрудник,
Pacific
Northwest
National
Laboratories
(PNNL
)
Про100 000 часов службы светодиодов мы знаем уже много лет. А как на самом деле?
«На заре светодиодов, наиболее часто встречаемая долговечность
работы составляла 100000 часов. При этом никто так и не смог объяснить,
откуда взялось это магическое число. Скорее всего, оно было
продиктовано рынком, а не наукой. Первым производителем светодиодов,
указавшим продолжительность эксплуатации, исходя из реальных
технических параметров, стала Филипс Люмиледс, со своим детищем-
светодиодом Luxeon. Долговечность первых устройств Luxeon, с заданным
управляющим током 350 мА и температурой перехода 90 градусов цельсия,
оценивалась в 50000 часов. Это значит, что после 50000 часов
эксплуатации светодиода в заданных условиях его световой поток снизится
до 70% от первоначальной.»
Статья «Неизведанные воды: определение долговечности LED светильников», Журнал «Время электроники», Тимур Набиев.
В настоящее время нет никакого стандарта
определяющего для светодиодов, что такое собственно «срок
службы». Нет также стандартов, определяющих количественно
изменение цвета светодиода со временем. Не определено, как должен
работать светодиод по истечении этого срока. Некоторые ведущие компании
были вынуждены самостоятельно определять критерии для срока службы.
Например, было выбрано два пороговых значения светового потока: - 30% и
50%, по достижению которых светодиод считается вышедшим из строя. И
зависят эти значения от восприятия человеческим глазом излучаемого
света.
1) - 30% уменьшение светового потока отраженного светодиодного света.
То есть, когда светодиодный фонарь освещает дорогу, окружающие
предметы и т.п.
2) - 50% уменьшение светового потока, когда используется прямой свет,
например в светофорах, дорожных знаках, габаритных огнях автомобилей....
А другие компании первого ряда выбирают только одно пороговое значение - 50%.
Причем, деградация светодиодов и светодиодных фонарей происходит на
всех уровня, начиная с p-n перехода и заканчивая прозрачной передней
пластмассовой линзой корпуса фонаря. Причем, маломощные сигнальные и
индикаторные светодиоды могут служить десятилетиями. А сверхяркие
современные светодиоды, которые часто работают в напряженном режиме,
как по току, так и по температуре и гораздо быстрее теряют свою
яркость. Таким образом, реальный срок службы качественных современных
светодиодов от нескольких месяцев до пяти - шести лет в непрерывном
режиме работы. Например, фирма Petzl заявляет срок службы своих
светодиодов в фонарях не менее 5000 часов. Кстати, ведущие фирмы
нередко заявляют меньший срок службы своих устройств, чем у
«супер-пупер-бюджетных», нередко азиатских производителей,
которые просто форсируют величину тока и добиваются яркого свечения.
При покупке фонарей, все характеристики светодиодов соответствуют
паспортным, в котором, обязательно пишут про магические 100000 часов.
Но реальный срок службы таких светодиодов может не превысить
1000…1500 часов и за это время световой поток снижается минимум
в 2 раза.
БАТАРЕЙКИ И АККУМУЛЯТОРЫ.
Во время работы, батареи и аккумуляторы разряжаются, питающее
напряжение уменьшается, яркость светодиодов и эффективный световой
поток постепенно снижается.
Кривая уменьшения яркости при естественном разряде батарей.
Яркость с электронной регулировкой. Освещенность в 0,25 люкс измеряется на расстоянии 2 метра от фонаря. (Такую освещенность дает луна во время полнолуния).
Для улучшения эффективной светоотдачи применяют
электронную регулировку (стабилизацию) питающего напряжения. Сила тока
контролируется специальной микросхемой, благодаря чему обеспечивается
стабильная яркость в течении всего времени работы. Идея была
впервые разработанна фирмой Petzl. Благодаря электронной схеме, фонари
обладают стабильными характеристиками в течении всего времени работы, а
затем переходят в аварийный режим (0.25 люкс). Яркость 0.25 люкс
- это освещение, которое дает полная луна высоко над горизонтом в
ясную погоду.
