LED-Emissionsspektrum. Wie LEDs aufgebaut sind und funktionieren. Weißlichteinstellung

Weiße LED

Im Gegensatz zu herkömmlichen Glüh- und Leuchtstofflampen, die weißes Licht erzeugen, erzeugen LEDs Licht in einem sehr engen Spektrumbereich, d. h. verleihen einen fast monochromen Glanz. Aus diesem Grund werden LEDs schon lange in Schalttafeln und Girlanden eingesetzt, heute werden sie vor allem in Beleuchtungsanlagen eingesetzt, die eine bestimmte Grundfarbe ausstrahlen, beispielsweise in Ampeln, Schildern und Signalleuchten.

Prinzip einer weißen LED

Das Designprinzip einer weißen LED ist nicht sehr kompliziert; die Umsetzungstechnologie ist komplex. Damit eine LED weißes Licht abgibt, ist der Rückgriff auf zusätzliche technische Elemente und technische Lösungen notwendig. Die wichtigsten Methoden zur Erzeugung von weißem Licht in LEDs sind:

Aufbringen einer Leuchtstoffschicht auf blaue Kristalle;

Aufbringen mehrerer Phosphorschichten auf Kristalle, die Licht emittieren, dessen Farbe nahe am Ultraviolett liegt;

RGB-Systeme, bei denen ein weißes Leuchten durch die Mischung des Lichts vieler monochromer roter, grüner und blauer Dioden erreicht wird.

Im ersten Fall werden am häufigsten blaue LED-Kristalle verwendet, die mit einem Leuchtstoff, gelbem Phosphor, beschichtet sind. Phosphor absorbiert etwas blaues Licht und gibt gelbes Licht ab. Wenn das verbleibende, nicht absorbierte blaue Licht mit Gelb gemischt wird, ist das resultierende Licht nahezu weiß.

Die zweite Methode ist eine kürzlich entwickelte Technologie zur Gewinnung von Festkörperquellen weißes Licht basiert auf einer Kombination aus einer Diode, die ein dem Ultraviolett ähnliches Licht aussendet, und mehreren Leuchtstoffschichten aus Phosphor unterschiedlicher Zusammensetzung.

Im letzteren Fall wird weißes Licht auf klassische Weise durch Mischen dreier Grundfarben (Rot, Grün und Blau) erzeugt. Die Qualität des weißen Lichts wird verbessert, indem die RGB-Konfiguration durch gelbe LEDs ergänzt wird, um den gelben Teil des Spektrums abzudecken.

Vor- und Nachteile alter LEDs

Jede dieser Methoden hat ihre positiven und negativen Seiten. So zeichnen sich LEDs mit weißem Phosphor, die nach dem Prinzip der Kombination von blauen Kristallen mit einem Phosphor-Leuchtstoff hergestellt werden, durch einen relativ niedrigen Farbwiedergabeindex, eine Tendenz zur Erzeugung von weißem Licht in kalten Tönen und eine Heterogenität im Farbton des Glühens mit einem relativ hohen Wert aus Lichtstrom und relativ geringe Kosten.

Weiß Phosphor-LEDs, die auf der Grundlage einer Kombination von Dioden mit einer Leuchtfarbe nahe der ultravioletten Farbe und mehrfarbigen Leuchtstoffen hergestellt werden, weisen einen hervorragenden Farbwiedergabeindex auf, können weißes Licht in wärmeren Farbtönen erzeugen und zeichnen sich durch eine größere Gleichmäßigkeit der Leuchttöne von Diode zu Diode aus . Allerdings verbrauchen sie mehr Strom und sind nicht so hell wie die ersten.

RGB-LEDs wiederum ermöglichen die Erzeugung dynamischer Lichteffekte in Beleuchtungsanlagen mit einer Änderung der Lichtfarbe und unterschiedlichen Weißlichttönen und können möglicherweise einen sehr hohen Farbwiedergabeindex bieten. Gleichzeitig reagieren LEDs einzelner Farben unterschiedlich auf den Betriebsstrom, die Umgebungstemperatur und die Helligkeitssteuerung, weshalb RGB-LEDs recht komplexe und teure Steuerungssysteme erfordern, um einen stabilen Betrieb zu erreichen.

Damit Lampen auf Basis weißer LEDs eine bessere Lichtqualität liefern, d.h. Bei der Gestaltung von Lampen wird ein umfassenderes Spektrum verwendet

Einführung

Effizienz

Die Lichtausbeute, gemessen in Lumen pro Watt (lm/W, lm/W), ist ein Wert, der zur Bestimmung der Effizienz der Umwandlung von Energie (in unserem Fall elektrischer Energie) in Licht verwendet wird. Herkömmliche Glühlampen arbeiten im Bereich von 10–15 lm/W. Vor einigen Jahren lag der Standard-LED-Effizienzwert bei etwa 30 lm/W. Doch bis 2006 hatte sich die Effizienz weißer LEDs mehr als verdoppelt: Einer der führenden Hersteller, Cree, konnte in Prototypen 70 lm/W nachweisen, was einer Steigerung von 43 Prozent gegenüber der maximalen Lumenleistung seiner serienmäßig hergestellten weißen LEDs entspricht. Im Dezember 2006 kündigte Nichia neue weiße LEDs mit einer erreichten Lichtausbeute von 150 lm/W an. Diese Proben zeigten unter Laborbedingungen einen Lichtstrom von 9,4 lm bei einer Farbtemperatur von 4600 K bei einer Stromstärke von 20 mA. Die angegebene Effizienz ist etwa 11,5-mal höher als die von Glühlampen (13 lm/W), 1,7-mal höher als die moderner Leuchtstofflampen (90 lm/W). Darüber hinaus wird der Indikator von Natriumdampf-Hochdrucklampen (132 Lumen/Watt), der unter den herkömmlichen Lampen die effizienteste Lichtquelle ist, übertroffen.

Vorteile

Solid State Light (SSL) ist trotz der vielfältigen Möglichkeiten, es durch LEDs zu erzeugen und zu implementieren, immer noch wenig bekannt. Die meisten Unternehmen und Designer sind nur mit der traditionellen analogen weißen Beleuchtung vertraut, ohne die vorteilhaften und nützlichen Alternativen, die LEDs bieten, wirklich zu bewerten. Neben den leicht vorhersehbaren Vorteilen, die sich durch Festkörper-LED-Beleuchtung erzielen lassen (Energieeinsparung, lange Lebensdauer etc.), sollten Sie auf folgende Besonderheiten von LEDs als neuen Weißlichtquellen achten:

• geringe Wärmeentwicklung und niedrige Versorgungsspannung (garantiert hohes Niveau Sicherheit);
• Fehlen eines Glaskolbens (bestimmt eine sehr hohe mechanische Festigkeit und Zuverlässigkeit);
• kein Aufwärmen oder hohe Startspannungen beim Einschalten;
• trägheitsfreies Ein-/Ausschalten (Reaktion< 100 нс);
• kein DC/AC-Wandler erforderlich;
• absolute Kontrolle (Anpassung von Helligkeit und Farbe über den gesamten Dynamikbereich);
• volles Spektrum des emittierten Lichts (oder, falls erforderlich, ein spezielles Spektrum);
• integrierte Lichtverteilung;
• Kompaktheit und einfache Installation;
• Abwesenheit von ultravioletter und anderer gesundheitsschädlicher Strahlung;
• Es werden keine gefährlichen Stoffe wie Quecksilber verwendet.

Wie bekomme ich weißes Licht mit LEDs?

Schwarz ist die Abwesenheit aller Farben. Wenn Licht aus allen Teilen des Farbspektrums überlagert wird (also alle Farben vorhanden sind), erscheint die kombinierte Mischung weiß. Dabei handelt es sich um das sogenannte polychromatische weiße Licht. Die Primärfarben, aus denen alle Farbtöne gewonnen werden können, sind Rot, Grün und Blau (RGB). Sekundärfarben, auch Komplementärfarben genannt: Flieder (eine Mischung aus Rot und Blau); Blau (eine Mischung aus Grün und Blau); und Gelb (eine Mischung aus Rot und Grün). Jede Komplementärfarbe und die entgegengesetzte Primärfarbe ergeben ebenfalls weißes Licht (Gelb und Blau, Cyan und Rot, Lila und Grün).

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit LEDs weißes Licht zu erzeugen.

Die erste ist die Farbmischung mithilfe der RGB-Technologie. Rote, blaue und grüne LEDs sind dicht auf einer Matrix angeordnet, deren Strahlung über ein optisches System, beispielsweise eine Linse, gemischt wird. Das Ergebnis ist weißes Licht. Ein anderer, weniger verbreiteter Ansatz mischt primäre und sekundäre LED-Farben, um weißes Licht zu erzeugen.

Bei der zweiten Methode wird ein gelber (oder grüner plus roter) Leuchtstoff auf eine blaue LED aufgetragen, wodurch sich zwei oder drei Emissionen vermischen und so weißes oder nahezu weißes Licht bilden.

Die dritte Methode besteht darin, dass drei Leuchtstoffe auf die Oberfläche einer im ultravioletten Bereich emittierenden LED aufgebracht werden und jeweils blaues, grünes und rotes Licht aussenden. Es ähnelt dem Leuchten einer Leuchtstofflampe.

Die vierte Methode zur Erzeugung von weißem Licht mittels LEDs basiert auf der Verwendung eines ZnSe-Halbleiters. Die Struktur ist eine blaue ZnSe-LED, die auf einem ZnSe-Substrat „gewachsen“ ist. Der aktive Bereich des Leiters emittiert blaues Licht und das Substrat emittiert gelbes Licht.

Welche Methode ist besser?

Jeder von ihnen hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Die Farbmischtechnologie ermöglicht im Prinzip nicht nur die Erzeugung von Weiß, sondern auch die Bewegung entlang der Farbkarte, wenn sich der durch verschiedene LEDs fließende Strom ändert. Dieser Vorgang kann manuell oder durch ein spezielles Programm gesteuert werden. Auf die gleiche Weise ist es möglich, unterschiedliche Farbtemperaturen zu erzielen. Daher werden RGB-Matrizen häufig in dynamischen Beleuchtungssystemen verwendet. Darüber hinaus sorgt eine große Anzahl an LEDs in der Matrix für einen hohen Gesamtlichtstrom und eine hohe axiale Lichtstärke. Aber der Lichtfleck hat aufgrund von Aberrationen des optischen Systems in der Mitte und an den Rändern eine andere Farbe, und vor allem erwärmen sich die LEDs aufgrund der ungleichmäßigen Wärmeabfuhr von den Rändern der Matrix und aus ihrer Mitte unterschiedlich , und dementsprechend ändert sich ihre Farbe während des Alterungsprozesses unterschiedlich, die Gesamtfarbtemperatur und die Farbe „schweben“ während des Gebrauchs. Dieses unangenehme Phänomen ist ziemlich schwierig und teuer zu kompensieren.

