Линзы для светодиодных светильников Ритейл.
Одним из ключевых элементов хорошего светильника -это его оптическое управление, которое направит свет именно туда, где это необходимо. Количество необходимых светодиодов может быть легко уменьшено, и желаемые конечные результаты могут быть достигнуты с использованием более энергоэффективных светодиодов. Это приводит к явной экономии средств и энергии на этапе установки и обслуживания. Вы можете даже иметь более высокую монтажную высоту и легче скрывать светильники и их источники света, при этом создавая равномерное освещение без огрехов. Но создание контраста между различными продуктами или областями в магазине, соблюдение определенных требований к однородности или яркости и получение максимальной эффективности от светодиодов – все это напрямую связано с используемой оптикой.
Перед нами непростая задача равномерно распределить световой поток по торговым стеллажам не растрачивая световой поток на пол и окружающее пространство.
Для достижения такого светового эффекта применяют светодиодные линзы Ритейл для SMD плат. Например FLORENCE-ZT25.
Возможно вам будет интересна наша статья про освещение торговых залов
Как работает светодиод
Светодиод является двухпроводным полупроводниковым источником света. Это p-n переходной диод, который излучает свет при активации. Когда к выводам приложено подходящее напряжение, электроны могут рекомбинировать с электронными отверстиями внутри устройства, выделяя энергию в виде фотонов. Этот эффект называется электролюминесценцией, а цвет света (соответствующий энергии фотона) определяется энергетической шириной запрещенной зоны полупроводника.
Материал, используемый в светодиодах, в основном алюминий-галлий-арсенид (AlGaAs). В своем первоначальном состоянии атомы этого материала прочно связаны. Без свободных электронов проводимость электричества здесь становится невозможной. При добавлении примеси, которая известна как легирование, вводятся дополнительные атомы, что эффективно нарушает баланс материала.
Эти примеси в виде дополнительных атомов способны либо обеспечивать свободные электроны (N-тип) в системе, либо высасывать некоторые из уже существующих электронов из атомов (P-тип), создавая «дыры» на атомных орбитах. В обоих случаях материал становится более проводящим. Таким образом, под воздействием электрического тока в материале N-типа электроны могут перемещаться от анода (положительный) к катоду (отрицательный) и наоборот в материале P-типа. Из-за свойства полупроводника ток никогда не будет идти в противоположных направлениях в соответствующих случаях.
Интенсивность света, излучаемого светодиодом, будет зависеть от уровня энергии испускаемых фотонов, который, в свою очередь, будет зависеть от энергии, выделяемой электронами, прыгающими между атомными орбитами из полупроводникового материала. В светодиодах вышеуказанные явления хорошо используются. В ответ на P-тип легирования электроны в светодиодах движутся, падая с верхних орбиталей на нижние, высвобождая энергию в виде фотонов, то есть света. Чем дальше эти орбитали отстоят друг от друга, тем больше интенсивность излучаемого света.
Различные длины волн, вовлеченные в процесс, определяют различные цвета, производимые светодиодами. Следовательно, свет, излучаемый устройством, зависит от типа используемого полупроводникового материала. Инфракрасный свет создается с использованием арсенида галлия (GaAs) в качестве полупроводника. Красный или желтый свет получают с использованием галлия-арсенида-фосфора (GaAsP) в качестве полупроводника. Красный или зеленый свет получается при использовании галлия-фосфора (GaP) в качестве полупроводника.
Светодиоды типа SMD
Такие элементы имеют более широкое назначение, что связано с основными характеристиками. Принцип работы светодиодов данного типа позволяет организовывать освещение различных форматов. Полупроводниковые приборы с фиксированной печатной платой имеют компактные габариты, благодаря чему они могут использоваться даже в самых маленьких светильниках.
Базовая часть корпуса, на которую фиксируется кристалл, обладает высокой теплопроводностью, поэтому отвод тепла производится эффективно. Обычно между линзой и основным элементом укладывается слой люминофора, предоставляющий возможность нейтрализовать ультрафиолет, а также задать определенную цветовую температуру. В изделиях с рассеянным излучением линза не устанавливается. Сам элемент по форме напоминает параллелепипед.
