Видове мощни светодиоди за осветителни приложения

Мощните светодиоди осигуряват голям светлинен поток, което ги прави подходящи за всякакъв тип осветление - индустриално, улично, интериорно, екстериорно, декоративно, рекламно и специално. Произвеждат се с голямо разнообразие на цветове, всеки от които се определя от дължината на вълната, при която субективното възприятие за интензитета на светлината е най-голямо.

На пазара се предлагат няколко разновидности на белия цвят, както и многоцветни мощни светодиоди, които съдържат в корпуса си червен, зелен и син светодиод, бял или кехлибарен. Всеки от светодиодите е със самостоятелни изводи, което позволява използване поотделно или едновременно задействане на всички.

Бели мощни светодиоди
Тъй като не съществуват полупроводници за излъчване на бяла светлина, белите мощни светодиоди се реализират чрез комбинация на два или три цвята. Първият начин използва син светодиод, комбиниран с жълт луминофор, при което спектралната характеристика (зависимостта на мощността на излъчване от дължината на вълната) е с максимуми, съответстващи на тези два цвята. За подобряване на характеристиката някои производители прибавят малки количества червен луминофор. Вторият начин е известното от цветните монитори смесване на трите основни цвята. Предимство е по-равномерната характеристика, а недостатък - необходимостта от три чипа в светодиода.

Видове бели светодиоди
Съществуват няколко разновидности на белия цвят - топъл бял цвят с леко оранжев оттенък и цветна температура между 2600 и 3700 К; неутрален бял с 3700-5000 К и студен бял с 5000-10000 К. В американския стандарт ANSI C78.377-2008 се дефинират осем групи на белия цвят, като номиналната цветна температура е използваната при проектирането на светодиодите, а реалната дава допустимите граници. Цветовете на всяка група се намират в определен четириъгълник на цветовата диаграма, координатите на чиито върхове са фиксирани в стандарта. Благодарение на сериозните подобрения на технологиите е възможно всяка от групите да се раздели на подгрупи така, че даден светодиод да има точно определен бял цвят, намиращ се в част от четириъгълника на ANSI. Производителите отбелязват подгрупите в каталога с набор от букви и цифри, които участват като част от означението на мощните светодиоди. При определянето на тези подгрупи трябва да се има предвид и особеността на човешкото око да възприема промени на белия цвят само ако са достатъчно големи. Когато промените са в границите на прецизните елипси на Мак Адам (3-Step MacAdam Ellipse), те остават незабелязани при 99,44% от хората.

В Европейския съюз действат Energy Star Program Requirements for Integral LED Lamps, които поставят строги изисквания към светодиодите. Там се фиксират допустимите толеранси на цветната температура, цветът и индексът на цветопредаване, факторът на мощността, минимална работна температура, работна честота и напрежение и др.
От гледна точка на приложенията е полезно да се има предвид, че се произвеждат бели светодиоди от Aluminium gallium indium phosphide (AlInGaP) и Indium gallium nitride (InGaN), като вторите са с възможност за разсейване на около 50% по-голяма мощност и работа до по-висока (с 10 - 20 °C) околна температура.

Номинална мощност
Мощните бели светодиоди с типична мощност 1 W имат широк работен температурен обхват и големи стойности на индекса на цветопредаване и ъгъла на излъчване. При LED с мощност между 1,5 и 5 W е полезно да се има предвид, че част от тях са с две различни стойности на максималната работна температура в зависимост от тока в права посока. При два пъти по-голям ток тя намалява с около 10%. Особеност е последователното свързване в някои модели на повече чипове, което позволява увеличаване на мощността без изискване за по-голям ток. За мощности 10 W и повече е практически задължителна реализацията на мощни LED като една или повече успоредно съединени колони (string, channel), всяка от които е с последователно свързани чипове. Такива светодиоди са все още относително малко спрямо останалите, но количеството им и горната граница на мощността непрекъснато нарастват. Едва ли има нужда да се споменава, че колкото по-голяма е мощността, толкова по-важно е доброто охлаждане, съвети за което се дават в техническата документация.