Weiße LEDs mit Phosphor (Phosphor-konvertierte LEDs) sind deutlich günstiger als RGB-LED-Matrizen (berechnet pro Lichtstromeinheit) und liefern eine gute weiße Farbe. Und für sie ist es im Prinzip kein Problem, mit den Koordinaten (X = 0,33, Y = 0,33) im CIE-Farbdiagramm auf den Punkt zu kommen. Die Nachteile sind folgende: Erstens haben sie aufgrund der Lichtumwandlung in der Leuchtstoffschicht eine geringere Lichtausbeute als RGB-Matrizen; zweitens ist es ziemlich schwierig, die Gleichmäßigkeit des Leuchtstoffauftrags im technologischen Prozess genau zu steuern (dadurch wird die Farbtemperatur nicht kontrolliert); Und drittens altert auch der Leuchtstoff, und zwar schneller als die LED selbst.

Weiße ZnSe-LEDs haben mehrere Vorteile. Sie arbeiten mit 2,7 V und sind sehr resistent gegen statische Entladung. ZnSe-LEDs können Licht über einen viel größeren Farbtemperaturbereich emittieren als GaN-basierte Geräte (3500–8500 K im Vergleich zu 6000–8500 K). Auf diese Weise können Sie Geräte mit einem „wärmeren“ Schein erstellen, der von Amerikanern und Europäern bevorzugt wird. Es gibt auch Nachteile: Obwohl ZnSe-basierte Emitter eine hohe Quantenausbeute haben, sind sie kurzlebig, haben einen hohen elektrischen Widerstand und haben noch keine kommerzielle Anwendung gefunden.

Anwendung

Bunte Temperatur

Betrachten wir das Emissionsspektrum einer weißen LED mit einem Leuchtstoff als Quelle für polychromatisches Licht. Weiße LEDs bieten je nach Anwendung eine große Auswahl an Farben, vom „warmen“ Glühweiß bis zum „kalten“ Leuchtstoffweiß.

Diese Grafik zeigt die gesamte Bandbreite von Weiß von der wärmeren Region von 2800 K bis zur kühlen bläulich-weißen Region von 9000 K. Viele Weißtöne werden bereits durch die verschiedenen Lichtquellen in der Umgebung um uns herum bestimmt: Büro, kühles Bläulich -weißes Licht von Leuchtstofflampen; häusliches, gelblich-weißes Licht von Glühlampen; das industrielle, strahlend blauweiße Licht von Quecksilberlampen; gelb-weißes Licht von Natriumdampf-Hochdrucklampen im Freien.

Weiße LED

Leistungsstarke weiße LED

Es gibt zwei Arten von weißen LEDs:

• Multichip-LEDs, häufiger Dreikomponenten-LEDs (RGB-LEDs), enthalten drei Halbleiteremitter für rotes, grünes und blaues Licht, vereint in einem Gehäuse.
• Phosphor-LEDs, die auf der Basis einer ultravioletten oder blauen LED hergestellt werden, enthalten eine Schicht aus einem speziellen Leuchtstoff, der durch Photolumineszenz einen Teil der LED-Strahlung in Licht in einem relativ breiten Spektralband mit einem Maximum im gelben Bereich umwandelt (das häufigste Design). Die Emission von LED und Leuchtstoff erzeugt, wenn sie gemischt wird, weißes Licht in verschiedenen Farbtönen.

Geschichte der Erfindung

Die ersten roten Halbleiteremitter für den industriellen Einsatz wurden 1962 von N. Holonyak beschafft. In den frühen 70er Jahren kamen gelbe und grüne LEDs auf den Markt. Die Lichtleistung früher Geräte mit geringem Wirkungsgrad erreichte 1990 das Ein-Lumen-Niveau. Im Jahr 1993 entwickelte Suji Nakamura, ein Ingenieur bei Nichia (Japan), die erste blaue LED mit hoher Helligkeit. Fast sofort erschienen LED-RGB-Geräte, da die Farben Blau, Rot und Grün es ermöglichten, jede Farbe, einschließlich Weiß, zu erhalten. Weiße Phosphor-LEDs kamen erstmals 1996 auf den Markt. Anschließend entwickelte sich die Technologie rasant und im Jahr 2005 erreichte die Lichtleistung von LEDs 100 lm/W oder mehr. LEDs erschienen mit unterschiedlichen Schattierungen des Leuchtens, die Lichtqualität ermöglichte es, mit Glühlampen und bereits herkömmlichen Leuchtstofflampen zu konkurrieren. Der Einsatz von LED-Beleuchtungsgeräten im Alltag, in der Innen- und Außenbeleuchtung, hat begonnen.

RGB-LEDs

Weißes Licht kann durch Mischen verschiedenfarbiger LEDs erzeugt werden. Das gebräuchlichste trichromatische Design besteht aus roten (R), grünen (G) und blauen (B) Quellen, es gibt jedoch auch bichromatische, tetrachromatische und mehr multichromatische Varianten. Eine mehrfarbige LED verfügt im Gegensatz zu anderen RGB-Halbleiteremittern (Leuchten, Lampen, Cluster) über ein komplettes Gehäuse, das meist einer einfarbigen LED ähnelt. Die LED-Chips sind nebeneinander angeordnet und haben eine gemeinsame Linse und einen gemeinsamen Reflektor. Da Halbleiterchips eine endliche Größe und eigene Strahlungsmuster haben, weisen solche LEDs meist ungleichmäßige Winkelfarbeigenschaften auf. Um das richtige Farbverhältnis zu erhalten, reicht es außerdem oft nicht aus, den Designstrom einzustellen, da die Lichtleistung jedes Chips im Voraus unbekannt ist und sich im Betrieb ändern kann. Um die gewünschten Farbtöne einzustellen, sind RGB-Lampen teilweise mit speziellen Steuergeräten ausgestattet.

Das Spektrum einer RGB-LED wird durch das Spektrum ihrer Halbleiteremitter bestimmt und weist eine ausgeprägte Linienform auf. Dieses Spektrum unterscheidet sich stark vom Spektrum der Sonne, daher ist der Farbwiedergabeindex der RGB-LED niedrig. RGB-LEDs ermöglichen eine einfache und umfassende Steuerung der Leuchtfarbe, indem der Strom jeder in der Triade enthaltenen LED geändert und der Farbton des von ihnen emittierten weißen Lichts direkt während des Betriebs angepasst wird – bis hin zur Erzielung einzelner unabhängiger Farben.

Bei mehrfarbigen LEDs besteht eine Abhängigkeit der Lichtleistung und Farbe von der Temperatur verschiedene Eigenschaften emittierende Chips, aus denen das Gerät besteht, was zu einer leichten Änderung der Farbe des Glühens während des Betriebs führt. Die Lebensdauer einer mehrfarbigen LED wird durch die Haltbarkeit der Halbleiterchips bestimmt, hängt vom Design ab und übersteigt meist die Lebensdauer von Phosphor-LEDs.

Mehrfarbige LEDs werden hauptsächlich für dekorative und architektonische Beleuchtung, in elektronischen Beschilderungen und Videobildschirmen verwendet.

Phosphor-LEDs

Spektrum einer der Phosphor-LED-Optionen

Durch die Kombination eines blauen (häufiger) oder ultravioletten (seltener) Halbleiteremitters und eines Phosphorkonverters können Sie eine kostengünstige Lichtquelle mit guten Eigenschaften herstellen. Das gebräuchlichste Design einer solchen LED enthält einen blauen, mit Indium modifizierten Galliumnitrid-Halbleiterchip (InGaN) und einen Leuchtstoff mit maximaler Reemission im gelben Bereich – Yttrium-Aluminium-Granat, dotiert mit dreiwertigem Cer (YAG). Ein Teil der Leistung der anfänglichen Strahlung des Chips verlässt den LED-Körper und wird in der Leuchtstoffschicht dissipiert, der andere Teil wird vom Leuchtstoff absorbiert und im Bereich niedrigerer Energiewerte wieder abgestrahlt. Das Reemissionsspektrum deckt einen weiten Bereich von Rot bis Grün ab, das resultierende Spektrum einer solchen LED weist jedoch einen deutlichen Abfall im Grün-Blau-Grün-Bereich auf.

Abhängig von der Zusammensetzung des Leuchtstoffs werden LEDs mit unterschiedlichen Farbtemperaturen („warm“ und „kalt“) hergestellt. Durch die Kombination verschiedener Leuchtstoffarten wird eine deutliche Steigerung des Farbwiedergabeindex (CRI oder R a) erreicht, was die Möglichkeit des Einsatzes von LED-Beleuchtung unter Bedingungen nahelegt, die für die Qualität der Farbwiedergabe entscheidend sind.

Eine Möglichkeit, die Helligkeit von Phosphor-LEDs zu erhöhen und gleichzeitig ihre Kosten beizubehalten oder sogar zu senken, besteht darin, den Strom durch den Halbleiterchip zu erhöhen, ohne seine Größe zu erhöhen – also die Stromdichte zu erhöhen. Mit dieser Methode gehen gleichzeitig steigende Anforderungen an die Qualität des Chips selbst und die Qualität des Kühlkörpers einher. Mit zunehmender Stromdichte verringern die elektrischen Felder im Großteil des aktiven Bereichs die Lichtleistung. Da Bereiche des LED-Chips mit unterschiedlicher Verunreinigungskonzentration und unterschiedlicher Bandlücke den Strom unterschiedlich leiten, kommt es bei Erreichen der Grenzströme zu einer lokalen Überhitzung der Chipbereiche, die sich auf die Lichtausbeute und die Lebensdauer der LED insgesamt auswirkt. Um die Ausgangsleistung zu erhöhen und gleichzeitig die Qualität der spektralen Eigenschaften und thermischen Bedingungen beizubehalten, werden LEDs hergestellt, die Cluster von LED-Chips in einem Gehäuse enthalten.

Eines der am meisten diskutierten Themen im Bereich der polychromen LED-Technologie ist ihre Zuverlässigkeit und Langlebigkeit. Im Gegensatz zu vielen anderen Lichtquellen verändert eine LED ihre Lichtleistung (Effizienz), ihr Strahlungsmuster, Farbschattierung, scheitert aber selten völlig. Daher wird für die Abschätzung der Nutzungsdauer, beispielsweise für Beleuchtungen, eine Reduzierung der Lichtausbeute von bis zu 70 % des ursprünglichen Wertes (L70) angenommen. Das heißt, eine LED, deren Helligkeit im Betrieb um 30 % abnimmt, gilt als außer Betrieb. Bei LEDs, die in der dekorativen Beleuchtung eingesetzt werden, wird zur Beurteilung der Lebensdauer eine Helligkeitsreduzierung von 50 % (L50) herangezogen.