Оптимальные источники питания.
1. Для светодиодных фонарей сегодня, это
конечно алкалиновые или литиевые (литий-ионные) одноразовые
батареи. Литиевые батареи имеют небольшой вес, обладают большой
емкостью и хорошо работают при низких температурах. Это, например,
Li-MnO2 батареи CR123 или CR2 с напряжением 3В или Li-FeS2
(литий-железодисульфидные) батареи с напряжением 1,5В, но не все
светодиодные фонари совместимы с литиевыми батареями - необходимо
уточнять в инструкции.
2. Аккумуляторы.
|
Характеристики |
Никель-кадмиевые |
Никель-металлгидридные |
Литий- |
|
Номинальное напряжение, В |
|||
|
Типичная емкость, Ач |
|||
|
Удельная энергия: |
30 - 60 |
40 - 80 |
100 - 180 |
|
Максимальный постоян-ный ток разряда, до |
5 (10) С |
3 С |
2 С |
|
Режим заряда |
Стандартный: ток 0,1 С
16 ч |
Стандартный: ток 0,1 С
16 ч |
Заряд током 0,1- 1 С
|
|
Коэффициент отдачи по емкости (Сразряд/Сзаряд) |
|||
|
Диапазон рабочих темпе-ратур, ºС |
|||
|
Саморазряд (в %): |
4 - 5 |
Ток 1С означает ток, численно равный номинальной емкости.
* Из статьи: А.А. Тагановой «ЛИТИЕВЫЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА ДЛЯ ПОРТАТИВНОЙ ЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ»
Никель-кадмиевые
(NiCd) имеют небольшой вес и габариты, Плохую экологичность
- кадмий страшно вредный для здоровья металл. Взрывоопасны с
прочным и герметичным корпусом, имеющие микроклапаны для
автоматического сброса газов, но, при этом, достаточно высокую
надежность и большие токи зарядки-разрядки. Их часто применяют в
бортовой аппаратуре и для устройств, потребляющих большую мощность,
например, фонарей для дайвинга. Единственный вид аккумуляторов, которые
могут храниться разряженными, в отличие от никель-металл-гидридных аккумуляторов (Ni-MH), которые нужно хранить полностью заряженными и от литий-ионных аккумуляторов (Li-ion), которые необходимо хранить при 40%-ом заряде от ёмкости аккумулятора
Никель-металл-гидридные
(Ni-MH), были разработаны для замены никель-кадмиевых (NiCd). NiMH аккумуляторы практически избавлены от «эффекта памяти »
а полная разрядка требуется не часто. Экологически безопасны. Наиболее
благоприятный режим работы: заряд небольшим током, 0,1 номинальной
ёмкости, время заряда — 15-16 часов (рекомендация
производителя). Аккумуляторы рекомендуется хранить полностью
заряженными в холодильнике, но не ниже 0 С?. Обеспечивают
40-50-процентное преимущество в удельной энергоемкости по сравнению с
прежним фаворитом — NiCd. Имеют значительный потенциал для
увеличения энергетической плотности. Дружественны к окружающей среде
— содержат только умеренные токсины, доступные для вторичной
переработки. Недорогие. Доступные в широком диапазоне размеров,
параметров и эксплуатационных характеристик.
ГАБАРИТЫ И МИГАЛКИ.
12) TL-LD1000 CatEye
13) RAPID 1 (TL-LD611-F)CatEye
Европейская практика безопасности предполагает использование не только задних, но и передних габаритных фонарей.
Rapid 1 передний (белый) и задний (красный) фонари, с
функцией перезарядки аккумуляторных батарей через USB порт и
индикатором уровня заряда. Высокая мощность фонаря достигается
применением SMD-светодиода и технологии OptiCube
™ . Мерцание CatEye Rapid 1 привлекает внимание
автомобилистов и прохожих.
4 режима работы обеспечивают оптимальный выбор
параметров, как ночью, так и днем. CatEye Rapid 1
поставляется с низкопрофильным кронштейном SP-12 Flextight ™,
который совместим со всеми новыми RM-1.