Практически не се предлагат светодиоди с мощност между 5 и 10 W.

Приложение
Белите ненасочени светодиоди намират многобройни и бързо нарастващи приложения - общо осветление на помещения, открити площи и тунели, вътрешно и външно осветление на автомобили, декоративно осветление, светещи информационни и указателни табели, подсветка на монитори и т. н. Поради по-малкия си ъгъл на излъчване, белите насочени светодиоди имат по-специфични приложения - различни видове прожекционни апарати, светлинни ефекти, архитектурно осветление, светкавици, но могат да се използват и за осветителни тела, например настолни лампи. Като количество тези светодиоди са значително по-малко от ненасочените.

Цветни светодиоди
По принцип съществуват две основни групи цветни светодиоди, по-голямата от които са едноцветните с два специфични основни параметъра. Първият е дължината на вълната на максимума (lp), при която се осигурява най-голям светлинен поток със стойност, измервана чрез прибори. Субективното възприятие за най-голям светлинен поток се получава при доминиращата дължина на вълната (lD), която е на монохроматичен източник, създаващ същото възприятие. Разликата между двете е до няколко %. Съществуващото значително разнообразие на цветове е: червен (Red), кехлибарен (Amber), оранжев (Orange), оранжево-жълт (Red Orange), жълт (Yellow), зелен (Green), синьо-зелен (Cyan), син (Blue) и кралско син (Royal Blue), към които напоследък се прибавиха свръх червен (Hiper Red), истински зелен (True Green), плътно син (Deep Blue) и др.

Втората група са многоцветните HPLED (Multicolor LED), основната разновидност на които е с червен, зелен и син чип (RGB HPLED). Тяхното едновременно активиране позволява получаването на произволен цвят (вкл. бял) с желан светлинен поток, аналогично на работата на цветните монитори.

За специфични приложения като архитектурно и аварийно осветление, указателни табели, маяци, в автомобили и др. транспортни средства се използват цветни насочени светодиоди.

OLED осветление
В търсенето на нови, още по-добри източници, сериозни надежди се възлагат на лампите с органични светодиоди, наричани OLED лампи. Първите им опитни образци се появяват в средата на 2008 г., а реалното серийно производство започва през 2009 г. Основната им особеност е, че реално те са “двуизмерни” лампи, тъй като представляват равномерно светеща повърхност с дебелина до няколко mm, която при най-тънките е малко под 1 mm (с перспективи за нейното по-нататъшно намаляване). При производството им се използват органични материали, при прилагане на постоянно напрежение върху които в два от слоевете им се генерират електрони и дупки. Когато те рекомбинират в слоя между тях, той за кратко време преминава във възбудено състояние и излъчва светлина за възстановяване на нормалното си състояние. Трите слоя са с дебелина по няколко десетки mm и се нанасят върху стъклена или пластмасова основа, т. е. получава се излъчваща светлина повърхност с дебелина до няколко mm. Това е първата важна разлика на OLED източниците от всички останали, които са точкови. Друга особеност е много ефективното преобразуване на електрическата енергия в светлина, малкото нагряване и тегло. Освен това при ползване на пластмасова основа излъчващите плоскости са гъвкави, което създава възможност за оригинални решения на осветителните тела.

OLED панелите осигуряват дифузна светлина на голяма площ. Дифузна е и светлината на флуоресцентните лампи, но най-добрите лабораторни модели на OLED панели са вече с по-голяма ефективност на преобразуването. Същевременно, не са малко OLED панелите, чийто спектър на светлината е по-близък до дневната, в сравнение с всички останали източници. Ниското захранващо напрежение и малката постояннотокова консумация определят по-прост захранващ блок и работа на панелите без охлаждащи радиатори, които са безспорни сериозни предимства.

Друга съществена особеност на OLED панелите е липсата на инфрачервено излъчване (особено характерно за лампите с нажежаема нишка), което ги прави подходящи за осветление в музеи. Причината е, че продължителното въздействие на инфрачервените лъчи променя цвета на маслените бои. Също предимство е “меката” светлина на OLED панелите - дори при продължително взиране в тях не се налага присвиване на очите.