Принцип работы
Принцип работы линз для плоских и иных форм светильников со светодиодами основан на естественном законе природы о преломлении световых волн на границе двух различных сред. В данном случае дело касается материала оптики (стекла, пластика) и воздуха. Преломление светового потока существенно зависит от формы рубежа, через который он проходит.
Например, благодаря специальной линзе с выпуклыми сторонами светодиод ручного фонарика фокусирует узкий луч в пределах 12-15 градусов. Светотехнические характеристики изменяются также в зависимости от расстояния лед-кристалла до границы раздела сред, а также от препятствия, устанавливаемого между ними. В некоторых системах автомобильной оптики это применяется для переключения с ближнего света на дальний и наоборот.
Общая информация о светодиодах
Светодиод – это полупроводник, который генерирует видимое излучение при прохождении сквозь него электрического тока. В этом состоит его принципиальное отличие от любой другой лампы. В обычных вариантах светится от нагрева нить накала или газ, наполняющий трубку или корпус. Полупроводник не нагревается. Излучение является реакцией материала на прохождение тока, а не на нагрев какой-то части.
Светодиод дает почти монохромное излучение с определенной цветовой температурой. Полупроводники генерируют цветное излучение любого оттенка. В отличие от обычной лампочки, которая может изменить цвет только с помощью светофильтра, полупроводник именно излучает красный или синий свет.
Важное преимущество светодиода – возможность сформировать направленный световой поток. В обычных источниках света он рассеивается во все стороны и направление можно сформировать только за счет формы светильника и плафона
Полупроводник генерирует направленное излучение под углом от 15 до 180 угловых градусов. Уличный фонарь такого рода освещает именно дорогу под ногами прохожего, а не воздух на аллее.
Принцип работы
Состоит конструкция из полупроводникового кристалла на подножке. Вокруг размещается корпус с контактными выводами и оптической системой из пластиковой линзы. Размеры устройства очень малы – 3*2 мм самый большой.
При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда – электроны и дырки – движутся навстречу. Они рекомбинируются на обедненном слое диода и благодаря переходу электронов на другой энергетический уровень излучают оптический свет.
Сфера применения
Используются светодиоды чрезвычайно широко. Полупроводники при испускании света не нагреваются. Эта особенность вместе с минимальными размерами делает полупроводники особенно удобными.
Сферы применения светодиода:
- уличное, промышленное и бытовое освещение – выпускаются светильники, лампы, прожекторы, светодиодные ленты для любых вариантов освещения;
- индикация – в виде одиночных вариантов или буквенно-цифрового табло – цифры на часах, например;
- уличные экраны и информационное табло – основой выступает массив светодиодов;
- автомобилестроение – светодиоды применяются и как подсветка, и как лампы тормозного освещения;
- светодиоды служат источником света в оптоволоконных линиях связи, где они модулируют изучение, чтобы сформировать сигнал;
- подсветка ЖК-экранов в мониторах, телевизорах, мобильных телефонах;
- применяются для изготовления светодиодных дорожных знаков;
- используются в играх, игрушках, USB-устройствах;
- изготовление фитоламп – светильников для теплиц, оптимизированных под фотосинтез в растениях.
Плюсы и минусы светодиодов
Высокая световая отдача – 146 люмен на ватт
Высокая прочность и стойкость к вибрациям
Низкое потребление электричества
Длительный срок службы – 30-10 тысяч часов
Количество включений и выключений не влияет на срок службы
Разная цветовая температура
Высокая спектральная чистота
Отсутствие инерционности – сразу включается на полную яркость
Регулируемый угол излучения
Безопасность
Нечувствительность к низким температурам
Отсутствие фосфора, ртути, УФ облучения
Высокая цена
Ограниченная сфера применения
Чувствительность к высоким температурам
Как выбрать светодиодную лампу
Форма
Для декоративной люстры подойдёт свечевидная форма, или так называемая «кукуруза». Особенно если патроны направлены вверх.
В плафонах хорошо смотрятся шарообразные и грушевидные осветители.
Рефлекторы создают акцентное освещение.
