Сверхяркие светодиоды (LED) — это современные источники света, отличающиеся исключительной энергоэффективностью и яркостью, превышающей 300 люмен на ватт. Их мощность варьируется от 10 до 100 Вт, что делает их идеальными не только для индикации, но и для полноценного освещения. Такие светильники, работающие от 6 до 72 В, служат до 50 000 часов, что обеспечивает значительную экономию на электроэнергии.
Размеры кристаллов: основа мощности
На изображении представлена светодиодная матрица мощностью 80 Вт.
Основой сверхяркого светодиода является полупроводниковый кристалл. Его размер традиционно измеряется в mil (тысячная доля дюйма), что равно 0,0254 мм. Наиболее распространены кристаллы размером 30x30 и 45x45 mil.
Для точного измерения профессионалы используют специальный инструментарий, но для понимания достаточно знать ключевую зависимость: размер кристалла напрямую определяет мощность устройства.
- 1 Вт — кристалл 45x45 mil или 30x30 mil.
- 0,75 Вт — кристалл 24x40 mil.
- 0,5 Вт — кристалл 24x24 mil.
Поскольку кристалл находится внутри корпуса, для его измерения не подходят обычные инструменты вроде микрометра.
Классификация мощных светодиодов
Мощные светодиоды — это полупроводниковые приборы, излучающие свет в диапазоне длин волн 650–660 нм с широким углом рассеивания до 160 градусов. Они делятся на несколько основных категорий.
Однокристальные светодиоды
Мощный однокристальный светодиод.
Несмотря на компактные размеры, эти элементы обладают высокой плотностью и интенсивностью свечения. Их отличительные черты:
- Направление светового луча к краям корпуса.
- Широкий угол подсветки: от 100 до 145 градусов.
- Высокий индекс цветопередачи (CRI 70–90).
- Мощность до 3 Вт и световой поток до 334 люмен.
Благодаря своей эффективности, для создания одного светильника требуется меньше однокристальных светодиодов по сравнению с традиционными лампами.
Многокристальные светодиоды и матрицы
Многокристальная светодиодная матрица CREE CXA2530.
Мощность этих устройств зависит от подаваемого напряжения при силе тока до 3000 мА. Они классифицируются по напряжению питания (от 6 до 72 В) и мощности. Основные группы:
- Элементы с высоким напряжением питания.
- Элементы мощностью менее 4 Вт.
- Элементы мощностью более 4 Вт.
Такие SMD-источники могут давать как белый, так и цветной свет.
Светодиоды малой мощности (до 4 Вт)
Представлены сериями MX и ML, которые различаются типом корпуса, но имеют схожий угол свечения — 120 градусов. Они доступны в холодном и теплом спектре. Повышение напряжения питания положительно сказывается на сроке их службы, не ухудшая качество света.
Светодиоды высокой мощности (свыше 4 Вт)
Разработанные в рамках «гонки за люменами», эти модели мощностью от 4 до 25 Вт обладают рядом преимуществ:
- Световой поток от 250 до 2100 Лм.
- Высокая энергоэффективность (даже крупная лампа потребляет около 12 Вт).
- Наличие открытого диода или матовой колбы для рассеивания.
- Встроенная система самоохлаждения.
Самые крупные представители этой линейки имеют корпус размером 7x7 мм.
Светодиоды диаметром 5 мм
Их особенность — рефлектор с люминофором, создающий яркий сфокусированный луч без использования дополнительной линзы. Рабочие параметры: напряжение 1,9–3,4 В, ток 20 мА, сила света от 30 до 30 000 мкд. Доступны в различных цветах: белый (теплый и холодный), синий, красный, оранжевый, зеленый, желтый.
Высоковольтные светодиоды (HVW)
Компактные устройства с большим световым потоком, идеально подходящие для создания ретрофитов (ламп под стандартные цоколи E14, E27). Обладают высоким индексом цветопередачи (70–90 CRI) и, благодаря встроенным мини-драйверам и радиаторам, имеют более высокий КПД по сравнению с низковольтными аналогами. Рекомендуется использовать их с рассеивателем.
Цветные светодиоды
Предназначены для декоративной подсветки интерьеров, растений и архитектурных объектов. Компактный корпус (1,6x1,6 мм или 3,45x3,45 мм) и линза-купол обеспечивают фокусировку света. Некоторые серии могут излучать 2–4 оттенка с регулируемой яркостью и температурой.
Светодиоды Royal Blue
Сверхъяркие диоды, в которых люминофор нанесен не на кристалл, а на внутреннюю часть оптики. Это создает глубокий синий луч с углом рассеивания 90–140 градусов. Рабочий ток может достигать 500–1000 мА. По эффективности они на 30% превосходят стандартные синие светодиоды.
COB-матрицы (Chip-on-Board)
COB-матрицы.
