Светодиоды

Здравствуйте друзья.

Это второй материал посвященный теоретическим основам выбора оптимального искусственного подводного освещения. Разговор пойдет о светодиодах. Для того, чтобы было проще в дальнейшем – нужно начать с базовых понятий: – светодиод – это электронный элемент, который при прохождении через него электрического тока начинает излучать электромагнитное излучение с длиной волны в видимой части его спектра или по простому – свет. Становится понятно значение аббревиатуры – СИД – светоизлучающий диод или при английском переводе – LED - ight-emitting diod.

В зависимости от химического состава этого электронного компонента он излучает свет с разной эффективностью и разной длины волны.На сегодняшний день, наиболее доступными и эффективными являются светодиоды изготовленные на основе чипов из нитрида галлия. К сожалению такой светодиод выдает излучение с длиной волны 450 – 480 нм, что соответствует синему цвету.

Решается эта проблема применением люминофора. В нашем случае он наносится прямо на светоизлучающий элемент, при этом, в результате переизлучения появляются другие части спектра. Комбинируя состав и толщину слоя люминофора производители добиваются требуемого спектрального состава света на выходе.

Получаем такой пирог: в самом низу - теплоотводящая подложка, дальше корпус светодиода, на нем полупроводниковый чип, потом слой люминофора и накрывается это все куполом из прозрачного материала, выполняющего роль первичной оптики.

Теперь давайте разберемся с основными характеристиками этого устройства.

В светотехнике основным приемником излучения является глаз человека, а он имеет как мы помним из первой части разную спектральную чувствительность. Это привело к появлению отдельной системы описания – системе световых величин.

Одной из основных величин этой системы – является сила света. Единицей силы света является кандела (с латинского – свеча). Грубо говоря 1 кандела соответствует световому ощущению возникающему при взгляде на 1 горящую свечу.

Следующий важный параметр – это световой поток. Световой поток определяет количество света, соотнесенного с кривой спектральной чувствительности глаза, проходящего через единицу поверхности за единицу времени – измеряется в Лм.

Так как даже одинаковые светодиоды из за погрешностей при производстве, и потерь при преобразовании света в слое люминофора преобразовывает электрический ток с разной эффективностью возникает первая возможность их разделения или «биновки» по эффективности – сколько люменов света выдает диод при потреблении 1- го вата энергии. Поскольку кривые эффективности светодиодов в зависимости от их нагрева и пропускаемого тока имеют не линейный вид, для обеспечения корректности сравнения выбирают некоторые фиксированные значения этих параметров.

Из за того, что одинаковое по мощности, но имеющее разную длину волны излучение по разному воспринимается глазом, световой поток можно оценивать в люменах только в тех случаях, когда спектральный состав света не играет существенной роли, и важна только воспринимаемая глазом яркость освещения. Такой вариант никого не устраивает и поэтому было введено два дополнительных параметра – это ССТ - коррелированная цветовая температура и CRI – индекс цветопередачи.

Наиболее простое описание цветовой температуры – это сравнение этого параметра со светом испускаемым разогретым металлом. Разная температура разогрева дает разный спектральный состав излучения – больше температура – белее свет. Только в нашем случае нагревали не метал, а объект под названием - абсолютно черное тело. Не будем о нем говорить – это никак не повлияет на понимание.

Шкалу нагрева разбили на интервалы и сняли спектральные характеристики для каждого из них. Теперь стало возможным при описании любого источника света сопоставить его спектральные характеристики с полученными при нагреве. И найдя наиболее похожий говорить – данный источник света имеет ССТ к примеру 5000К.

Но поскольку точного совпадения не будет, возникает необходимость стандартизировать эти отклонения. Примером этого является стандарт цветности C78.377A, разработанный Американским национальным институтом стандартов (ANSI). Этот стандарт разделяет температурный диапазон на 8 частей и определяет допустимые диапазоны ее отклонения.

Диапазоны отклонения по температуре, по сути - определяют диапазоны отклонения по цветовому оттенку. И они могут быть заметными, поэтому этот каждый конкретный диапазон отклонений также делится на сектора.

На практике это выглядит следующим образом: берут так называемую диаграмму цветности (суть этой диаграммы в том, что любой существующий цвет можно описать при помощи двух координат x и y) и накладывают на эту диаграмму кривую свечения абсолютно черного тела в зависимости от температуры. Поскольку, согласно этого стандарта существует некоторый диапазон возможных отклонений по температуре, мы получаем не линию, а некоторую поверхность. Эту поверхность делят на небольшие сектора, «бины» цветности. После чего, группу «бинов», принадлежащих одному температурному диапазону объединяют в группу или «кит». «Кит» может объединять не весь температурный диапазон, а только его часть. Описанием «кита» или конкретного «бина» являются координаты x и y, наложенные на диаграмму цветности. Данный стандарт цветности не единственный, но смысл у них один – все делят диаграмму цветности на сектора имеющие координаты.

Теперь индекс цветопередачи CRI – он определяет, насколько свет от источника хорош для правильного восприятие цвета объекта. Для определения этого параметра, набор из 8 стандартных образцов с разным цветом освещают тестируемым источником и эталонным с той же цветовой температурой. Если разницы нет – CRI равен 100. Чем больше образцов изменили цвет – тем он меньше. Считается, что для хорошей цветопередачи необходимы значения CRI выше 80.

Все вышесказанное нужно нам только для одного – мы должны четко понимать что обозначают буквы и цифры в обозначении конкретного диода. Поэтому, от теории переходим к практике.

На сегодняшний день лидером в производстве высокоэффективных полноспектральных или «белых» светодиодов является американская компания CREE, и с очень большой вероятностью сталкиваться мы будем именно с ними. Поэтому имеет смысл применить наши знания при выборе светодиода именно этого производителя.

Итак, заходим на сайт компании, и пробуем разобраться к примеру с маркировкой диода XPG3. Переходим в карточку товара, смотрим его характеристики и если они нас заинтересовали, переходим к выбору конкретного варианта. Для этого открываем его даташит и смотрим. В большинстве случаев, нам будет достаточно информации отображенной в таблице, которая начинается в данном случае с третьей страницы. Как видим, все параметры этой таблицы нам хорошо знакомы. В таблице мы можем выбрать температуру свечения диода, его эффективность и коэффициент цветопередачи.

Если этого мало, то полное описание номенклатуры кодов заказа можно посмотреть на стр. 27 в разделе «Форматы кодов и кодов ордеров», а для определения наборов цветности или «китов» можно посмотреть таблицу ячеек цветности на стр. 26.

О том, насколько важен или нет коэффициент цветопередачи и набор цветности при подводном освещении, а также о подборе оптимальных характеристик светодиодов я рассажу в следующей части.

До встречи и всего Вам доброго.

Ваши комментарии