Все о характеристиках и сферах использования ультрафиолетовых светодиодов

Насколько опасно УФ излучение

Итак, ультрафиолет опасен лишь потому, что многие очень мало знают о его свойствах и могут сделать что-то не так. В мире много смертельно опасных вещей, но об этой опасности мы знаем с детства либо видим угрозу своими глазами. Ультрафиолетовым же излучением практически никто не интересуется, а для человеческого глаза оно невидимо. Ультрафиолетовых ламп не нужно бояться, ими нужно уметь правильно пользоваться. Вот несколько правил, которые помогут тебе избежать неприятностей при работе с приборами ультрафиолетового спектра:

1. Используй прибор только по назначению.
2. Строго соблюдай инструкцию по использованию, прилагающуюся к устройству.
3. Не превышай рекомендованного времени пребывания под . Это грозит серьезными и порой необратимыми последствиями вплоть до радиационных ожогов 2 степени.
4. Независимо от назначения лампы и ее спектра излучения пользуйся защитными очками, идущими в комплекте.
5. Не пользуй для защиты глаз обычные солнцезащитные очки: они не защищают от отраженного света и абсолютно не предназначены для этих целей! Гораздо надежнее плотно зажмуриться, не пытаясь подглядывать из-под век.
6. Немедленно после включения антибактериальной ультрафиолетовой лампы, излучающей ультрафиолет В или С, покинь помещение и забери с собой домашних животных и растения.
7. Если для обеззараживания комнаты ты пользовался лампой спектра УФС, после этого хорошо проветри помещение от образовавшегося в процессе ее работы озона – он смертельно опасен!

Надеюсь, прочитав эту статью, ты сможешь понять пользу, опасность и возможности современной УФ лампы и применить ее с максимальной пользой без вреда для себя.

0%

Не менее шести часов.

Зависит от степени уже приобретенного загара.

Под такой лампой невозможно обгореть.

Верно! Не верно!

Продолжить »

Если УФ невидим, почему УФ лампа светит синим?

Лампа неисправна

Излучение УФ лампы захватывает фиолетовый спектр, именно его мы и видим

Это не ультрафиолетовая лампа, а обычная холодного света

Верно! Не верно!

Продолжить »

Почему колба УФ лампы сделана из кварца?

Кварцевое стекло задерживает пары ртути, находящиеся внутри колбы

Чтобы выдерживать высокую температуру внутри нее

Такое стекло прозрачно для УФ излучения

Верно! Не верно!

Продолжить »

Почему некоторые называют УФ лампу лампой накаливания?

Потому, что она имеет 2 спирали, которые накаляются

Потому, что эти некоторые не знают принципа работы УФ ламп

Это устоявшееся название

Верно! Не верно!

Продолжить »

Излучение от лампы более коротковолновое

УФВ, излучаемый Солнцем, до нас практически не доходит – 99.5% его задерживают ионосфера и атмосфера

Находиться под лампой УФВ не опасно

Верно! Не верно!

Продолжить »

Во время работы УФ лампы с длиной волны 210 нм чувствуется запах как после грозы

Это нормальное явление, но эту лампу нельзя включать в присутствии человека

Лампа неисправна. Ее нужно выбросить.

Это не из-за лампы

Верно! Не верно!

Продолжить »

Тест на знание ультрафиолетовой лампы

Ты читал сидя за монитором? Сядь перед ним и прочти еще раз.

Ты читал статью одним глазом и невнимательно. Надо перечитать двумя.

Стоит перечитать некоторые разделы.

Ты отлично понял весь материал!

  Перепройти тест!

Предыдущая
Кварцевые и УльтрафиолетовыеОсобенности выбора ультрафиолетовых ламп для выращивания растений и их использования

Спасибо, помогло!Не помогло

Принцип работы УФ-светодиодов для обеззараживания

Принцип работы УФ-диодов имеет много общего со стандартными SMD-чипами. Но здесь за характеристики излучения ответственны присадки:

• AIN – алюмонитрид;
• AlxGa1-xAs – арсенид алюминия галлия;
• InN india – бинарное сочетание азота и индия;
• GaN (нитрид галлия) – галлий и азот.

Рис.1 – ультрафиолетовый диод.