Выбор цоколя
Список распространённых цоколей для светодиодных ламп:
- E27 Самый привычный цоколь Эдисон диаметром 27 мм.
- E14 Народное название «Миньон». Винтовой Эдисон 14 мм. Ставят на маломощные лампы.
- E40 применяется для крупных мощных ламп (в основном для уличного освещения).
Штырьковые модели (безцокольные) G для галогеновых ламп, также скопированы и в светодиодных устройствах, чтобы заменить ими галогены.
- G4 – для миниатюрных ламп.
- GU5.3 – ими оснащены популярные лампы MR16 для мебели и потолков. Такие же, как галогеновые MR16.
- GU10 – похожий на предыдущий, только с расстоянием между контактами в 10мм. Примечательная особенность – увеличенный диаметр на кончиках штырьков.
- GX53 – светильники, встраиваемые и накладные для потолков и мебели, которые имеют плоскую широкую форму.
- G13 – цоколь, аналогичный линейным люминесцентным лампам. Поворотный цоколь, применялся в аналогичных трубчатых лампах T8.
Пульсация
Чем меньше мерцание лампочки, тем лучше для глаз человека. Особенно этот показатель важен, когда речь идёт о выборе освещения для рабочего места. Существуют специальные измерительные приборы, показывающие уровень пульсации в цифровом обозначении. Но если прибора нет.
Определить мерцание можно двумя бытовыми методами:
- Поднести к лампочке карандаш и быстро подвигать им из стороны в сторону. Если глаз отчётливо видит несколько карандашей – лампочку можно ставить только в помещения общего назначения. Например, коридор, туалет или лестничную клетку. В стабильном, немерцающем потоке, будет видно карандаш в крайних точках и размытое изображение между ними.
- Навести на лампу камеру любого цифрового устройства. Хорошие лампочки светят ровно, а мерцающие дают тёмные полосы на экране. Глаза будут утомляться от такого освещения.
Радиатор
Как уже говорилось, хорошее отведение тепла – залог долгой работы лампочки.
Радиатор должен быть выполнен из алюминия.
Однако стремясь к неоправданной экономии, некоторые производители делают пластиковый радиатор и покрывают его серебристой краской.
При покупке слегка постучите по радиатору металлическим предметом. По звуку можно определить, какой использован материал.
Интенсивность свечения
Диммируемые лампы (светодиодные лампы работающие с диммером) можно регулировать по яркости, приглушая или добавляя света. О том, что лампочка способна на это, скажет пиктограмма в виде регулятора, на упаковке.
Как подключить
Подключение инфракрасного светодиода ничем не отличается от подключения обычного светоизлучающего. И тот, и другой включаются в цепь постоянного тока через ограничивающий резистор, обеспечивающий номинальный рабочий ток прибора. Ну и не стоит забывать, что инфракрасный светодиод – прибор полярный, поэтому на его анод нужно обязательно подавать «плюс», а на катод – «минус». При этом место включения резистора в цепь роли не играет.
Для того чтобы рассчитать номинал токоограничивающего резистора, необходимо знать:
- падение напряжения на светодиоде при прямом включении (есть в паспорте);
- номинальный рабочий ток светодиода (есть в паспорте);
- величину питающего напряжения.
Сам же расчет исключительно прост. Из напряжения питания вычитаем напряжение падения на полупроводнике и находим напряжение падения на резисторе:
U = Uпит. – Uпадения на светодиоде
Теперь рассчитываем номинал резистора, который обеспечит нужный нам ток через цепь, воспользовавшись законом Ома:
R = U/ I
где:
- R – искомое сопротивление резистора в Омах;
- U – падение напряжения на резисторе (см. первую формулу) в вольтах;
- I – номинальный ток через светодиод в амперах.