Технология Chip-on-Board предполагает размещение множества кристаллов на одной плате под общим слоем люминофора. Плотность может достигать 70 кристаллов на см², что обеспечивает невероятно равномерное и яркое свечение. Светящаяся область обычно представляет собой квадрат или круг диаметром 1–3 см. COB-диоды мощностью 100–150 Вт способны заменить газоразрядные лампы (ДНаТ, МГЛ). Широко применяются в уличном освещении и профессиональной фототехнике (CRI > 95).
Светодиоды High-Brightness
Сверхмощные устройства, работающие на токе 20–70 А. Выпускаются в белом и цветном исполнении. Благодаря направленному излучению, идеальны для использования в наружной рекламе: световых щитах, вывесках и лайтбоксах.
Светодиоды PLCC
Компактные SMD-устройства на одном или нескольких кристаллах, предназначенные для поверхностного монтажа. Часто применяются в акцентной подсветке и информационных табло.
Светодиоды P4 («Пиранья»)
Светодиод «Пиранья».
Элементы в квадратном корпусе из эпоксидной смолы с характерной линзой (вогнутой, выпуклой или овальной). Угол рассеивания превышает 120 градусов. Крепление осуществляется через четыре металлических вывода. Размеры — от 3 до 7,7 мм. Рабочие параметры: ток до 50 мА, напряжение до 4,5 В. Благодаря прочности и хорошему рассеиванию, используются в автотюнинге и рекламе.
Круглые светодиоды
Круглые светодиоды.
Изготовленные по технологии Chip On Glass (чип на стекле), эти слаботочные элементы (20 мА) помещены в круглый оптический корпус диаметром 5 мм. Их главное преимущество — угол обзора 360 градусов, что превосходит плоские матрицы. Одна лампа на таких светодиодах может заменить 60-ваттную лампу накаливания.
Овальные светодиоды
Уникальные двунаправленные источники света с углом рассеивания по осям X и Y. Работают на токе 20 мА, устойчивы к ультрафиолету, влаге и перепадам температур. Компактный корпус (4 мм) и широкий угол свечения делают их идеальными для создания крупноформатных LED-экранов.
Светотехнические характеристики
Большинство мощных светодиодов работают от 12 В, реже — от 24–48 В. В качестве примера рассмотрим модель XLamp XM-L от Cree:
- Мощность: 10 Вт.
- Рабочее напряжение: 12 В.
- Энергоэффективность: до 170 лм/Вт.
- Световой поток: 850 Лм (при токе 3 А).
- Размер основания: 5x5 мм.
- Температура света: 4000–5000 К (нейтральный белый).
При увеличении тока свыше 3 А световой поток может достигать 910 Лм.
Материал основания
Материал основания светодиодов.
Основание (подложка) служит для крепления кристалла и отвода тепла. Используются два основных материала:
- Алюминий. Бюджетный вариант с относительно низкой теплопроводностью, что может приводить к перегреву. Отличается малым весом.
- Медь. Обладает отличной теплопроводностью, эффективно отводит тепло от чипа, но имеет больший вес. Светодиоды на медной подложке мощностью 10–100 Вт могут быть в 2–3 раза тяжелее стандартных 5-ваттных моделей.
Проводники
Проводники LED-элементов.
Тончайшие проводники соединяют кристалл с выводами. Наилучшим материалом является золото, обеспечивающее надежность и долговечность соединения. Например, в автомобильной подсветке золотые проводники выдерживают скачки напряжения до 30 В, тогда как медные могут перегореть.
Оптика и линзы
Для формирования нужного светового пучка используются специализированные оптические системы и коллиматоры. Коллиматор — это устройство с отверстием особой формы, внутри которого расположен источник света. Он преобразует рассеянный свет в параллельный или сфокусированный луч с заданной диаграммой направленности (эллиптической, круглой и т.д.).
Сферы применения
Светодиодный светофор.
Благодаря энергоэффективности, яркости и долговечности, сверхяркие светодиоды нашли применение в самых разных областях:
- Декоративное и основное освещение помещений (работают от сети 220 В через драйвер).
- Автомобильная промышленность: приборные панели, дисплеи, сигнальные огни, поворотники.
- Уличное и архитектурное освещение.
- Наружная реклама: световые короба, бегущие строки, информационные панели, билборды.
- Индустрия развлечений: акцентная подсветка в клубах, ресторанах, на концертных площадках.
- Сельское хозяйство: фитолампы для теплиц и оранжерей, стимулирующие рост растений.
- Аквариумистика: создание оптимального освещения для подводного мира.
Широкий ассортимент светодиодной продукции открывает безграничные возможности для дизайна и рекламы. Главное преимущество — существенная экономия: при сроке службе 30 000–50 000 часов они в десятки раз долговечнее ламп накаливания.