Источником света является кристалл с переходом p-n. Внутри проходят процессы рекомбинации электронов и образования фотонов. Диапазон  излучения зависит от конкретного материала изготовления и типа чипов. Самыми популярными считаются диоды с длиной волны 370-400 нм из-за простоты производства и доступной цены.

Преимущества и недостатки технологии Oled

Oled мониторы, в сравнении с дисплеями, создаваемыми по другим современным технологиям, обладают рядом характерных достоинств:

• Сравнительно меньшие толщина и вес. Благодаря несущественной толщине матрицы, экраны получаются тонкими и легкими;
• Экономное электропотребление. Производители работают над тем, чтобы сделать этот параметр максимально низким. Но уже сейчас Олед матрицы отличаются невысоким потреблением энергии;
• Отличный угол обзора. С какой бы стороны вы ни смотрели на экран, картинка будет иметь идеальное качество;
• Отсутствие необходимости в подсветке. Свет излучается самими органическими светодиодами;
• Улучшенные эксплуатационные свойства ТВ – время отклика, яркость и контрастность. В этом плане Oled многократно превосходит LCD технологию.

Органические диоды позволяют производить прозрачные и гибкие конструкции, стабильно работающие в расширенном диапазоне температур. Соответственно, в отношении универсальности применения они также оказываются в плюсе.

Есть ли у Олед дисплеев минусы? Да, в связи со следующими недостатками массовое производство таких устройств пока не налажено:

• Наличие эффекта «выжигания». Образуется из-за продолжительной демонстрации статической картинки. Сравнить его можно с появлением ложного изображения на плазменных экранах и ЭЛТ. Для нивелирования недостатка, в дисплеях последних версий применяется технология динамического сдвига цветных пикселей (не улавливается человеческим глазом);
• Недостаточно долгое время беспрерывной работы диодов определенных цветов. С этим недостатком производители также активно справляются. Это подтверждается налаженным изготовлением ТВ и ноутбуков с Олед матрицами от крупнейших выпускающих предприятий мира.

Технология нуждается в совершенствовании и доработке. И это является ее основным недостатком. Принимая в расчет несовершенства Oled, покупатели не торопятся с покупкой устройств, созданных на ее базе

Перспективы и область применения

Сфера применения Олед матриц уже сейчас довольно широкая. Органические светодиоды используются при изготовлении экранов смартфонов и смарт-часов, плееров и ноутбуков, телевизоров и компьютерной техники разного типа. Такие диоды отлично подходят для выпуска внешних жестких дисков, амперметров, приборов измерения, автомобильных часов и аудиосистем, автомобильных приборных панелей, DJ-микшеров, E-сигарет, различных носимых устройств.

Стоимость реализации технологии достаточно высокая. Однако не следует забывать о том, что изначально все инновации, которые в будущем становятся массовыми, не бывают доступными. По мнению экспертов, цену на Oled удастся снизить уже в ближайшие годы. Поэтому вполне вероятно, что в скором времени у каждого из нас будет то или иное устройство с органическими диодами.

Еще один важный момент: долговечность Олед. Как долго могут служить светодиоды? Учитывая новизну технологии, сказать это с точностью достаточно трудно. Однако по уверениям выпускающих фирм, ТВ с органическими матрицами станут работать столь же продолжительный срок, что и LED и LCD экраны.

Как бы там ни было, период эксплуатации компьютерной и телевизионной техники определяется не только тем, какая технология была использована для изготовления дисплея. Но и множеством других факторов.

Характеристики светодиодов:

LED-приборы имеют несколько основных параметров.

Это:

– потребляемый ток;

– мощность потребления;

– номинальное напряжение;

– цветовая температура;

– сила светового потока.

Практически все эти характеристики указаны на самом электроприборе, но есть и другие показатели, которые считаются специфическими.

Сила потребляемого тока. Сила потребляемого тока определяет яркость свечения светодиода. Ток потребления светодиода измеряется в амперах и чаще всего соответствует показателю 0,02 А. Это параметр одного кристалла. Если чипов несколько, то и показатель увеличивается: 0,04 А при двух кристаллах, 0,06 А при трех и т.д. Учитывать показатель потребляемого тока следует для выбора резистора, устанавливаемого на вводе. Если показатели не будут соответствовать друг другу, высокий ток преодолеет сопротивление светодиода и он перегорит, причем практически мгновенно. Также резистор защищает прибор от скачков тока в сети, возникающих при различных перепадах напряжения.

