Новинки светодиодной продукции Lumileds – сверхъяркие и мощные светодиоды

Введение

В настоящее время светотехнические устройства на основе светодиодов уже перестали вызывать удивление. Они применяются практически во всех областях светотехники. Появление в середине 1990-х гг. гетероструктур нитрида галлия [1–6] позволило светодиодам на их основе заполнить коротковолновую область видимого диапазона оптического спектра, чего не хватало для его полного перекрытия полупроводниковыми источниками излучения [1–6]. Сразу после этого началось применение светодиодов в качестве источников света для оптической индикации и отображения информации: появились светодиодные указатели, бегущие строки на основе светодиодов, полноцветные светодиодные экраны и светофоры [7].

Появление в конце 1990-х гг. светодиодов белого свечения [8–10] и разработка специалистами компании Lumileds в самом начале 2000-х гг. нового класса мощных светодиодов открыло дорогу светодиодам в освещение [1, 5, 10]. В результате недавние мечты достаточно быстро воплотились в реальность и светодиоды вошли в повседневную жизнь. Более того, прошло совсем немного времени, и светодиодное освещение стало привычным.

Последние несколько лет рынок светотехнических изделий успешно развивается благодаря постоянному появлению новых светодиодов. Это связано как с появлением новых поколений существующих серий светодиодов и светодиодных модулей, так и с освоением компаниями-производителями новых типов продукции. Компания Lumileds, которая относительно недавно выпустила на рынок новый для себя тип светодиодной продукции – сверхъяркие светодиоды [11, 12], продолжает совершенствовать существующую линейку изделий. Далее представлен обзор новинок компании Lumileds в обоих сегментах – сверхъярких и мощных светодиодов, разработанных в последнее время её специалистами.

Цветные светодиоды Luxeon 3535L Color

Прежде всего, нужно сказать о появлении серии цветных светодиодов Luxeon 3535L Color (см. рис. 1), которая добавилась к существующей серии белых светодиодов Luxeon 3535.

Как и в случае серии Luxeon 3535L [11, 12], эти светодиоды выпускаются в стандартном корпусе размером 3,5 × 3,5 мм, который полностью соответствует по топологии аналогам других производителей. Указанные светодиоды перекрывают практически весь видимый диапазон оптического спектра – от 440 до 630 нм. Стоит отметить, что в данной серии есть также цветные светодиоды на основе люминофора в жёлтой (PC Amber) и жёлто-зелёной (Lime) области, что обеспечивает более равномерное перекрытие длин волн данными светодиодами в видимом спектре. Номинальный ток для них составляет 100 мА, типичное значение напряжения при данном токе у синих, голубых и зелёных светодиодов составляет порядка 3,0–3,2 В, у жёлто-зелёных и жёлтых на основе люминофора – порядка 3,05 В, у оранжевых и красных – порядка 2,10 В. Угол кривой светораспределения равен 115°, тепловое сопротивление составляет от 20 до 40°C/Вт в зависимости от цвета светодиода.

Минимальная оптическая мощность синих (440–455 нм) светодиодов Luxeon 3535L в номинальном режиме (ток 100 мА) составляет 130 мВт. Минимальный световой поток голубых (469–480 нм) светодиодов Luxeon 3535L в номинальном режиме составляет 8,2 лм. В аналогичном режиме минимальный световой поток зелёных (520–540 нм) светодиодов Luxeon 3535L равен 21 лм. Минимальный световой поток оранжевых (610–620 нм) и красных (620–630 нм) светодиодов данной серии в номинальном режиме составляет 13 и 10 лм соответственно. Минимальный световой поток светодиодов с люминофором – жёлтых и жёлто-зелёных – в номинальном режиме составляет, соответственно, 24 и 44 лм.

Основные характеристики цветных светодиодов Luxeon 3535L Color представлены в таблице 1. Необходимо пояснить, что жёлтые и жёлто-зелёные светодиоды, изготовленные, как уже было сказано, на основе люминофора, специфицируются по координатам цветности, и в таблице даны приблизительные значения их длины волны.