Онлайн рассчет Введите напряжение и выберите цвет светодиода
Напряжение питания *
Номинальный ток светодиода
Цвет светодиода Белый (3,0-3,3 В)Красный (1,6-2,1 В)Оранжевый (1,9-2,1 В)Жёлтый (1,9-2,1 В)Зелёный (2,6-3,4 В)Синий (3,0-3,3 В)Фиолетовый (3,2-3,4 В)Инфракрасный (1,4-2 В)УФ-светодиод (3,2-4 В)
Сопротивление резистора: Ом
Мощность токоограничивающего резистора не менее: Вт
Стандартный резистор (E24): Ом
Сопротивление рассчитывается по средней величине диапазона номинальных напряжений указанного в скобках. Номинальный ток, который указан по умолчанию (20 мА) — это номинальный ток для большинства 5-миллиметровых светодиодов. Полученное значение сопротивления нужно округлить в большую сторону до ближайшего номинального сопротивления резисторов из доступных
То есть если получилось 45 Ом, но такого резистора вы купить не можете, смело округляйте до 47 Ом (есть в основных распространённых рядов номиналов резисторов E3, E6, E12, E24).Важно! После расчёта, подбора резистора и подключения светодиода измеряйте ток через него и сверяйте с указанным в технической документации. При необходимости корректируйте сопротивления резистора.
Важно! Драйвер должен обеспечивать точно такой же или меньший ток, на который рассчитан конкретный светодиод
В нижней части рисунка указано соответствие номинала резистора необходимому току.
Светодиоды с линзами для авто
Широкое развитие светодиодной светотехники привело к тому, что уже многие автомобили с конвейера оснащаются лед-элементами и соответствующей им оптической системой. При этом в ходе разработки фар обязательно учитываются требования правил дорожного движения по характеристикам бортового освещения.
Со старыми автомобилями, имеющими в качестве источника света лампочки накала, галогенки или ксенон, дело обстоит сложнее. Хотя многие линейки и предлагают устанавливать в штатные фары светодиоды, полноценного эффекта от их использования это не дает. Нужна специальная система оптики – с линзами. Поэтому многие производители предлагают автопользователям тюнингованный вариант их монтажа. Уже готовые фары можно установить на радиаторную решетку или бампер.
Есть ли смысл ставить светодиоды в лампы?
фото: vintagecarleds.com
Светодиоды при правильном размещении и правильной регулировке (в теории) могут преобразовывать минимальную потребляемую мощность в большое количество света, что в целом делает эту технологию привлекательной.
При прочих равных похоже, что замена энергоемких разрядных ламп на более яркие светодиоды с меньшим потреблением энергии убивает сразу двух зайцев. Плюс к этому у LED присутствует эффект «мгновенного включения» и визуальная четкость света (что на практике утомляет водителей в длинных поездках больше из-за резкого перехода от яркого света к темноте, чем мягкий градиент обычных газоразрядных ламп и даже ксенона), что заставляет экспериментаторов ставить их на свои автомобили. А еще, и это один из главных плюсов, светодиоды могут придать старым автомобилям современный стиль.
Проще говоря, светодиодные фары — это легкоустанавливаемые и легкодоступные «игрушки» с флером безопасности и технологичности, благодаря которым автомобили выглядят круче.
Приборы для подсветки шкафов, полок и ниш
Часто бывает, что, открыв шкаф, невозможно разглядеть, что находится в глубине полок. Это довольно просто исправить, приклеив на двусторонний скотч посадочное место для светодиодного аккумуляторного светильника с зарядным устройством. С его помощью можно без труда найти нужные вещи, а включается он одним движением руки. Частая зарядка такой лампе не требуется – достаточно подключать ее к сети один раз в 3-6 месяцев (в зависимости от интенсивности использования).
Весьма удобны такие светильники при установке их в сервант или даже над рабочей поверхностью в кухне. Это позволит хозяйке лишний раз не напрягать глаза, разделывая мясо или убирая кости из рыбы. Кладовка, балкон, темный угол прихожей – подобному устройству везде найдется место, где необходимо дополнительное освещение, но при этом нет желания протягивать провода, выполняя электромонтаж.
Индикаторные светодиоды
Индикаторные светодиодные чипы наиболее распространены. Применяются для различной подсветки и индикации, от фонарей и светофоров до бытовой техники. Современные модификации обладают большой силой света, хотя это достаточно маломощные светодиоды.