Die Lebensdauer einer Phosphor-LED hängt von vielen Parametern ab. Neben der Fertigungsqualität der LED-Baugruppe selbst (die Art der Befestigung des Chips am Kristallhalter, die Art der Befestigung der stromführenden Leiter, die Qualität und Schutzeigenschaften der Dichtungsmaterialien) hängt die Lebensdauer vor allem davon ab Eigenschaften des emittierenden Chips selbst und von Veränderungen der Eigenschaften des Leuchtstoffs im Laufe des Betriebs (Degradation). Darüber hinaus ist, wie zahlreiche Studien belegen, der Haupteinflussfaktor für die Lebensdauer einer LED die Temperatur.

Einfluss der Temperatur auf die LED-Lebensdauer

Im Betrieb gibt ein Halbleiterchip einen Teil der elektrischen Energie in Form von Strahlung und einen Teil in Form von Wärme ab. Darüber hinaus beträgt die Wärmemenge je nach Effizienz einer solchen Umwandlung bei den effizientesten Emittenten etwa die Hälfte oder mehr. Das Halbleitermaterial selbst weist eine geringe Wärmeleitfähigkeit auf; darüber hinaus weisen die Materialien und das Design des Gehäuses eine gewisse nicht ideale Wärmeleitfähigkeit auf, was zur Erwärmung des Chips auf hohe Temperaturen (für eine Halbleiterstruktur) führt. Moderne LEDs arbeiten bei Chiptemperaturen im Bereich von 70–80 Grad. Und eine weitere Erhöhung dieser Temperatur bei Verwendung von Galliumnitrid ist nicht akzeptabel. Hohe Temperaturen führen zu einer Erhöhung der Anzahl von Defekten in der aktiven Schicht, zu einer erhöhten Diffusion und einer Änderung der optischen Eigenschaften des Substrats. All dies führt zu einem Anstieg des Prozentsatzes der strahlungslosen Rekombination und Absorption von Photonen durch das Chipmaterial. Eine Steigerung der Leistung und Haltbarkeit wird durch die Verbesserung sowohl der Halbleiterstruktur selbst (Reduzierung lokaler Überhitzung) als auch durch die Entwicklung des Designs der LED-Baugruppe und die Verbesserung der Kühlqualität des aktiven Bereichs des Chips erreicht. Auch an anderen Halbleitermaterialien bzw. -substraten wird geforscht.

Der Leuchtstoff ist außerdem anfällig gegenüber hohen Temperaturen. Bei längerer Temperatureinwirkung werden remittierende Zentren gehemmt und der Konversionskoeffizient sowie die spektralen Eigenschaften des Leuchtstoffs verschlechtern sich. Bei frühen und einigen modernen polychromen LED-Designs wird der Leuchtstoff direkt auf das Halbleitermaterial aufgetragen und der thermische Effekt maximiert. Neben Maßnahmen zur Reduzierung der Temperatur des emittierenden Chips nutzen Hersteller verschiedene Methoden, um den Einfluss der Chiptemperatur auf den Leuchtstoff zu reduzieren. Isolierte Leuchtstofftechnologien und LED-Lampendesigns, bei denen der Leuchtstoff physisch vom Emitter getrennt ist, können die Lebensdauer der Lichtquelle erhöhen.

Das aus optisch transparentem Silikonkunststoff oder Epoxidharz gefertigte LED-Gehäuse unterliegt unter Temperatureinfluss einer Alterung und beginnt mit der Zeit zu schwächen und zu vergilben, wodurch ein Teil der von der LED abgegebenen Energie absorbiert wird. Auch reflektierende Oberflächen verschlechtern sich bei Erwärmung – sie interagieren mit anderen Körperelementen und sind anfällig für Korrosion. Alle diese Faktoren zusammen führen dazu, dass die Helligkeit und Qualität des emittierten Lichts allmählich abnimmt. Durch eine effiziente Wärmeabfuhr lässt sich dieser Prozess jedoch erfolgreich verlangsamen.

Phosphor-LED-Design

Diagramm eines der weißen LED-Designs. MPCB ​​​​ist eine Leiterplatte mit hoher Wärmeleitfähigkeit.

Eine moderne Phosphor-LED ist ein komplexes Gerät, das viele originelle und einzigartige technische Lösungen vereint. Die LED besteht aus mehreren Hauptelementen, von denen jedes eine wichtige, oft mehr als eine Funktion erfüllt:

Alle LED-Designelemente unterliegen thermischer Belastung und müssen unter Berücksichtigung des Ausmaßes ihrer thermischen Ausdehnung ausgewählt werden. Und eine wichtige Voraussetzung für ein gutes Design ist die Herstellbarkeit und die geringen Kosten für den Zusammenbau eines LED-Geräts und seinen Einbau in eine Lampe.

Helligkeit und Lichtqualität

Der wichtigste Parameter ist nicht einmal die Helligkeit der LED, sondern ihre Lichtausbeute, also die Lichtausbeute pro Watt elektrischer Energie, die die LED verbraucht. Die Lichtausbeute moderner LEDs erreicht 150-170 lm/W. Die theoretische Grenze der Technologie wird auf 260–300 lm/W geschätzt. Bei der Beurteilung ist zu berücksichtigen, dass die Effizienz einer auf LEDs basierenden Lampe aufgrund der Effizienz der Stromquelle, der optischen Eigenschaften von Diffusor, Reflektor und anderen Designelementen deutlich geringer ist. Darüber hinaus geben Hersteller häufig den anfänglichen Wirkungsgrad des Emitters bei Normaltemperatur an. Dabei ist die Temperatur des Chips im Betrieb deutlich höher. Dies führt dazu, dass der tatsächliche Wirkungsgrad des Emitters um 5 – 7 % geringer ist, der der Lampe oft doppelt so niedrig.

Der zweite ebenso wichtige Parameter ist die Qualität des von der LED erzeugten Lichts. Zur Beurteilung der Qualität der Farbwiedergabe gibt es drei Parameter:

Phosphor-LED basierend auf einem Ultraviolett-Emitter

Neben der bereits weit verbreiteten Kombination aus blauer LED und YAG wird auch ein Design auf Basis einer ultravioletten LED entwickelt. Ein Halbleitermaterial, das im nahen Ultraviolettbereich emittieren kann, ist mit mehreren Schichten eines durch Kupfer und Aluminium aktivierten Leuchtstoffs auf Basis von Europium und Zinksulfid beschichtet. Diese Leuchtstoffmischung ergibt Reemissionsmaxima im grünen, blauen und roten Bereich des Spektrums. Das resultierende weiße Licht weist sehr gute Qualitätseigenschaften auf, die Effizienz einer solchen Umwandlung ist jedoch noch gering.

Vor- und Nachteile von Phosphor-LEDs

Angesichts Hohe Kosten Im Vergleich zu herkömmlichen Lampen gibt es überzeugende Gründe für den Einsatz von LED-Beleuchtungsquellen:

• Der Hauptvorteil weißer LEDs ist ihre hohe Effizienz. Der geringe spezifische Energieverbrauch ermöglicht den Einsatz in langlebigen autonomen und Notbeleuchtungsquellen.
• Hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer ermöglichen Einsparungen beim Lampenwechsel. Darüber hinaus reduziert der Einsatz von LED-Lichtquellen in schwer zugänglichen Bereichen und unter Außenbedingungen die Wartungskosten. In Verbindung mit hohe Effizienz In einigen Anwendungen können durch den Einsatz von LED-Beleuchtung erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden.
• Geringes Gewicht und Größe der Geräte. LEDs sind klein und eignen sich für den Einsatz an schwer zugänglichen Stellen und in kleinen tragbaren Geräten.
• Das Fehlen von ultravioletter und infraroter Strahlung im Spektrum ermöglicht den Einsatz von LED-Beleuchtung ohne Schaden für den Menschen und für besondere Zwecke (z. B. zur Beleuchtung seltener Bücher oder anderer lichtexponierter Gegenstände).
• Hervorragende Leistung bei Minustemperaturen ohne Reduzierung oder oft sogar Verbesserung der Parameter. Die meisten LED-Typen weisen bei sinkenden Temperaturen eine höhere Effizienz und eine längere Lebensdauer auf, aber Leistungs-, Steuerungs- und Designkomponenten können den gegenteiligen Effekt haben.
• LEDs sind trägheitsfreie Lichtquellen; sie benötigen keine Zeit zum Aufwärmen oder Ausschalten, wie z. B. Leuchtstofflampen, und die Anzahl der Ein- und Ausschaltzyklen hat keinen negativen Einfluss auf ihre Zuverlässigkeit.
• Die gute mechanische Festigkeit ermöglicht den Einsatz von LEDs unter rauen Betriebsbedingungen.
• Einfache Leistungsregulierung durch Regulierung des Arbeitszyklus und des Versorgungsstroms ohne Beeinträchtigung der Effizienz- und Zuverlässigkeitsparameter.
• Sicher in der Anwendung, keine Gefahr eines Stromschlags aufgrund niedriger Versorgungsspannung.
• Geringe Brandgefahr, Einsatzmöglichkeit unter Explosions- und Brandgefahr aufgrund des Fehlens glühender Elemente.
• Feuchtigkeitsbeständigkeit, Beständigkeit gegen aggressive Umgebungen.
• Chemische Neutralität, keine schädlichen Emissionen und keine besonderen Anforderungen an die Entsorgungsverfahren.

Es gibt aber auch Nachteile:

Beleuchtungs-LEDs haben auch Eigenschaften, die allen Halbleiteremittern innewohnen, unter Berücksichtigung dessen, was die erfolgreichste Anwendung finden kann, beispielsweise die Richtung der Strahlung. Ohne den Einsatz zusätzlicher Reflektoren und Diffusoren strahlt die LED nur in eine Richtung. Für die lokale und gerichtete Beleuchtung eignen sich LED-Leuchten am besten.