Сопротивление светодиода. Этот показатель способен изменяться, т.к. является нелинейным и колеблется в зависимости от включения в цепь. При включении в одну сторону он может достигать приблизительно одного килоома (кОм), в другую – увеличиваться до нескольких мегаом (МОм). Соответственно, чем более высокое напряжение испытывает диод, тем меньше оказываемое им сопротивление.

Номинальное напряжение. Данная характеристика светодиода напрямую зависит от его цвета, а последний параметр – от материала, выбранного для его изготовления и включения в его состав различных добавок.

Инфракрасное свечение характерно для арсенида галлия (GaAs) и арсенида алюминия галлия (AlGaAs). В этом случае при силе тока в 20 мА диапазон напряжения составляет 1,1-1,6 В, а типовое значение напряжения – 1,2 В.

Красный, оранжевый и желтый цвета диода достигаются благодаря твердым растворам арсенида-фосфида галлия (GaAsP), фосфида галлия (GaP) и фосфида алюминия-галлия-индия (AlInGaP). Диапазоны напряжения при той же силе тока 20 мА составляют:

• красного светодиода – 1,5-2,6 В;
• оранжевого светодиода – 1,7-2,8 В;
• желтого светодиода – 1,7-2,5 В.

Типовое значение напряжение всех цветов равно 2,0 В.

Зеленый светодиод получают благодаря материалам фосфида галлия (GaP) и нитрида индия-галлия (InGaN). При тех же номинальных 20 мА диапазон напряжения составит 1,7-4,0 В, а типовое значение напряжения – 2,2 В.

Голубой оттенок диода позволяют получить бинарное соединение цинка и селена – селенид цинка (ZnSe) и нитрид индия-галлия InGaN. Для этого цвета при силе тока в 20 мА диапазон напряжения определяется в рамках 3,2-4,5 В, типовое значение напряжения составляет 3,6 В.

Для получения белого света используют синие или ультрафиолетовые диоды с покрытием из люминофора либо сочетание трех светодиодов основных цветов (красный, синий, зеленый). Их параметры напряжения при силе тока в 20 мА колеблются в пределах от 2,7 до 4,3 В, типовое значение напряжения соответствует 3,6 В.

Мощность потребления светодиодов. Данный параметр необходим для выбора блока питания электроприбора, оснащенного определенным количеством светодиодов.  У каждого светодиода она индивидуальна и колеблется в диапазоне от 0,5 до 3,0 Вт.

Цветовая температура светодиода. Эта характеристика измеряется в Кельвинах (К) и имеет несколько показателей. Основное разделение представлено такими оттенками свечения:

• от 2700 К до 3500 К – теплый свет;
• 3500-5300 К – нейтральный;
• 5300-7000 К – холодное свечение.

Светоотдача и угол свечения светодиода. Яркость (интенсивность светового потока) светодиода прямо пропорциональна протекающему через него электрическому току, то есть чем напряжение будет выше, тем будет больше яркость светодиода. Единицей измерения светового потока служит люмен (лм).

Световая отдача источника света (светоотдача) – отношение излучаемого источником светового потока к потребляемой им мощности. Измеряется светоотдача в люменах на ватт (лм/Вт). Она является показателем эффективности и экономичности источников света.

Сила и угол светового потока светодиода могут варьироваться, т.к. имеют зависимость от формы и материала, выбранных для изготовления светового прибора. Однако величина угла не может превышать 120 градусов. Для увеличения угла рассеивания могут применяться специальные линзы и/или отражатели. Так, при правильном подборе подобных устройств, увеличить силу светового потока светодиода мощностью в 3 ватта возможно до 300-350 люменов.

Принцип работы и устройство ламп.

Конструкция LED лампы.

Светодиодный источник света состоит из нескольких элементов, соединенных в одном корпусе. Это цоколь, драйвер, радиатор, светодиод и светорассеивающая колба.