Функцию отражателей, концентрирующих световой поток, выполняют стенки и опорная пластина. Приборы имеют прямоугольные торцы с диаметром 3-10 мм и выпуклые линзы. Для них требуется источник питания в 2,5-5 В (предел по току – 20-25 мА), а если используется интегрированный резистор – 12 В. Угол свечения бывает либо широким (110-140о), либо узким (15-45о). Светоотдача белых светодиодов находится на уровне 3-5 Лм.
Индикаторный диод обладает следующими преимуществами:
- небольшая стоимость;
- безопасные токи и напряжение светодиодов;
- высокий уровень защиты от внешних воздействий;
- небольшое потребление энергии с низкой теплоотдачей, позволяющей устройствам работать продолжительное время без охлаждающих радиаторов.
Среди индикаторных выделяют следующие типы светодиодов:
| Тип светодиода | Строение | Корпус | Цветовой диапазон | Угол рассеяния | Область применения |
| DIP | Самые маленькие, кристалл в выводном корпусе | Прямоугольный или цилиндрический, диаметр – от 3 до 10 мм. Имеет выпуклую линзу | Одно- и многоцветный (RGB), УФ и ИК | До 60о | Устройства индикации, световые табло, ёлочные украшения |
| Super Flux «Piranha» | Имеет четыре вывода для фиксации на плате | Прямоугольный, с линзой (5 или 3 мм) или без | Зелёный, красный, синий и белые с разной температурой | 40-120о | Подсветка дневных ходовых огней, автомобильных приборов и прочего |
| Straw Hat | Два вывода, кристалл расположен возле передней стенки | Цилиндрический, радиус линзы увеличен, высота уменьшена | Синий, зелёный, жёлтый, белый и красный светодиод | 100-140о | Используются, когда требуется равномерное освещение с небольшим энергопотреблением |
| SMD | Не имеют вывода, монтируются поверхностно | Типовой размерный ряд, часть с выпуклой линзой, другая – плоские светодиоды | Цветные и белые | 20-120о | Являются основой диодных лент |
Наиболее технологичной и популярной является группа SMD светодиодов.
Устройство осветительного светодиода.
Принцип действия светодиода основан на так называемом p-n (электронно-дырочном) переходе.
Светодиод включает в себя полупроводниковый p-n переход, где материал — n обогащён отрицательными носителями заряда (приобретают дополнительные электроны), а материал – p положительными носителями заряда (приобретают «дырки» места, где отсутствуют электроны на орбитах атомов).
Когда в диоде возникает электрическое поле, электроны из материала — n и дырки из материала – p, устремляются к p – n переходу, где электроны инжектируются в – p материал.
При подаче отрицательного напряжения со стороны – n проходит ток в материал – p (прямое смещение).
При переходе из – n в – p избыточные электроны рекомбинируют с «дырками» при этом выделяется энергия из элементарных частиц фотонов и светодиод испускает свечение.
Обозначение светодиода в электрических схемах.
Светодиод может работать только при пропускании через него тока в прямом направлении (анод положительный потенциал относительно катода).
Недопустимо подключение светодиода обратной полярностью к источнику напряжения, светодиоды обычно имеют невысокое обратное пробивное напряжение, поэтому если в схеме возможно обратное напряжение светодиод нужно дополнительно защитить параллельно подключённым обычным диодом.
Подключать светодиод к источнику напряжения можно только через ограничитель тока, например через последовательно подключённый резистор.
Некоторые диоды могут иметь встроенную в корпус токоограничивающую цепь.
Для мощных светодиодов также применяются схемы, с широтно импульсной модуляцией которые могут поддерживать среднее значение тока на заданном уровне.
При пропускании через светодиод тока превышающего предельно допустимые параметры, светодиод мгновенно перегревается и выходит из строя.
Преимущества применения светодиодов в качестве источников света.
Высокая светоотдача до 146 люмен на ватт.
Современные светодиоды имеют широкий спектр свечения от 2700 К (теплый белый) до 6500 К (холодный белый).
Низкая инерционность, светодиод включается сразу на полную яркость.
Угол излучения от 15 до 180 градусов.
Механическая прочность и вибростойкость.