Perspektiven für die Entwicklung der weißen LED-Technologie

Technologien zur Herstellung weißer LEDs, die für Beleuchtungszwecke geeignet sind, befinden sich in der aktiven Entwicklung. Die Forschung in diesem Bereich wird durch das gestiegene öffentliche Interesse angeregt. Die Aussicht auf erhebliche Energieeinsparungen zieht Investitionen in Prozessforschung, Technologieentwicklung und die Suche nach neuen Materialien nach sich. Anhand der Veröffentlichungen von Herstellern von LEDs und verwandten Materialien, Spezialisten auf dem Gebiet der Halbleiter- und Lichttechnik lassen sich Entwicklungspfade in diesem Bereich skizzieren:

siehe auch

Anmerkungen

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43. Übergang zur GaN-auf-Si-Struktur (Englisch). LED-Profi. Archiviert vom Original am 23. November 2012. Abgerufen am 10. November 2012.
44. Tim Whitaker Joint Venture zur Herstellung weißer ZnSe-LEDs (Englisch) (6. Dezember 2002). Archiviert vom Original am 27. Oktober 2012. Abgerufen am 10. November 2012.
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Literatur

• Schubert F.E. LEDs. - M.: Fizmatlit, 2008. - 496 S. - ISBN 978-5-9221-0851-5
• Weinert D. LED-Beleuchtung: Ein Handbuch. - Philips, 2010. - 156 S. - ISBN 978-0-615-36061-4

Links

• Website des US-Energieministeriums über LED-Beleuchtung
• Geführter Fachmann. Wissenschaftliche und technische Zeitschrift zum Thema LEDs und LED-Beleuchtung, Österreich
• LED-Magazin. Wissenschaftliches und technisches Magazin über LEDs und LED-Beleuchtung. USA
• Halbleiter-Lichttechnik. Russisches Magazin über LEDs und LED-Beleuchtung

Theoretischer Teil

In erster Linie geht es natürlich um Energieeffizienz und Energieeinsparung. Leider emittiert ein Wolframfaden mehr „thermische“ Photonen (d. h. Licht mit einer Wellenlänge von mehr als 700–800 nm), als er Licht im sichtbaren Bereich (300–700 nm) erzeugt. Dem lässt sich kaum widersprechen – die Grafik unten verrät alles für sich. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass der Stromverbrauch von Gasentladungs- und LED-Lampen bei gleicher Beleuchtungsstärke, gemessen in Lux, um ein Vielfaches niedriger ist als der von Glühlampen. Wir sehen also, dass dies für den Endverbraucher wirklich von Vorteil ist. Eine andere Sache sind Industrieanlagen (nicht zu verwechseln mit Büros): Beleuchtung mag zwar ein wichtiger Teil sein, dennoch sind die größten Energiekosten gerade mit dem Betrieb von Maschinen und Industrieanlagen verbunden. Daher werden alle erzeugten Gigawatt für Rohrwalzen, Elektroöfen usw. aufgewendet. Das heißt, die tatsächlichen Einsparungen im gesamten Staat sind nicht so groß.

Zweitens ist die Lebensdauer der Lampen, die die „Iljitsch-Glühbirnen“ ersetzten, um ein Vielfaches länger. Bei einer LED-Lampe ist die Lebensdauer nahezu unbegrenzt, wenn die Wärmeableitung richtig organisiert ist.

Drittens handelt es sich um Innovationen/Modernisierungen/Nanotechnologien (Zutreffendes unterstreichen). Persönlich sehe ich weder bei Quecksilber- noch bei LED-Lampen etwas Innovatives. Ja, das ist eine High-Tech-Produktion, aber die Idee selbst ist nur eine logische Umsetzung des 50-60 Jahre alten Wissens über Halbleiter und der seit etwa zwei Jahrzehnten bekannten Materialien in die Praxis.

Da der Artikel LED-Lampen gewidmet ist, werde ich näher auf deren Design eingehen. Es ist seit langem bekannt, dass die Leitfähigkeit eines beleuchteten Halbleiters höher ist als die Leitfähigkeit eines unbeleuchteten (Wiki). Auf unbekannte Weise bewirkt Licht, dass Elektronen mit geringerem Widerstand durch das Material wandern. Ein Photon ist, wenn seine Energie größer als die Bandlücke des Halbleiters (E g) ist, in der Lage, ein Elektron aus dem sogenannten Valenzband herauszuschlagen und in das Leitungsband zu schleudern.

Diagramm der Anordnung der Bänder in einem Halbleiter. E g – Bandlücke, E F – Fermi-Energie, Zahlen geben die Verteilung der Elektronen über die Zustände bei T>0 an ()

Machen wir die Aufgabe komplizierter. Nehmen wir zwei Halbleiter mit unterschiedlicher Leitfähigkeit und verbinden sie miteinander. Wenn wir im Fall eines Halbleiters lediglich einen Anstieg des durch den Halbleiter fließenden Stroms beobachtet haben, sehen wir jetzt, dass diese Diode (was ein anderer Name für den pn-Übergang ist, der an der Grenzfläche von Halbleitern erscheint) mit verschiedene Typen Leitfähigkeit) ist zu einer Mini-Gleichstromquelle geworden, und die Stärke des Stroms hängt von der Beleuchtung ab. Wenn Sie das Licht ausschalten, verschwindet der Effekt. Dies ist übrigens das Funktionsprinzip von Solarmodulen.

An der Verbindungsstelle von Halbleitern vom p- und n-Typ werden die nach der Bestrahlung mit Licht entstehenden Ladungen getrennt und „gehen“ jeweils zu ihrer eigenen Elektrode ()

Kommen wir nun zurück zu den LEDs. Es stellt sich heraus, dass Sie das Gegenteil tun können: Schließen Sie einen p-Typ-Halbleiter an den Pluspol der Batterie und einen n-Typ-Halbleiter an den Minuspol an und ... Und es wird nichts passieren, es wird keine Strahlung im sichtbaren Teil geben des Spektrums, da die häufigsten Halbleitermaterialien (z. B. Silizium und Germanium) im sichtbaren Bereich des Spektrums undurchsichtig sind. Der Grund dafür ist, dass Si oder Ge keine Halbleiter mit direkter Bandlücke sind. Aber da ist große Klasse Materialien, die Halbleitereigenschaften haben und gleichzeitig transparent sind. Prominente Vertreter sind GaAs (Galliumarsenid), GaN (Galliumnitrid).

Um eine LED zu erhalten, müssen wir insgesamt nur einen pn-Übergang aus einem transparenten Halbleiter herstellen. Ich werde hier wahrscheinlich aufhören, denn je weiter wir gehen, desto komplexer und unverständlicher wird das Verhalten von LEDs.

Lassen Sie mich noch ein paar Worte zu modernen LED-Produktionstechnologien sagen. Die sogenannte aktive Schicht ist eine sehr dünne, 10–15 nm dicke, abwechselnde Schicht aus p- und n-Typ-Halbleitern, die aus Elementen wie In, Ga und Al besteht. Das Aufwachsen solcher Schichten erfolgt epitaktisch mit dem MOCVD-Verfahren (Metal-Oxide Chemical Vapour Deposition oder Chemical Vapour Deposition).

Schematische Darstellung des LED-Geräts

Es gibt noch ein weiteres Problem, das die Umsetzung einer 100-prozentigen Umwandlung (Umwandlung eines Elektrons in ein Photon) von Elektrizität verhindert: Selbst so dünne Halbleiterschichten absorbieren Licht bis zu einem gewissen Grad. Es ist nicht einmal so, dass sie stark absorbieren, es ist nur so, dass das Licht aufgrund des Effekts der Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen Kristall und Luft im Inneren des Kristalls „wandert“: Die Weglänge, bevor das Licht den Kristall verlässt, nimmt zu, und letztendlich wird z wanderndes Photon absorbiert werden kann. Eine Lösung besteht darin, strukturierte Substrate zu verwenden. Beispielsweise wird die Methode des geformten Saphirsubstrats in der modernen LED-Industrie häufig eingesetzt. Diese Mikrostrukturierung führt zu einer Steigerung der Lichtausbeute der gesamten Diode ().

Interessierten Lesern kann ich empfehlen, sich mit der Physik vertraut zu machen, die dem Betrieb von LEDs zugrunde liegt. Zusätzlich zu dieser interessanten Arbeit, die innerhalb der Mauern ihrer Heimatuniversität Moskau durchgeführt wird, verfügen Svetlana und Optogan über eine wunderbare Galaxie von Forschungsteams in St. Petersburg selbst. Zum Beispiel PhysTech. Sie können auch lesen.

Methodischer Teil

Das Ocean Optics-Spektrometer ist in kompetenten Händen ein hervorragendes Werkzeug

Praktischer Teil

Alle Glühbirnen sind montiert. Wir können anfangen!

Spektren

Spektrum von drei Vergleichslampen (zum Vergleich ist unterhalb der Skala der Teil des Spektrums dargestellt, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird)

Doch das Spektrum der LED-Lampen ist auffallend anders. Es gibt zwei Komponenten: eigentlich Blau von der Diode selbst und die zweite, über das gesamte Spektrum verteilte, vom Leuchtstoff oder, auf Russisch, Fluoreszenzfarbstoff, der auf die LEDs selbst aufgetragen und mit einer Schutzschicht aus darüber gegossen wird Polymer. Das Verhältnis zwischen der blauen Farbe der Diode und der Emissionsbande des Leuchtstoffs bestimmt die Farbtemperatur der Lampe. Wir können sehen, dass Optogan das wärmste Licht hat, während China das kälteste hat. Es ist vorteilhaft, 1 Leuchtstoff zur Regulierung der Farbtemperatur zu verwenden; somit bestimmt die Dicke der Leuchtstoffschicht, gekoppelt mit der Leistung der LED, die Farbtemperatur. Es ist erwähnenswert, dass die Glühbirnen aus China und von Svetlana offenbar denselben Leuchtstoff verwenden, Optogan jedoch seinen eigenen (ein erheblicher Unterschied im maximalen Emissionsband des Leuchtstoffs).

Vergleich der Spektren von LED-Lampen und der traditionellen Iljitsch-Lampe (zum Vergleich wird der Teil des Spektrums, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird, unterhalb der Skala angezeigt)

Wir haben die Glühbirne von Svetlana in kaputtem Zustand erhalten und das Spektrum ohne Milchglas aufgenommen. Lassen Sie mich jedoch eine ähnliche Situation am Beispiel einer Lampe aus China demonstrieren, zum Glück gab es zwei davon. Die normierten Spektren unterscheiden sich kaum voneinander und der leichte Intensitätsanstieg ist darauf zurückzuführen, dass längerwellige Strahlung besser an der Mattscheibe gestreut wird.

Vergleich chinesischer Lampen mit und ohne Glaskolben (zum Vergleich ist unterhalb der Skala der Teil des Spektrums dargestellt, der vom menschlichen Auge wahrgenommen wird)

Bei Interesse wird eine recht detaillierte Modellierung der Eigenschaften von LEDs vorgestellt.

Preis, Materialien und Eigenschaften

Drei Mädchen wurden am späten Abend unter dem Fenster zerbrochen... Von links nach rechts: Optogan, SvetaLED und NoName China

Chinesischer NoName

„Optogan“

Mit der Qualität hat Optogan übrigens immer noch Probleme: Den Härtetest besteht es nicht. Ich habe es ein paar Mal hinein- und herausgeschraubt und folgendes Ergebnis erhalten:

Schwache Befestigung. Damenlampe, was soll ich noch sagen!