Цветные светодиоды серии Luxeon 3535L Color предназначены в основном для использования в светосигнальной аппаратуре и автомобильной светотехнике. Кроме того, их можно использовать в светильниках для архитектурного и художественного освещения, ландшафтного освещения, а также в светодиодных лампах. Представленный широкий диапазон длин волн у светодиодов данной серии позволяет разрабатывать на их основе перестраиваемые светильники, то есть осветительные приборы с перестраиваемым спектром, что достигается изменением интенсивности свечения светодиодов разного цвета, используемых в составе устройства. Такие светильники могут применяться в различных областях, кроме упомянутого архитектурного, художественного и ландшафтного освещения, стоит также выделить освещение растений [13–16]. Как уже отмечалось [13–16], оптимальное соотношение энергий излучения по спектру для освещения растений составляет примерно 30% в синей области (380–490 нм), 20% в зелёной области (490–590 нм) и 50% в красной области (600–700 нм) [13–16]. Составляя комбинации из светодиодов разных цветов, можно получить источник света с практически любым спектральным составом в видимом диапазоне.

Поскольку цветные светодиоды серии Luxeon 3535L Color имеют одинаковые корпуса со светодиодами Luxeon 3535 других серий, то разработчики могут создавать новые светильники с использованием цветных светодиодов без существенного изменения печатных плат и оптики, что позволит сэкономить время и затраты на разработку нового изделия.

Новинки в линейке белых светодиодов Luxeon 3535L

Специалисты компании Lumileds расширили и линейку белых светодиодов Luxeon 3535L (см. рис. 2).

В ней появилась бюджетная серия Luxeon 3535LS, световой поток которой несколько ниже, чем у светодиодов серии Luxeon 3535L. Разработаны также две серии с более высоким световым потоком – Luxeon 3535L HE и Luxeon 3535L HE Plus. Все новые серии светодиодов выпускаются в стандартном корпусе размером 3,5 × 3,5 мм, который полностью соответствует по топологии аналогам других производителей. Указанные светодиоды перекрывают диапазон цветовой температуры от 2200 до 6500 K и тем самым представляют все оттенки белого света: тёплый, естественный и холодный. Номинальный ток для них равен 100 мА, типичное значение напряжения при данном токе – порядка 3,0 В, угол кривой светораспределения составляет 115°, тепловое сопротивление – порядка 20°C/Вт.

Основные характеристики светодиодов серии Luxeon 3535LS, Luxeon 3535L, Luxeon 3535L HE и Luxeon 3535L HE Plus указаны в таблицах 2, 3, 4 и 5 соответственно.

Светодиоды серии Luxeon 3535L предназначены для использования в светильниках и светодиодных устройствах, применяемых для внутреннего освещения. В частности, во встраиваемых светильниках, светодиодных лампах, светильниках типа Down Light и т.д. Также возможно их применение и в светотехнических приборах и системах для наружного освещения.

Светодиоды Luxeon 2835

Светодиоды Luxeon 2835 (см. рис. 3) являются новой серией сверхъярких светодиодов Lumileds, которая предназначена для широкого круга применений.

Светодиоды Luxeon 2835 имеют достаточно компактные размеры корпуса, составляющие 2,8 × 3,5 мм, и соответствуют по топологии аналогам других производителей. Они выпускаются в диапазоне цветовых температур от 2700 до 6500 K, перекрывая, таким образом, практически всю область белого цвета, и имеют достаточно высокие характеристики. Для примера, световая отдача моделей с цветовой температурой 4000 K и индексом цветопередачи CRI = 80 достигает значений до 153 лм/Вт, а световой поток – до 113 лм (при токе 120 мА и температуре p–n-перехода T_j = 25°C).

Серия Luxeon 2835 включает два семейства светодиодов – Luxeon 2835C и Luxeon 2835E, номинальные значения тока которых составляют соответственно 60 и 120 мА. Номинальные значения напряжений при указанном токе у светодиодов семейства Luxeon 2835C равны 9 и 6 В, у светодиодов семейства Luxeon 2835E – 6 и 3 В. Тепловое сопротивление светодиодов семейства Luxeon 2835C в зависимости от указанного напряжения составляет 15 и 20°C/Вт, у светодиодов семейства Luxeon 2835E – 11 и 21°C/Вт. Угол кривой светораспределения светодиодов серии Luxeon 2835 составляет 120°.

Основные характеристики светодиодов Luxeon 2835 приведены в таблице 6.

Светодиоды серии Luxeon 2835 предназначены в основном для разработки эффективных ламп-ретрофитов, то есть светодиодных аналогов традиционных ламп (накаливания и люминесцентных) с высоким световым потоком и световой отдачей. Использовать такие лампы предполагается в готовых светильниках, заменяя ими традиционные лампы, что может привести к повышению эффективности освещения.

Цветные светодиоды Luxeon Z Color

Светодиоды серии Luxeon Z Color (см. рис. 4) расширили существующую серию светодиодов Luxeon Z, в которой ранее были представлены только модели белого цвета свечения. Светодиоды выполнены в типичном для светодиодов Luxeon Z корпусе, размеры которого составляют 1,7 × 1,3 мм.