Светодиоды не чувствительны к низким температурам.
Продолжительный срок службы светодиодов, некоторые светодиоды могут работать до 100000 часов.
На продолжительность службы светодиодов не влияет количество циклов включения-выключения, в отличие от газоразрядных ламп и ламп накаливания.
Экологичность – в отличие от люминесцентных ламп для производства светодиодов не используются опасные материалы, такие как ртуть и фосфор.
Недостатки светодиодов.
При недостаточном отводе тепла у мощных светодиодов происходит деградация и падение яркости кристалла.
Светодиоды чувствительны к перепадам напряжения, повышенное напряжение приводит к перегреву светодиода и сокращает срок его службы.
Применение светодиодов.
Современные мощные светодиоды применяются в промышленном и бытовом освещении, светодиоды используются в качестве источников света в лампах, фонарях, светильниках, светодиодных лентах.
Светодиоды применяются в подсветке жидкокристаллических экранов телевизоров, мониторов, мобильных телефонов.
Маломощные светодиоды применяются в качестве индикаторов для бытовых и промышленных приборов, используются в панелях управления и пр.
Параметры и характеристики светодиодов
Излучение светодиода находится в зависимости от угла направленности, определяемого его конструкцией. Свое влияние на интенсивность оказывают линзы и материал, использованный для защиты кристалла. Светодиод может излучать рассеянный или узконаправленный свет.
На свойства светодиодов оказывает влияние температура окружающей среды. Например, при повышении температуры, падает яркость свечения, уменьшается напряжение. Получается прямая линейная зависимость температуры и яркости. Поэтому, в зависимости от использования, светодиоды имеют большой разброс параметров.
Наиболее высокие требования предъявляются к диодам, предназначенным для наружных объектов. Они должны работать в очень широком диапазоне температур, не изменяя, при этом, яркости света. Такие параметры обеспечиваются с помощью современных технологий и новейшего оборудования. Принцип работы светодиода связан с высокой скоростью их действия. Для нарастания излучения достаточно нескольких секунд от момента прямого воздействия импульса тока.
Данные световые приборы различаются между собой и внешними конструктивными признаками. Корпуса могут быть металлическими с линзами из стекла, обеспечивающими острое направленное излучение. Используются и оптически прозрачные пластмассовые корпуса с рассеянным светом. Все они предназначены для конкретных условий использования, в зависимости от конструкции, параметров и технических характеристик.
Отражатели.
Отражатели проще в установке и стоят намного дешевле, чем Вторичная оптика. Насколько хорошо они собирают свет, зависит от их формы. Иногда они также используются с различными отделками, чтобы добавить текстуру к свету или рассеять его. Часто физические размеры источников света ограничивают оптические параметры. С массивами или излучателями на плате (COB) они излучают такую большую площадь света , что единственное реальное решение – окружить их отражателем.
Отражатели используются в большинстве ламп накаливания, но у светодиодов есть один ключевой недостаток: большинство световых лучей, исходящих из центра излучателя, выходят из системы, даже не касаясь отражателя. Это означает, что даже при узкой отражающей системе значительная часть света отклоняется от цели. Это приводит к потере выходного луча или создает нежелательный яркий свет.
Основные выводы
Линза для светодиода предназначена для фокусировки светового потока светильника. Это позволяет формировать направленное освещение с заданными характеристиками. Например, овально распределенным в горизонтальной плоскости, что необходимо для подсветки дороги для движущегося автомобиля или прожектора.
Светильники такого типа различаются по:
- Виду лед-кристалла.
- Их количеству.
- Симметричности их расположения.
- Типу распределения светового потока.
Современные фонари с линзой на светодиодах способны фокусировать освещение от нескольких до полутора сотен градусов. Для оснащения автомобилей чаще всего применяются би-линзы – способные формировать ближний и дальний свет. В качестве основного их материала применяют стекло или поликарбонат. Чтобы сделать подобную оптическую систему своими руками, необходимо приобрести специальное или универсальное увеличительное стекло и закрепить его, соблюдая требования соосности, над лед-элементом на определенном расстоянии в соответствии с заданными параметрами.