„SvetaLED“

Diejenigen, die SvetaLED- und NoName-Glühbirnen aus China gnadenlos schlagen, sagen, dass das Glas ziemlich zerbrechlich sei und in der Qualität (rein subjektive Beurteilung) den Glühbirnen unterlegen sei.

Also wurde die Glühbirne ausgewählt ...

Ein kleiner Fotobericht (aus irgendeinem Grund funktionierte die Videokamera nicht) darüber, wie wir die Glühbirnen zerlegt haben:

Ein glamouröses Experiment muss auf glamouröse Weise angegangen werden! (Obwohl alle Farbübereinstimmungen fiktiv sind)

Die wichtigste Waffe ist ein Hammer, was würdest du ohne ihn tun?!

Ehrlich gesagt habe ich es versucht, aber das Polycarbonat gab immer noch nicht nach. Alles war zerstört: der Tisch, das Linoleum, der Aluminiumheizkörper, nicht jedoch das Polycarbonat, das später mit einem Schraubenzieher entfernt wurde. Aber die Glühbirne brannte auch im halb zerlegten Zustand weiter.

Als nächstes musste ich sehr lange am Treiber herumstöbern, der mit einer Art Polymer gefüllt war. Dadurch wurden sowohl der Treiber als auch der Stolz von Optogan – der monolithische LED-Chip – an die Oberfläche entfernt.

Treiber

Von oben nach unten: Optogan, SvetaLED und China

Fangen wir ganz unten an. Ehrlich gesagt hat mir der chinesische Treiber gefallen: leistungsstarke Kondensatoren, Spulen, ein bisschen Konvertierungselektronik (Diodenbrücke usw.). Alles ist sehr kompakt gestaltet, weshalb die Lampe selbst recht kompakt ist bescheidene Größe. Ein großes Plus ist auch, dass alle Versorgungskabel lang sind, d. h. Man kann eine Lampe tatsächlich „reparieren“! Oder verwenden Sie den Treiber nach Ablauf der Lebensdauer der Lampe für einen anderen Zweck. Den meisten normalen Benutzern ist das natürlich egal, aber es kann dennoch als potenzieller Vorteil angesehen werden. Der Träger selbst mit den LED-Chips ist an 2 Miniaturbolzen befestigt (es ist schließlich chinesisch...), so dass man die Lampe im wahrsten Sinne des Wortes wie einen Baukasten behandeln kann.

Treiber einer chinesischen NoName-LED-Glühbirne

Die Drähte sind wirklich sehr lang...

Die von der Firma Optogan hergestellte Lampe verfügt über einen sehr komplexen Treiber mit Festkörperkondensatoren und, wie mich Experten überzeugt haben, über ein Schaltnetzteil (obwohl alle LED-Lampen über ein solches Netzteil verfügen müssen). Gleichzeitig ist der Treiber selbst zusammen mit dem Leuchtmodul das „Feature“ und der größte Stolz des Unternehmens. Es gibt Gerüchte, dass das Unternehmen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Minimierung dieses Treibers durchführen und die Größe seiner riesigen Glühbirne in naher Zukunft möglicherweise auf eine handhabbare Größe reduzieren wird.

Der Stolz von „Optogan“ ist das Treiber- und Leuchtmodul – neben der Hauptdatei – die Basis

„SvetaLED“. Es ist schwer, es einen Fahrer zu nennen. Sogar China hat einige „Goodies“, die die Verbrauchereigenschaften der Lampe verbessern (z. B. schützen sie vor Flackern), aber hier gibt es absolut nichts außer einer Diodenbrücke, einer Sicherung und einem riesigen Kondensator (10 uF, 450 V). das ist viel oder ein wenig ?! Es ist erwähnenswert, dass die im Kondensator gespeicherte Energie ausreicht, um das Licht nach dem Ausschalten des Stroms 1,5 Minuten lang eingeschaltet zu halten) und anscheinend den Lastschalter. Alles ist so einfach und primitiv, dass ich zunächst etwas überrascht war. Die wahre Idee des düsteren russischen Genies ...

Auch der Stolz ... des düsteren russischen Genies

Möglicherweise ist die Einfachheit der Ausführung der Trumpf der SvetaLED-Glühbirne. Flackern mit einer Frequenz von 50 Hertz ist für das durchschnittliche Auge höchstwahrscheinlich kaum wahrnehmbar und kann nirgendwo herkommen, da ein leistungsstarker Kondensator alles glättet und der Leuchtstoff die gepumpte Energie sicherlich nicht beleuchten kann so schnell hinein (niemand hat gesehen, dass die Phosphoreszenz in komplexen molekularen Farbstoffen aufgehoben wird). Dies sollte zu den niedrigen Kosten der Lampe führen ... hmm, aber hier gibt es einen Haken, denn die Lampe soll zu einem Preis auf den Markt kommen, der nahe am Preis ihres chinesischen Gegenstücks liegt, unter Berücksichtigung der einmaligen Lieferung nach Russland!

Hinweis: Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass unter anderem wichtige Parameter, die vom Treibergerät abhängen, sind: Welligkeitskoeffizient, der sich negativ auf die geistige Aktivität einer Person auswirken kann, und elektromagnetische Hintergrundstrahlung, die zwangsläufig durch die Verwendung verschiedener „Gleichrichter“ entsteht. Schaltkreise. Aber das ist eine ganz andere Geschichte...

LEDs

Um ehrlich zu sein, zu Chinesische LED, es war der Chip selbst, in den ich mich verliebt habe. Die Schönheit seiner inneren Struktur ist einfach erstaunlich. Ich hatte Glück: Während ich alle Schichten dieser LED abriss, beschädigte ich versehentlich einen großen Diodenchip, wodurch das mikrostrukturierte Saphirsubstrat freigelegt wurde:

Optische Mikroaufnahmen eines chinesischen Chips, Draufsicht: Goldene Streifen auf dem Chip sind stromführende Kontakte.

Schichtaufbau eines lichtemittierenden Chips bei maximaler Vergrößerung im Lichtmikroskop. Der dunkle Bereich entspricht dem Saphirsubstrat. Pfeile kennzeichnen einzelne Schichten oder Schichtgruppen.

Der Chip selbst ist übrigens durch mindestens 3 Schichten von der Außenwelt isoliert, aber es scheint mir, dass es immer noch 4 davon gibt. Die erste ist ein Polymer mit einem Leuchtstoff, der einen Teil der Strahlung ins Blaue umwandelt Bereich des Spektrums in Gelb-Orange. Die zweite besteht aus einer kleinen Schicht aus weichem Polymer, dann einer konvexen Schale (a la Linse) aus hartem Polymer und zwei weiteren Schichten aus weichem und hartem Polymer.

Ich möchte anmerken, dass die chinesische Lampe im Vergleich zu anderen Lampen so einfach wie möglich gestaltet ist. Nur 4 Verkabelungen verbinden einen großen Chip mit der Außenwelt (andere Lampen haben viel mehr davon), nur 1 Leuchtchip pro Diode, der bereits direkt auf der Platine montiert ist, gut platzierte stromführende Kontakte auf dem Chip selbst Dadurch kann der elektrische Strom gleichmäßig über die gesamte Oberfläche fließen (wie „Optogan“ etwas Ähnliches hat). Ich konnte keine offensichtlichen, wesentlichen Mängel feststellen.

REM-Aufnahmen eines strukturierten Saphirsubstrats

Der Schichtaufbau deutet darauf hin, dass wir auf dem richtigen Weg sind (eine Folge der Chip-Erstellungsmethode – MOCVD), aber es ist unwahrscheinlich, dass es möglich sein wird, die einzelnen Schichten des aktiven Bereichs zu erkennen ...

Der Chip und die Kontakte, die ihn mit Strom versorgen

Beginnen wir mit der Optogan-Glühbirne. Das Seltsamste ist meiner Meinung nach die Position des Leuchtmoduls. Im Zentrum. Sowohl China als auch Svetlana verfügen über mehrere „Miniatur“-Module mit einer Leistung von jeweils 1 W, die gleichmäßig über das Substrat verteilt sind, sodass die Wärmeableitung der LEDs dieser Unternehmen viel besser ist als beim Optogan-Modul. Ja, ich verstehe vollkommen, dass das Optogan-LED-Modul aus Kupfer besteht, die Wärme gut leitet und der große Strahler sie effektiv ableitet. Allerdings ist die Optogan-Glühbirne enorm groß, was übrigens auch daran liegt, dass die Polycarbonat-Glühbirne irgendwie befestigt werden muss und nicht in jede Fassung passt.

Der Aufbau eines solchen LED-Moduls ist ganz einfach: In einem Schachbrettmuster befinden sich unter einer mit gelb-orangefarbenem Leuchtstoff bemalten Polymerschicht einzelne Dioden, die miteinander verbunden sind (Diodenanschlussplan und anderes). technische Details kann gefunden werden).

REM-Aufnahme einzelner LEDs auf einem Substrat nach dem Entfernen der Polymerschicht

Die Polymerschicht selbst hat eine recht interessante Struktur. Es besteht aus kleinen Kugeln (Durchmesser ~10 µm):

Lichtmikroskopische Aufnahmen der „Unterseite“ der Polymerschicht

Durch Zufall blieb eine mit einem Mikrotom geschnittene Diode in der Polymerschicht zurück. Es ist erwähnenswert, dass die Diode selbst wirklich transparent ist und die Kontakte auf der anderen Seite des Chips durch sie hindurch sichtbar sind:

Lichtmikroskopische Aufnahmen der LED von der Rückseite: hervorragende Transparenz für diese Art von Produkt

Die Polymerschicht ist sowohl mit dem Kupfersubstrat selbst als auch mit einzelnen Chips so fest verklebt, dass nach dem Entfernen noch eine dünne Polymerschicht auf der Oberfläche der Dioden verbleibt. Unten können Sie in den mit einem Elektronenmikroskop aufgenommenen Bildern den „Chip“ der sehr aktiven Schicht der Diode, in der Elektronen zu Photonen „degeneriert“ werden, in seiner ganzen Pracht sehen:

REM-Aufnahmen der lichtemittierenden Schicht einer separaten LED (Pfeile zeigen die Lage der aktiven Schicht)

Und hier ist die strukturierte Pufferschicht. Schauen Sie sich das Bild unten rechts genauer an – sie wird uns später nützlich sein (die Pfeile zeigen die Pufferschicht an).

Durch unvorsichtigen Umgang mit dem Chip wurden einige Kontakte beschädigt, andere blieben intakt.