Время работы: 5 часов (постоянный режим)
25 часов (быстрый и импульсный режимы)
40 часов (мигающий режим)
Режим памяти освещения (последний включенный вами режим)
Аккумулятор Li-ion USB - заряжаемый
Вес около 41 гр. с креплением и аккумулятором
Клипса на одежду.
14) SOLAR (SL-LD210)CatEye
Велосипедист должен быть виден не только со спины, но и встречным потоком машин, не только ночью, но и днем - со включенным габаритным фонарем.
Один 5мм светодиод включается автоматически в мигающим режиме, при начале движения в темноте. Встроенная солнечная батарея производит зарядку в течение 2 часов в хороших погодных условиях и обеспечивает работу до 5 часов. Существуют модели фронтальной и задней установки, поставляется вместе с новым кронштейном Flextight ™. Вес 44 гр. вместе с кронштейном и аккумулятором
ДИНАМО - ФОНАРИ (ЖУЧКИ).
15) BLUE BIRD
3- светодиода, яркость 6 Лм, 3 режима, два постоянных (1LED и 3LED), один мигающий (3LED), работа после подзарядки: - около 40 минут (3LED); - около 90 минут (1LED), вес с креплением на руль 115г.
Впечатление:
Ну, очень удачный фонарик, ИМХО, и как габарит на велосипеде, так и для освещения в «ручном режиме» в палатке, на привале и вообще. В цивилизованных городских условиях, когда общее освещение есть и при хорошем зрении, может быть даже основным фонарем, особенно если дорога известна. Динамка крутиться легко, не сильно шумит, аккумулятор заряжается быстро. Светит хорошим белым светом. ОК!
16) Зарядное устройство Energenie EG-PC-005 для мобильных телефонов с ручным приводом и фонариком. Устанавливается на велосипеде.
Энергия вырабатывается при помощи динамо-машинки с
рукояткой. Вращение рукоятки в течение трех минут заряжает мобильный
телефон как минимум на 8 минут разговора. Вращение рукоятки в течение
10 минут обеспечивает яркий свет фонарика как минимум в течение 50
минут.
Технические характеристики
- Исходящее напряжение - 4,0-5,5V
- Исходящий ток до 400 mA
- Встроенный Ni-MH перезаряжаемый аккумулятор 80 mAH допускает, как минимум 500 полных перезарядок
- 2 фонарика:
-головной: светодиодный, при максимальном заряде освещает до 10метров.
-задний: красный светодиод. - Два режима: постоянное свечение (3LED), - стробоскоб (3LED)
- Вес нетто 0,2 кг
Комплект поставки
- Зарядное устройство Energenie EG-PC-005 для мобильных телефонов с ручным приводом, устройством крепления на велосипеде и передним фонариком
- задний фонарик с 1,2м кабелем
- кабель для телефонов Nokia
- 6 адаптеров для других телефонов
Впечатление:
Неплохой габарит, годится для освещения в палатке и для всяких хозяйственных нужд. Светодиоды не самые лучшие - с явным синеватым оттенком, что не есть гут. К сожалению, аккумулятор с некоторым трудом справляется с двойной нагрузкой (3 LED ) впереди и красный габарит сзади - и достаточно быстро «садиться». Пришлось отключить и выкинуть красный задний габарит и, ИМХО, стало получше (подольше). Рычаг динамки крутиться легко, шума не много, собственный аккумулятор заряжается без проблем. Приходилось заряжать в походных условиях и мобильник и электронную книгу. При некотором упорстве и терпении сделать это можно, но придется потрудиться. Когда фонарь работет на внешнюю нагрузку, усилие на рычаге значительно возрастет и приходиться слегка попотеть. Но общая оценка данного дивайса - полезная вещь.
17) Зарядное устройство Energenie EG-SC-001 для мобильных телефонов с аккумулятором, заряжаемым от света и от электросети и со встроенным светодиодным фонариком.
Наличие USB разъема позволяет быстро заряжать встроенный аккумулятор оснащённый защитой от перезаряда, глубокого разряда, перегрузки и короткого замыкания. В случае разряда аккумулятора срабатывает система оповещения. Имеет встроенный светодиодный фонарик.