В линейке светодиодов Luxeon Z Color представлены все цвета видимого спектра. Длины волн моделей данной линейки перекрывают диапазон от 440 до 670 нм, включая тёмно-красный (Deep Red), сине-зелёный (Cyan) жёлто-зелёный (Lime) и жёлтый с люминофором (PC Amber). Номинальный ток указанных светодиодов составляет 500 мА. Максимальное значение тока для синих, голубых, сине-зелёных и зелёных светодиодов составляет 1000 мА, для тёмно-красных, красных, оранжевых, жёлтых и жёлто-зелёных – 700 мА. Для светодиодов данной серии характерно низкое значение теплового сопротивления, которое составляет для синих, голубых, сине-зелёных, зелёных и жёлтых с люминофором 5°C/Вт, для тёмно-красных, красных, оранжевых, жёлтых и жёлто-зелёных – 8°C/Вт.

Значение угла кривой светораспределения для синих, голубых, сине-зелёных, зелёных, жёлто-зелёных и жёлтых с люминофором равняется 125°, для тёмно-красных, красных, оранжевых и жёлтых светодиодов – 145°.

В таблице 7 представлены основные характеристики светодиодов Luxeon Z Color.

Светодиоды серии Luxeon Z Color предназначены для использования в светильниках для архитектурного и художественного освещения и для ландшафтного освещения. Представленный широкий диапазон длин волн у светодиодов данной серии, как и у светодиодов серии Luxeon 3535L Color, позволяет разрабатывать на их основе светильники с перестраиваемым спектром излучения, которые могут применяться, кроме архитектурного, художественного и ландшафтного освещения, также для освещения растений.

Светодиоды Luxeon C

Светодиоды серии Luxeon C (см. рис. 5) являются новыми светодиодами в линейке компании Lumileds.

Светодиоды этой серии выпускается в корпусе размером 2,0 × 2,0 мм. В линейке представлены как цветные светодиоды, перекрывающие диапазон длин волн от 440 до 720 нм, включая тёмно-красный (Far Red), сине-зелёный (Cyan) жёлто-зелёный (Lime) и жёлтый с люминофором (PC Amber), так и белые светодиоды, значения цветовой температуры которых перекрывают диапазон от 2700 до 5700 K, таким образом представляя все оттенки белого света – тёплый, естественный и холодный. Номинальный ток данных светодиодов равен 350 мА. Значение максимального тока данных светодиодов составляет для белых и жёлто-зелёных светодиодов 1225 мА, для тёмно-красных – 700 мА, для всех остальных цветов – 1050 мА. Тепловое сопротивление жёлтых с люминофором светодиодов данной серии составляет 3,5°C/Вт, голубых, сине-зелёных и зелёных светодиодов – 3,0°C/Вт, светодиодов остальных цветов – 2,8°C/Вт.

Угол кривой светораспределения синих светодиодов равен 165°, голубых, сине-зелёных, зелёных – 170°, жёлтых, оранжевых, красных и тёмно-красных – 162°, жёлто-зелёных и жёлтых с люминофором – 150°. Значение угла кривой светораспределения белых светодиодов составляет 150°.

Основные характеристики цветных и белых светодиодов Luxeon С приведены в таблицах 8 и 9 соответственно.

Поскольку светодиоды серии Luxeon С имеют в линейке все возможные цвета, включая белый, их можно применять в различных областях, начиная от общего освещения и заканчивая архитектурным, художественным и ландшафтным освещением. Представленный широкий спектр цветов светодиодов данной серии, как и у светодиодов серий Luxeon 3535L и Luxeon Z, также позволит разрабатывать на их основе источники света и светильники с перестраиваемым спектром излучения, которые могут найти применение в разных видах общего, архитектурного, художественного и ландшафтного освещения и для освещения растений.

Светодиоды Luxeon MZ

Серия светодиодов Luxeon MZ (см. рис. 6) в определённой степени является доработкой серии Luxeon M [17]. Светодиоды этой серии выпускаются в корпусе размером 4,2 × 4,0 мм, в котором расположены четыре кристалла.

В отличие от светодиодов серии Lyuxeon M [17], предназначенных для работы от источника напряжения 12 В, светодиоды новой серии Luxeon MZ имеют также модели для работы от источника напряжения 6 и 3 В. Номинальные токи при этом составляют 700, 1400 и 2800 мА. Светодиоды серии Luxeon MZ имеют достаточно высокие значения светового потока и световой отдачи. Стоит отметить, что данные светодиоды имеет достаточно низкое значение теплового сопротивления, которое составляет 1,25°C/Вт. Значение угла кривой светораспределения светодиодов Luxeon MZ равно 120°.