Und die letzte Lampe ist „SvetaLED“. Das erste, was überrascht, ist der Untergrund mit LED-Modulen – Achtung! – mit einer kräftigen Schraube an den Rest der Lampe geschraubt (genau wie in China). Als ich es auseinandernahm, dachte ich, es könnte beim „Abreißen“ vom Rest der Lampe stören, und dann sah ich eine Schraube ... Übrigens, auf der Rückseite dieses Aluminiumsubstrats befand sich eine Markierung! Es wird eine Zahl geschrieben. Es scheint, dass es in Svetlanas Fabrik in der Nähe von St. Petersburg Wanderarbeiter gibt, die diese Lampen von Hand zusammenbauen. Obwohl nein, Moment, Glühbirnen werden vom Militär hergestellt... ...

Der Untergrund mit den LEDs ist nicht nur mit einer Schraube verschraubt, sondern auch die Nummer ist auf der Rückseite angebracht... MIT EINEM MARKER - handgefertigt...

Die Module selbst sitzen fest auf einem Aluminiumsubstrat und können nicht vollständig abgerissen werden. Anscheinend gelötet, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Ich werde hier nicht viel kommentieren, da alle Kommentare oben bei der Diskussion der Optogan-Lampe gegeben wurden.

Lichtmikroskopische Aufnahmen einer Leuchtdiode der Firma Svetlana: Die Mikrostruktur des Substrats ist im Nebenbild deutlich zu erkennen

In einer Anmerkung: Ich konnte sehen, wie die einzelnen Chips im Modul von Svetlana verbunden sind. Immer wieder, zu meiner großen Enttäuschung. Wenn also mindestens eine LED „durchbrennt“, funktioniert das gesamte Modul nicht mehr.

REM-Aufnahmen einer Leuchtdiode der Firma Svetlana (Pfeile markieren den aktiven Bereich). Im Bild oben links wurde ein Bild der vorgeschlagenen Kontakte hinzugefügt, wie sie im Modul hätten verlegt werden sollen (4 x3 Dioden).

Das gleiche bekannte mikrostrukturierte Saphirsubstrat ...

Ruft dieses Bild nicht einen Déjà-vu-Effekt hervor?! Die Pfeile zeigen die Pufferschicht an.

Leider wurde die Website des Unternehmens, das SvetaLED-Lampen herstellt, von echten Designern erstellt: viele schöne Bilder und wenig Bedeutung, es gibt keine normalen, sorgfältigen Spezifikationen, wie zum Beispiel auf der Optogan-Website (die gibt es übrigens auf zwei). Domains und COM mit annähernd gleichem Inhalt). Darüber hinaus gibt es eine Website, die nur einer Glühbirne gewidmet ist, es gibt eine Website für das Unternehmen selbst, aber aus irgendeinem Grund befinden sich die Spezifikationen auf einer völlig anderen Ressource.

Skandale, Intrigen, Ermittlungen …

2. Lesen Sie die Spezifikationen auf der Optogan-Website und auf der Svetlana-Website sorgfältig durch. Das Svetlana-Modul hat Abmessungen von 5 x 5 mm, 2 Ecken am „Deckel“ sind im 45-Grad-Winkel geschnitten usw. – Vieles stimmt mit der Optogan-Spezifikation überein. Der anhaltende Déjà-vu-Effekt ist nicht quälend?! Oder wird vielleicht alles nur in Taiwan gekauft?!

Und natürlich Schlussfolgerungen

Lampen aus „inländischer“ Produktion und insbesondere „Optogan“ „bitten“ wie immer mit ihrem Preis. Ich bin mir mehr als sicher, dass es möglich wäre, mit „handwerklichem“ Design und billigen Materialien (Glas statt Polycarbonat) zu beginnen und die Nische der preisgünstigen Lichtquellen zu füllen (es scheint, als gäbe es in Russland nicht so viele reiche Leute, oder übersehe ich etwas?! Aber das ist nicht einmal die Hauptsache; es gibt nicht wenige, die bereit sind, 1000 Rubel in eine Glühbirne zu investieren und mehrere Jahre lang nicht daran denken, sie zu kaufen. Lassen wir die auffällige äußere Ähnlichkeit zwischen den Modulen beiseite; mir geht es eher um etwas anderes – die Ähnlichkeit zwischen einzelnen LED-Chips (geometrische Abmessungen, Lage, Kontakte usw.). Es scheint, dass sie mit Geräten derselben Firma hergestellt wurden, nur die Versionen dieser Geräte unterscheiden sich in Version 1.0 und Version 1.1. Natürlich verstehe ich, dass das Wichtigste bei einer LED die innere Struktur der aktiven Zone ist, aber es ist schwierig, einen Chip mit den Maßen 160 x 500 Mikrometer zu bekommen (die Dicke eines menschlichen Haares beträgt 50-80). Mikrometer) und vergleichen Sie die Emissionsspektren der Optogan- und Svetlana-Chips.

Wenn die Firma Optogan jedoch die Basis verbessert, teure Materialien (Polycarbonat) entfernt, die Größe reduziert, 1 leistungsstarken Chip durch mehrere einfachere ersetzt und den Treiber optimiert (kurz gesagt, Sie verstehen - die Lampe komplett neu gestaltet), dann ist so ein Licht Glühbirne wird alle Gewinnchancen haben Russischer Markt, da es neben den genannten Nachteilen auch viele Vorteile gibt, wie z. B. den richtigen Anschluss der Dioden im Modul, einen intelligenten „Treiber“ usw. Dank der technischen Dokumentation.

Was „Svetlana“ betrifft, gibt es außer dem einfachsten Treiber, der den Preis nach unten beeinflussen sollte, und der Position der Leuchtmodule auf dem Substrat praktisch keine Vorteile. Die technische Dokumentation ist trübe, die LEDs sind in Reihe geschaltet, was beim „Durchbrennen“ einer Diode das gesamte Modul deaktiviert (d. h. in unserem Fall den Lichtstrom um 12,5 % reduziert), überall verschmierte Wärmeleitpaste – all das tut es kein Selbstvertrauen hinzufügen. Aber das war nur ein Prototyp, vielleicht sind Industriedesigns besser.

Ziel dieses Artikels ist es nicht, die Produkte einiger Hersteller herabzuwürdigen oder sie gegenüber anderen zu verherrlichen. Ich präsentiere nur die Fakten und lasse Sie die Schlussfolgerung ziehen! Wie man so schön sagt: Denken Sie selbst, entscheiden Sie selbst ...

Videobereich

Der Prozess der Übertragung von LED-Chips in das Kunststoffgehäuse:

Und so werden in Taiwan LED-Chips in Kunststoffmodule „verpackt“, mit Farbstoff aufgetragen und in Rollen verpackt:

Spektrale Eigenschaften

Zusamenfassend:
Die höchste Lichtqualität kommt von einer Glühlampe (Ra=96). An zweiter Stelle steht die traditionelle und bewährte Technologie – Leuchtstofflampen (Ra = 82 und 85). Die dritte hat LED-Leuchtmittel. Bei den LED-Glühbirnen verteilten sich die Plätze wie erwartet: Deutsch-russische Optogan-Glühbirnen (Ra=80) liegen auf dem ersten Platz, chinesische Glühbirnen (Ra=70) und russische Svetlana-Glühbirnen (Ra=68) auf den Plätzen zwei und drei Ort.

P.S. Das Nanotechnologie-Forum beginnt am Mittwoch (26.10.)

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Manchmal kann man auf meinem Telegram-Kanal kurz und manchmal nicht sehr viel über Neuigkeiten aus Wissenschaft und Technik lesen – gerne geschehen;)

LED (Lighting Emission Diode) – LEDs mit intensiver Lichtemission sind jedem bekannt. Vor etwa 10 Jahren (in Russland) vollzogen sie eine „stille Revolution in der Beleuchtung“, insbesondere dort, wo Mobilität, geringer spezifischer Energieverbrauch, Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer gefragt sind. Es schien, dass die ideale Lichtquelle, auf die Radfahrer und Touristen, aber auch Jäger und Fischer, Höhlenforscher und Kletterer sehnsüchtig warteten, bereits „hier und jetzt“ war. Und es genügt, die Hand auszustrecken und ein paar getötete Waschbären anzuhäufen, und es wird „Frieden auf Erden, Wohlgefallen an den Menschen“ herrschen. Nun können wir sagen, dass diese 10 Jahre nicht umsonst waren und sich die LED-Realität als interessant, vielfältig und mit neuen Möglichkeiten erwiesen hat, die uns vorher noch nicht einmal in den Sinn gekommen waren.

Reis. 2 Design der Luxeon LED von Lumileds Lighting.* („Beschreibung und Funktionsweise von LED-Lampen“ Gruppe energiesparender Unternehmen )

Reis. 3 blaue LED mit monochromatischer Emission. . („LED – Technologie, Funktionsprinzip. Vor- und Nachteile von LED.“ ).

ARBEITSPRINZIP .

Eine LED ist in erster Linie eine Diode. Das heißt, eine Art schlauer Kieselstein mit einem pn-Übergang im Inneren. Mit anderen Worten, der Kontakt zweier Halbleiter mit verschiedene Typen Leitfähigkeit. Das unter bestimmten Bedingungen durch den Prozess der Rekombination (gegenseitiger konstruktiver Selbstmord) von Elektronen und Löchern Licht aussendet.
Typischerweise gilt: Je größer der Strom durch eine LED, desto mehr Elektronen und Löcher gelangen pro Zeiteinheit in die Rekombinationszone und am Ausgang wird mehr Licht emittiert. Der Strom kann jedoch nicht stark erhöht werden – aufgrund des Innenwiderstands des Halbleiters und des pn-Übergangs kann es zu einer Überhitzung der LED kommen, was zu einer beschleunigten Alterung oder einem Ausfall führt.
Um einen signifikanten Lichtfluss zu erzielen, werden mehrschichtige Halbleiterstrukturen – Heterostrukturen – erstellt. Für die Entwicklung von Halbleiter-Heterostrukturen für die Hochgeschwindigkeits-Optoelektronik erhielt Zhores Alferov, ein russischer Physiker, im Jahr 2000 den Nobelpreis.

ZWEI WORTE ZUR GESCHICHTE.

Die ersten roten Halbleiteremitter für den industriellen Einsatz wurden 1962 hergestellt. In den 60er und 70er Jahren wurden LEDs auf der Basis von Galliumphosphid und Arsenid entwickelt, die im gelbgrünen, gelben und roten Bereich des Spektrums emittieren. Sie wurden in Lichtanzeigen und Alarmsystemen eingesetzt. 1993 entwickelte das japanische Unternehmen Nichia die erste blaue LED mit hoher Helligkeit. Fast sofort erschienen LED-RGB-Geräte, da die Farben Blau, Rot und Grün es ermöglichten, jede Farbe, einschließlich Weiß, zu erhalten. Weiße Phosphor-LEDs kamen erstmals 1996 auf den Markt. Anschließend entwickelte sich die Technologie rasant und im Jahr 2005 erreichte die Lichtleistung von LEDs mehr als 100 lm/W.