Заряжает следующие мобильные телефоны и снабжен следующими разъемами: Nokia 6101 и 8210 серий, Samsung A288 серии, Mini USB 5pin, Sony Ericsson K750 серии, Micro-USB.
Солнечные элементы Energenie EG-SC-001
позволяет заряжать мобильные устройства в походе, разумеется в солнечную погоду.
Технические характеристики
- исходящее напряжение - 5,4V
- исходящий ток до 1400 mA
- встроенный Li-ion перезаряжаемый аккумулятор 2000 mAH допускает, как минимум 500 полных перезарядок
- встроенный USB разъем 5-6V
- яркий светодиодный фонарик
- размеры: 116*49*26 мм
- вес 130 г
Комплект поставки
- Зарядное устройство
- AC220V-DC5V USB Адаптер питания A черный
- 5 переходников для зарядки мобильных телефонов
- Соединительный USB кабель.
Существует два распространенных пути получения белого цвета свечения достаточной интенсивности с помощью светодиодов. Первый - это объединение в одном корпусе светодиода чипов трех основных цветов - красного, зеленого и синего. Смешением этих цветов получается белый цвет, кроме того, меняя интенсивность основных цветов, получается любой цветовой оттенок, что применяется при изготовлении . Второй путь - использование люминофора для конвертирования излучения синего или ультрафиолетового светодиода в белый цвет. Подобный принцип используется в лампах дневного света. В настоящее время, второй способ превалирует из-за низкой стоимости и бóльшего светового выхода люминофорных светодиодов.
Люминофоры
Люминофоры (термин происходит от латинского lumen - свет и греческого phoros - несущий), это вещества, способные светиться под действием различного рода возбуждений. По способу возбуждения различают фотолюминофоры, рентгенолюминофоры, радиолюминофоры, катодолюминофоры, электролюминофоры. Некоторые люминофоры бывают смешанных типов возбуждения, например, фото-, катодо- и электролюминофор ZnS·Cu. По химической структуре различают органические люминофоры - органолюминофоры, и неорганические - фосфóры. Фосфóры, имеющие кристаллическую структуру, называют кристаллофосфóрами. Отношение излученной энергии к поглощённой называется квантовым выходом.
Свечение люминофора обуславливается как свойствами основного вещества, так и наличием активатора (примеси). Активатор создает в основном веществе (основании) центры свечения. Наименование активированных люминофоров складывается из имени основания и активатора, например: ZnS·Cu,Co означает люминофор ZnS, активированный медью и кобальтом. Если основание смешанное, то перечисляют сначала названия оснований, а затем активаторов, например, ZnS,CdS·Cu,Со.
Возникновение у неорганических веществ люминесцентных свойств, связано с образованием в кристаллической решетке основы люминофора в процессе синтеза структурных и примесных дефектов. Энергия, возбуждающая люминофор, может поглощаться как люминесцентными центрами (активаторное или примесное поглощение), так и основой люминофора (фундаментальное поглощение). В первом случае, поглощение сопровождается либо переходом электронов внутри электронной оболочки на более высокие энергетические уровни, либо полным отрывом электрона от активатора (образуется «дырка»). Во втором случае, при поглощении энергии основой, в основном веществе образуются дырки и электроны. Дырки могут мигрировать по кристаллу и локализоваться на центрах люминесценции. Излучение происходит в результате возвращения электронов на более низкие энергетические уровни или при рекомбинации электрона с дыркой.
Люминофоры, в которых люминесценция связана с образованием и рекомбинацией разноименных зарядов (электронов и дырок), получили название рекомбинационных. Основой для них служат соединения полупроводникового типа. В этих люминофорах кристаллическая решетка основы является той средой, в которой развивается процесс люминесценции. Это дает возможность, изменяя состав основы, широко варьировать свойства люминофоров. Изменение ширины запрещенной зоны при использовании одного и того же активатора плавно в больших пределах изменяет спектральный состав излучения. В зависимости от применения, предъявляются различные требования к параметрам люминофора: типу возбуждения, спектру возбуждения, спектру излучения, выходу излучения, временным характеристикам (времени нарастания свечения и длительности послесвечения). Наибольшее разнообразие параметров можно получить у кристаллофосфоров, меняя активаторы и состав основания.