Светодиоды серии Luxeon MZ отличаются стабильностью цветовой температуры. Для них отсутствует необходимость разбиновки по цветовой температуре, и производитель даёт их характеристики при температуре p–n-перехода 85°C.

Основные характеристики светодиодов Luxeon M приведены в таблице 10.

Светодиоды серии Luxeon MZ, как и светодиоды серии Luxeon M [17], могут применяться для создания на их основе эффективных источников света (светодиодных ламп) для систем низковольтного питания. Также областями применения данных светодиодов могут быть светильники для общего освещения, как наружного, так и внутреннего, особенно там, где требуется высокая яркость источника света, например, в светильниках типа Down Light.

Заключение

Приведённый обзор новых изделий, представленных компанией Lumileds в линейке как мощных, так и сверхъ­ярких светодиодов, свидетельствует о достаточно широком фронте развития направления. Специалисты компании, основываясь на опыте разработки светодиодов, постоянно совершенствуют их линейку, выпуская новые интересные модели. Это позволяет компании Lumileds оставаться в числе лидеров светодиодного рынка, причём достаточно чётко прослеживается сегментация светодиодной линейки под определённые направления светотехники, что делает продукцию компании весьма привлекательной для разработчиков светодиодных изделий.

Литература

1. Юнович А.Э. Светодиоды на основе гетероструктур из нитрида галлия и его твёрдых растворов. Светотехника. 1996. Вып. 5/6. С. 2–7.
2. Юнович А.Э. Ключ к синему лучу, или О светодиодах и лазерах, голубых и зелёных. Химия и жизнь. 1999. №5–6. С. 46–48.
3. Туркин А.Н. Нитрид галлия как один из перспективных материалов в современной оптоэлектронике. Компоненты и технологии. 2011. №5. С. 176–180.
4. Туркин А.Н. Полупроводниковые светодиоды: история, факты, перспективы. Полупроводниковая светотехника. 2011. №5. С. 28–33.
5. Туркин А.Н. Обзор развития технологии полупроводниковых гетероструктур на основе нитрида галлия (GaN). Полупроводниковая светотехника. 2011. №6. С. 44–47.
6. Туркин А.Н., Юнович А.Э. Лауреаты Нобелевской Премии 2014 года: по физике – И. Акасаки, Х. Амано, С. Накамура. Природа. 2015. №1. С. 75–81.
7. Тринчук Б.Ф. Светосигнальная аппаратура на светодиодах. Светотехника. 1997. №5. С. 6–11.
8. Светодиоды и их применение для освещения. Под общей редакцией Академика АЭН РФ Айзенберга Ю.Б. Московский Дом Света. 2012. 280 с. М. Знак.
9. Туркин А.Н. Светодиоды Lumileds: прошлое, настоящее, будущее. Полупровод­никовая светотехника. 2012. №2. С. 6–9.
10. Матешев И., Муленкова А., Туркин А., Шамков К. Мощные светодиоды Philips Lumi­leds – от истоков до новинок рынка. Современная электроника. 2013. №6. С. 24–29.
11. Туркин А. Новые продукты в линейке компании Philips Lumileds: сверхъяркие светодиоды. Современная электроника. 2015. №6. С. 46–53.
12. Туркин А. Новинки светодиодной продукции Lumileds. Полупроводниковая светотехника. 2015. №4. С. 55–60.
13. Бахарев И., Прокофьев А., Туркин А., Яковлев А. Применение светодиодных светильников для освещения теплиц: реальность и перспективы. СТА. 2010. №2. С. 76–82.
14. Прокофьев А.Ю., Туркин А.Н., Яковлев А.А. Перспективы применения светодиодов в растениеводстве. Полупроводниковая светотехника. 2010. №5. С. 60–63.
15. Сарычев Г., Гаврилкина Г., Туркин А., Репин Ю. Светодиоды и интенсивная светокультура растений. Полупроводниковая светотехника. 2014. №1. С. 70–71.
16. Туркин А. Мощные светодиоды и изделия на их основе в свете актуальных областей их применения. Современная электроника. 2016. №3. С. 48–53.
17. Матешев И., Муленкова А., Туркин А., Шамков К. Обзор новых светодиодных продуктов компании Philips Lumileds. Полупроводниковая светотехника. 2013. №5. С. 30–32.