WEISSES LICHT.

Eine herkömmliche Farb-LED sendet ein schmales Spektrum an Lichtwellen aus (monochromatische Strahlung). Das ist gut für Alarmgeräte. Und für die Beleuchtung brauchen wir weiße LEDs und nutzen unterschiedliche Technologien.
Zum Beispiel Farbmischung mittels RGB-Technologie. Rote, blaue und grüne LEDs sind dicht auf einer Matrix angeordnet, deren Strahlung über ein optisches System, beispielsweise eine Linse, gemischt wird. Das Ergebnis ist weißes Licht.

Reis. 4 Emissionsspektrum einer RGB-LED. („Wikipedia“)

Oder sagen wir, es wird ein Leuchtstoff verwendet, oder genauer gesagt, mehrere Leuchtstoffe werden auf eine LED aufgebracht und durch Mischen der Farben wird weißes oder nahezu weißes Licht erhalten. Weiße LEDs mit Leuchtstoff sind günstiger als RGB-Matrizen und können daher zur Beleuchtung eingesetzt werden.

Reis. 5 Emissionsspektrum einer weißen LED mit einem Leuchtstoff.* (Wikipedia)

Reis. 6 weiße LED mit Phosphor. Diagramm eines der weißen LED-Designs.

MRSV ist eine Leiterplatte mit hoher Wärmeleitfähigkeit. * („Wikipedia“)

Die Strom-Spannungs-Kennlinie von LEDs in Durchlassrichtung ist nichtlinear und der Strom beginnt ab einer bestimmten Schwellenspannung zu fließen. In den Hauptmodi der LED-Emission hängt der Strom exponentiell von der Spannung ab und kleine Spannungsänderungen führen zu großen Stromänderungen. Und da die Lichtleistung direkt proportional zum Strom ist, ist die Helligkeit der LED instabil. Daher muss der Strom stabilisiert werden. Die Helligkeit von LEDs lässt sich beispielsweise durch Pulsweitenmodulation (PWM) regulieren, wofür ein elektronisches Gerät erforderlich ist, das gepulste Hochfrequenzsignale an die LED liefert. Im Gegensatz zu Glühlampen ändert sich die Farbtemperatur von LEDs beim Dimmen kaum .

Vor- und Nachteile von Phosphor-LEDs.

Bei einer LED wird im Gegensatz zu einer Glüh- oder Leuchtstofflampe elektrischer Strom direkt in Lichtstrahlung umgewandelt, die Verluste sind daher relativ gering.

1. Der Hauptvorteil weißer LEDs ist die hohe Effizienz, der niedrige spezifische Energieverbrauch und die hohe Lichtausbeute – 160–170 Lumen/Watt.
2. Hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer.
3. Das geringe Gewicht und die Größe von LEDs ermöglichen den Einsatz in kleinen tragbaren Taschenlampen.
4. Das Fehlen von ultravioletter und infraroter Strahlung im Spektrum ermöglicht den Einsatz von LED-Beleuchtung ohne schädliche Folgen, da ultraviolette Strahlung, insbesondere in Gegenwart von Ozon, eine starke Wirkung auf organische Stoffe hat und Infrarotstrahlung zu Verbrennungen führen kann.
5. Index spezifisches Gewicht Die Leistung, die die Lichtstromdichte charakterisiert, beträgt bei einer Standard-Leuchtstofflampe 0,1-0,2 W/cm² und bei einer modernen weißen LED etwa 50 W/cm².
6. Arbeiten Sie bei Minustemperaturen, ohne die Parameter zu reduzieren oder oft sogar zu verbessern.
7. LEDs sind trägheitsfreie Lichtquellen; sie benötigen keine Zeit zum Aufwärmen oder Ausschalten, wie z. B. Leuchtstofflampen, und die Anzahl der Ein- und Ausschaltzyklen hat keinen Einfluss auf ihre Zuverlässigkeit.
8. Die LED ist mechanisch robust und äußerst zuverlässig.
9. Einfache Helligkeitsanpassung.
10. LED ist ein elektrisches Niederspannungsgerät und daher sicher.
11. Geringe Brandgefahr, kann in explosionsgefährdeten Umgebungen eingesetzt werden.
12. Feuchtigkeitsbeständigkeit, Beständigkeit gegen aggressive Umgebungen.

Es gibt aber auch kleinere Nachteile:

1. Weiße LEDs sind teurer und aufwändiger in der Herstellung als Glühlampen, obwohl ihr Preis allmählich sinkt.
2. Geringe Qualität der Farbwiedergabe, die sich jedoch allmählich verbessert.
3. Leistungsstarke LEDs erfordern ein gutes Kühlsystem.
4. Bei erhöhten Umgebungstemperaturen von mehr als 60 - 80 °C kommt es zu einem schnellen Leistungsabfall und sogar zum Ausfall.
5. Leuchtstoffe mögen auch keine hohen Temperaturen, weil... der Konversionskoeffizient und die spektralen Eigenschaften des Leuchtstoffs verschlechtern sich.
6. Das LED-Gehäuse besteht aus optisch transparentem Silikonkunststoff oder Epoxidharz, das altert und unter Temperatureinfluss dunkler wird und gelb wird, wodurch ein Teil des Lichtstroms absorbiert wird.
7. Moderne, leistungsstarke und ultrahelle LEDs können die Sehkraft einer Person blenden und schädigen.
8. Die Kontakte sind anfällig für Korrosionsausfälle. Reflektoren (normalerweise aus Kunststoff, beschichtet mit einer dünnen Aluminiumschicht) verschlechtern bei erhöhten Temperaturen mit der Zeit ihre Eigenschaften und die Helligkeit und Qualität des emittierten Lichts lässt allmählich nach.

DAS ECHTE LEBEN WEISSER LEDS.

Reis. 7 Reduzierung der Lichtleistung im Betrieb und Ausfallverhalten von Glühlampen (INC), Leuchtstofflampen (FL), Hochdruckentladungslampen (HID) und LED-Lampen (nicht maßstabsgetreu, typische Kurven dargestellt).

Zeitschrift „Time of Electronics“, Artikel „Ermittlung der Lebensdauer von LEDs“
Geschrieben von Eric Richman (ErikReicher Mann), Erfahrener Wissenschaftler,PazifikNordwestNationalLabore (PNNL)

Die 100.000-Stunden-Lebensdauer von LEDs ist uns seit vielen Jahren bekannt. Wie ist es wirklich?
„In den Anfängen der LEDs wurde am häufigsten eine Lebensdauer von 100.000 Stunden angegeben. Allerdings konnte niemand erklären, woher diese magische Zahl kam. Höchstwahrscheinlich wurde es vom Markt diktiert, nicht von der Wissenschaft. Der erste LED-Hersteller, der die Lebensdauer anhand realer technischer Parameter angab, war Philips Lumileds mit seiner Idee, der Luxeon LED. Die Lebensdauer der ersten Luxeon-Geräte mit einem spezifizierten Antriebsstrom von 350 mA und einer Sperrschichttemperatur von 90 Grad Celsius wurde auf 50.000 Stunden geschätzt. Das bedeutet, dass nach 50.000 Betriebsstunden der LED unter bestimmten Bedingungen deren Lichtstrom auf 70 % des ursprünglichen Werts sinkt.“
Artikel „Neuland: Bestimmung der Haltbarkeit von LED-Leuchten“, Zeitschrift „Time of Electronics“, Timur Nabiev.

Derzeit gibt es keinen Standard, der definiert, was „Lebensdauer“ für LEDs eigentlich bedeutet. Es gibt auch keine Standards, die den Farbwechsel einer LED im Laufe der Zeit quantifizieren. Es ist nicht definiert, wie die LED nach diesem Zeitraum funktionieren soll. Einige führende Unternehmen waren gezwungen, ihre eigenen Kriterien für die Lebensdauer festzulegen. Beispielsweise wurden zwei Lichtstromschwellenwerte gewählt: - 30 % und 50 %, bei deren Erreichen die LED als außer Betrieb gilt. Und diese Werte hängen von der Wahrnehmung des emittierten Lichts durch das menschliche Auge ab.
1) - 30 % Reduzierung des Lichtstroms des reflektierten LED-Lichts. Das heißt, wenn eine LED-Taschenlampe die Straße, umliegende Objekte usw. beleuchtet.
2) - 50 % Reduzierung des Lichtstroms bei Verwendung von direktem Licht, zum Beispiel bei Ampeln, Verkehrsschildern, Seitenlichter Autos....
Und andere First-Line-Unternehmen wählen nur einen Schwellenwert – 50 %.
Darüber hinaus erfolgt die Verschlechterung von LEDs und LED-Leuchten auf allen Ebenen, beginnend mit p-n-Übergang und endet mit der transparenten vorderen Kunststofflinse des Taschenlampengehäuses. Darüber hinaus können Signal- und Anzeige-LEDs mit geringem Stromverbrauch jahrzehntelang dienen. Und ultrahelle moderne LEDs, die oft unter extremen Strom- und Temperaturbedingungen arbeiten, verlieren viel schneller an Helligkeit. So beträgt die reale Lebensdauer hochwertiger moderner LEDs im Dauerbetrieb mehrere Monate bis hin zu fünf bis sechs Jahren. Petzl gibt beispielsweise eine Lebensdauer seiner LEDs in Taschenlampen von mindestens 5.000 Stunden an. Führende Unternehmen geben übrigens oft eine kürzere Lebensdauer ihrer Geräte an als die „Super-Duper-Budget“-Hersteller, oft asiatische Hersteller, die einfach das aktuelle Niveau erhöhen und einen strahlenden Glanz erzielen. Beim Kauf von Taschenlampen entsprechen alle Eigenschaften der LEDs dem Reisepass, in dem immer von den magischen 100.000 Stunden geschrieben steht. Die tatsächliche Lebensdauer solcher LEDs darf jedoch 1000...1500 Stunden nicht überschreiten und in dieser Zeit verringert sich der Lichtstrom um mindestens das Zweifache.

BATTERIEN UND AKKUMULATOREN.

Während des Betriebs werden Batterien und Akkus entladen, die Versorgungsspannung sinkt, die Helligkeit der LEDs und der effektive Lichtstrom nehmen allmählich ab.

Helligkeitsabfallkurve bei natürlicher Batterieentladung.

Elektronisch einstellbare Helligkeit. In einem Abstand von 2 Metern zur Lampe wird eine Beleuchtungsstärke von 0,25 Lux gemessen. (Dies ist die Beleuchtung, die der Mond bei Vollmond spendet).