Спектр возбуждения различных фотолюминофоров широк, от коротковолнового ультрафиолетового до инфракрасного. Спектр излучения также находится в видимой, инфракрасной или ультрафиолетовой областях. Спектр излучения может быть широким или узким и сильно зависит от концентрации люминофора и активатора, а также от температуры. Согласно правилу Стокса - Ломмеля, максимум спектра излучения смещен от максимума спектра поглощения в сторону длинных волн. Кроме того, спектр излучения обычно имеет значительную ширину. Это объясняется тем, что часть энергии, поглощаемой люминофором рассеивается в его решетке, переходя в тепло. Особое место занимают «антистоксовские» люминофоры, которые излучают энергию в более высокой области спектра.
Энергетический выход излучения люминофора зависит от вида возбуждения, его спектра и механизма преобразования. Он снижается при увеличении концентрации люминофора и активатора (концентрационное тушение) и температуры (температурное тушение). Яркость свечения нарастает с начала возбуждения в течение различного промежутка времени. Длительность послесвечения определяется характером преобразования и временем жизни возбуждённого состояния. Наиболее короткое время послесвечения имеют органолюминофоры, наиболее длительное - кристаллофосфоры.
Значительная часть кристаллофосфоров представляет собой полупроводниковые материалы с шириной запрещенной зоны 1-10 эв, люминесценция которых обусловлена примесью активатора или дефектами кристаллической решётки. В люминесцентных лампах применяются смеси кристаллофосфоров, например, смеси MgWO4 и (ZnBe)2 SiO4·Mn] или однокомпонентные люминофоры, например галофосфат кальция, активированный Sb и Mn. Люминофоры для целей освещения подбираются так, чтобы их свечение имело спектральный состав, близкий к спектру дневного света.
Органические люминофоры могут обладать высоким выходом и быстродействием. Цвет люминофора может быть подобран для любой видимой части спектра. Они применяются для люминесцентного анализа, изготовления люминесцирующих красок, указателей, оптического отбеливания тканей и т.д. Органические люминофоры выпускались в СССР под торговой маркой люминоры.
Люминофор в процессе работы подвержен изменению параметров с течением времени. Этот процесс называется старением (деградацией) люминофора. Старение в основном обусловлено физическими и химическими процессами как в слое люминофора, так и на его поверхности, возникновение безызлучательных центров, поглощение излучения в изменившемся слое люминофора.
Люминофор в светодиоде
Белые светодиоды чаще всего изготавливаются на основе синего кристалла InGaN и желтого люминофора. Желтые люминофоры, применяемые большинством производителей, это модифицированный иттрий-алюминиевый гранат, легированный трехвалентным церием (ИАГ). Спектр люминесценции этого люминофора характеризуется максимумом длины волны 530..560 нм. Длинноволновая часть спектра имеет бóльшую протяженность, чем коротковолновая. Модифицирование люминофора добавками гадолиния и галлия, позволяет сдвигать максимум спектра в холодную область (галлий) или в теплую (гадолиний).
Интересны спектральные данные люминофора, применяемого в Cree. Судя по спектру, кроме ИАГ в состав люминофора белого светодиода добавлен люминофор со смещенным в красную область максимумом излучения.
В отличие от люминесцентных ламп, используемый в светодиодах люминофор имеет бóльший срок службы, и старение люминофора определяется в основном температурой. Люминофор чаще всего наносят непосредственно на кристалл светодиода, который сильно нагревается. Другие факторы воздействия на люминофор имеют значительно меньшее значение для срока службы. Старение люминофора приводит не только к уменьшению яркости светодиода, но и к изменению оттенка его свечения. При сильной деградации люминофора хорошо заметен синий оттенок свечения. Это связано с изменением свойств люминофора, и с тем, что в спектре начинает доминировать собственное излучение светодиодного чипа. С внедрением технологии (remote phosphor), влияние температуры на скорость деградации люминофора снижается.