Zur Verbesserung der effektiven Lichtausbeute wird eine elektronische Regelung (Stabilisierung) der Versorgungsspannung eingesetzt. Die Stromstärke wird durch eine spezielle Mikroschaltung gesteuert, die über die gesamte Betriebszeit eine stabile Helligkeit gewährleistet. Die Idee wurde ursprünglich von Petzl entwickelt. Dank an elektronische Schaltung Die Leuchten haben über die gesamte Betriebszeit eine stabile Kennlinie und gehen anschließend in den Notbetrieb (0,25 Lux). Eine Helligkeit von 0,25 Lux ist die Beleuchtung, die ein Vollmond hoch über dem Horizont an einem klaren Tag erzeugt.

Optimale Stromquellen.

1. Bei LED-Taschenlampen handelt es sich heute natürlich um Alkali- oder Lithium-(Lithium-Ionen)-Einwegbatterien. Lithiumbatterien sind leicht, haben eine hohe Kapazität und funktionieren auch bei niedrigen Temperaturen gut. Dabei handelt es sich beispielsweise um Li-MnO2-Batterien CR123 oder CR2 mit einer Spannung von 3 V oder Li-FeS2-Batterien (Lithiumeisendisulfid) mit einer Spannung von 1,5 V. Allerdings sind nicht alle LED-Leuchten mit Lithiumbatterien kompatibel – bitte beachten Sie die Anleitung .
2. Batterien.

Strom 1C bedeutet einen Strom, der numerisch der Nennkapazität entspricht.

* Aus dem Artikel: A.A. Taganova „LITHIUMSTROMQUELLEN FÜR TRAGBARE ELEKTRONISCHE GERÄTE“

Nickel-Cadmium (NiCd) haben ein geringes Gewicht und geringe Abmessungen, eine schlechte Umweltfreundlichkeit – Cadmium ist ein furchtbar gesundheitsschädliches Metall. Sprengstoff mit einem robusten und abgedichteten Gehäuse, mit Mikroventilen zur automatischen Freisetzung von Gasen, aber gleichzeitig relativ hoher Zuverlässigkeit und hohen Lade- und Entladeströmen. Sie werden häufig in Bordgeräten und für Geräte verwendet, die viel Strom verbrauchen, wie zum Beispiel Taucherlampen. Der einzige Akkutyp, der entladen gelagert werden kann, im Gegensatz zu Nickel-Metallhydrid-Akkus (Ni-MH), die vollständig geladen gelagert werden müssen, und Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ion), die bei einer Ladung von 40 % gelagert werden müssen Batteriekapazität
Nickelmetallhydrid (Ni-MH) wurden entwickelt, um Nickel-Cadmium (NiCd) zu ersetzen. NiMH-Akkus sind praktisch frei vom „Memory-Effekt“ und eine vollständige Entladung ist oft nicht erforderlich. Umweltfreundlich. Der günstigste Betriebsmodus: Niedrigstromladung, 0,1 Nennkapazität, Ladezeit - 15-16 Stunden (Herstellerempfehlung). Es wird empfohlen, voll geladene Akkus im Kühlschrank aufzubewahren, jedoch nicht unter 0 °C. Sie bieten einen 40–50-prozentigen Vorteil bei der spezifischen Energieintensität im Vergleich zum bisherigen Favoriten – NiCd. Sie haben ein erhebliches Potenzial zur Erhöhung der Energiedichte. Freundlich Umfeld- enthalten nur mäßige Giftstoffe, die recycelt werden können. Preiswert. Erhältlich in einer Vielzahl von Größen, Parametern und Leistungsmerkmalen.

ABMESSUNGEN UND BLINKLEUCHTEN.

12) TL-LD1000 CatEye

13) RAPID 1 (TL-LD611-F)CatEye

Die europäische Sicherheitspraxis sieht die Verwendung nicht nur von Rücklichtern, sondern auch von vorderen Standlichtern vor.
Rapid 1 Vorderlicht (weiß) und Rücklicht (rot), wiederaufladbar Batterienüber USB-Anschluss und Ladezustandsanzeige. Die hohe Leistung der Taschenlampe wird durch den Einsatz einer SMD-LED und der OptiCube™-Technologie erreicht. Der Schimmer von CatEye Rapid 1 zieht die Aufmerksamkeit von Autofahrern und Passanten auf sich.
4 Betriebsmodi sorgen für eine optimale Parameterauswahl, sowohl nachts als auch tagsüber. CatEye Rapid 1 wird mit einer flachen SP-12 Flextight™-Halterung geliefert. welches mit allen neuen RM-1 kompatibel ist.

Betriebszeit: 5 Stunden (Dauerbetrieb)

25 Stunden (Schnell- und Pulsmodus)

40 Stunden (Blinkmodus)

Beleuchtungsspeichermodus (letzter Modus, den Sie aktiviert haben)

Li-Ionen-Akku USB – wiederaufladbar

Gewicht ca. 41 g. mit Halterung und Akku

Clip für Kleidung.

14) SOLAR (SL-LD210)CatEye

Der Radfahrer muss nicht nur von hinten, sondern auch für den Gegenverkehr sichtbar sein, und zwar nicht nur nachts, sondern auch tagsüber – bei eingeschaltetem Standlicht.

Eine 5-mm-LED schaltet sich automatisch im Blinkmodus ein, wenn Sie im Dunkeln losfahren. Der eingebaute Solarakku lädt sich bei guten Wetterbedingungen innerhalb von 2 Stunden auf und sorgt für eine Betriebsdauer von bis zu 5 Stunden. Erhältlich als Front- und Heckmontagemodell, wird mit der neuen Flextight™-Halterung geliefert. Gewicht 44 g. inklusive Halterung und Batterie

DYNAMO - LATERNEN (KÄFER).

15) BLAUVOGEL

3- LEDs, Helligkeit 6 lm, 3 Modi, zwei konstant (1LED und 3LED), eine blinkend (3LED), Betrieb nach dem Aufladen: - ca. 40 Minuten (3LED); - ca. 90 Minuten (1LED), Gewicht mit Lenkerhalterung 115g.

Eindruck:

Nun, meiner Meinung nach eine sehr gute Taschenlampe, sowohl für die Größe am Fahrrad als auch für die Beleuchtung im „manuellen Modus“ in einem Zelt, auf einer Raststätte und allgemein. Unter zivilisierten städtischen Bedingungen, wenn allgemeine Beleuchtung und gute Sicht vorhanden sind, kann sie sogar die Haupttaschenlampe sein, insbesondere wenn die Straße bekannt ist. Der Lautsprecher lässt sich leicht drehen, macht kaum Geräusche und der Akku lädt sich schnell auf. Gibt ein gutes weißes Licht ab. OK!

16) Ladegerät Energenie EG-PC-005 für Mobiltelefone mit Handantrieb und Taschenlampe. Am Fahrrad montiert.

Die Energieerzeugung erfolgt über einen Dynamo mit Kurbel. Durch dreiminütiges Drehen des Griffs wird das Mobiltelefon für mindestens 8 Minuten Gesprächszeit aufgeladen. Durch 10-minütiges Drehen der Kurbel entsteht mindestens 50 Minuten lang helles Licht.

Technische Eigenschaften

• Ausgangsspannung – 4,0–5,5 V
• Ausgangsstrom bis 400 mA
• Der eingebaute wiederaufladbare Ni-MH-Akku mit 80 mAh ermöglicht mindestens 500 vollständige Aufladungen
• 2 Taschenlampen:
  -Kopf: LED, leuchtet bei maximaler Ladung bis zu 10 Meter weit.
  -hinten: rote LED.
• Zwei Modi: Dauerlicht (3LED), - Stroboskop (3LED)
• Nettogewicht 0,2 kg
  Lieferumfang

• Energenie EG-PC-005 Handy-Ladegerät mit manuellem Antrieb, Fahrradhalterung und Front-Taschenlampe
• Rücklicht mit 1,2m Kabel
• Kabel für Nokia-Telefone
• 6 Adapter für andere Telefone

Eindruck:

Keine schlechte Größe, geeignet für die Beleuchtung in einem Zelt und für alle Arten von Haushaltsbedürfnissen. LEDs sind nicht die Besten – mit einem deutlichen Blaustich, der nicht gut ist. Leider hat der Akku mit einer Doppelbelastung (3LED) vorne und ein rotes Licht hinten – und schnell genug „hinsetzen“. Ich musste das rote Rücklicht ausschalten und ausschalten, und meiner Meinung nach wurde es besser (länger). Der Lautsprecherhebel lässt sich leicht drehen, es gibt kaum Geräusche und der eigene Akku lädt sich problemlos auf. Ich musste auf Reisen sowohl mein Mobiltelefon als auch meinen E-Reader aufladen. Mit etwas Beharrlichkeit und Geduld ist dies machbar, aber es erfordert einige Arbeit. Wenn die Taschenlampe unter äußerer Belastung betrieben wird, erhöht sich die Kraft auf den Hebel erheblich und Sie müssen ein wenig schwitzen. Aber die Gesamtbewertung dieses Geräts ist eine nützliche Sache.

17) Ladegerät Energenie EG-SC-001 für Mobiltelefone mit einem Akku, der über Licht und über das Stromnetz geladen wird, und mit einer eingebauten LED-Taschenlampe.

Durch das Vorhandensein eines USB-Anschlusses können Sie den eingebauten Akku schnell aufladen, der mit einem Schutz gegen Überladung, Tiefentladung, Überlastung und Kurzschluss ausgestattet ist. Bei niedrigem Batteriestand wird das Warnsystem aktiviert. Verfügt über eine integrierte LED-Taschenlampe.

Lädt die folgenden Mobiltelefone und ist mit folgenden Anschlüssen ausgestattet: Nokia 6101- und 8210-Serie, Samsung A288-Serie, Mini USB 5pin, Sony Ericsson K750-Serie, Micro-USB.

Solarzellen Energie EG-SC-001 ermöglicht das Aufladen mobiler Geräte beim Wandern, natürlich bei sonnigem Wetter.
Technische Eigenschaften

• Ausgangsspannung - 5,4V
• Ausgangsstrom bis 1400 mA
• Der eingebaute Li-Ionen-Akku mit 2000 mAh ermöglicht mindestens 500 vollständige Aufladungen
• eingebauter USB-Anschluss 5-6V
• helle LED-Taschenlampe
• Abmessungen: 116*49*26 mm
• Gewicht 130 g

Lieferumfang

• Ladegerät
• AC220V-DC5V USB-Netzteil A schwarz
• 5 Adapter zum Aufladen von Mobiltelefonen
• USB-Verbindungskabel.