• Цоколь – элемент, который вкручивается в патрон люстры или другого светильника. Чаще всего для бытового применения выпускают винтовой цоколь типа Е27 и Е14. Он изготовлен из латуни с никелевым антикоррозийным покрытием. Для других нужд выпускаются источники света со штырьковым цоколем.
• Драйвер – элемент, который стабилизирует поступающее напряжение, преобразуя переменный ток в постоянный. Также он обеспечивает питание светодиода. Драйвер состоит из микросхем, импульсного трансформатора, конденсаторов. В недорогих LED изделиях драйвер может отсутствовать. Вместо него применятся простой блок питания, не обеспечивающий стабилизации тока и напряжения. Также драйвер не устанавливают в миниатюрных лампочках из-за нехватки места внутри корпуса.
• Радиатор – элемент, который отводит тепло от светодиодов и обеспечивает для них оптимальный температурный режим работы. Обычно он составляет видимую часть корпуса осветительного прибора. Радиатор может изготавливаться из различных материалов: от дорогой керамики до дешевого пластика. Алюминиевые и композитные материалы занимают среднюю нишу: они достаточно бюджетны и качественно отводят тепло.
• Рассеиватель – прозрачный «колпак», который помогает распределять свет в пространстве. Изготавливается в виде полусферы для рассеивания пучков света под широким углом. В качестве материала применяют поликарбонат или пластик. Кроме этого рассеиватель предотвращает попадание внутрь корпуса пыли и влаги. Для смягчения резкости света и уменьшения раздражающего влияния на глаза этот элемент изнутри покрывают люминофором. При этом достигается цветовая температура, аналогичная естественному освещению.
• Светодиоды – главный рабочий элемент лампы. За счет работы диода и появляется свечение.

Принцип работы светодиодных ламп основан на физических процессах в полупроводниках. Свечение появляется после прохождения электрического тока через границу соприкосновения двух полупроводников (n и p), в одном из которых должны преобладать отрицательно заряженные электроны, а в другом – положительно заряженные ионы. Стоит отметить, что данные материалы пропускают ток только в одну сторону. При его прохождении в носители заряда осуществляют рекомбинацию – электроны переходят на другой энергетический уровень. В результате появляется видимое глазу световое излучение. Кроме свечения происходит еще и выделение тепла, которое отводится от светодиода при помощи радиатора.

Схема появления оптического излучения в LED-элементе.

На заре появления светодиоды могли испускать только определенную световую волну: зеленую, красную или желтую. Поэтому LED-элементы встраивались в электрические схемы в виде индикаторов. В процессе развития микроэлектроники были найдены материалы, позволяющие получить световую волну широкого спектра. Однако полностью эта проблема не решена: в свечении светодиодных ламп преобладает или синяя длина волны или красная с желтым.  По этой причине они и делятся на холодные и теплые соответственно.

Устройство и принцип работы

Лампа ультрафиолетового света состоит из следующих частей:

• корпуса (трубки или колбы специальной формы);
• вольфрамовых электродов;
• цоколей из прочной пластмассы или стекла;
• молибденовых токоведущих нитей;
• рефлекторного и люминофорного слоёв.

Классификация УФ-ламп производится по таким признакам:

• принцип работы (открытые, закрытые, специальные);
• мощности;
• способу получения УФ-излучения (высокое или низкое давление);
• габаритам;
• способу установки (переносные, передвижные и стационарные);
• составу спектра;
• принципу образования озона (озоновые и безозоновые);
• сроку эксплуатации;
• месту установки (напольные, настенные, потолочные, настольные).

Лучшие производители

В списке производителей УФ светодиодов присутствуют практически все ведущие фирмы, но признанными лидерами в этом направлении считаются японские и китайские компании. Такое преобладание возникло потому, что производство ультрафиолетовых диодов тесно связано с разработкой и исследованиями, а ведущие лаборатории и институты сосредоточены именно в этих странах. Среди известных изготовителей УФ приборов можно назвать:

1. Honglitronic. Китайская компания, выпускающая диоды типа UVC G6060 с длиной волны 275-285 нм. Они отличаются высокой надежностью и длительным сроком службы;
2. Lumileds. Компания, основанная холдингом Hewlett Packard и Philips. Разработкой этой фирмы явился Luxeon UV U1 LED, излучающий в диапазоне 380-420 нм. Выпускается в микрокорпусе, обладает увеличенной мощностью по сравнению с прежними моделями;
3. Nikkiso Co. Ltd. Японская компания, создавшая первые светодиоды, способные генерировать излучение в диапазоне 255-350 нм. Это приборы серии Deep-UV. За создание технологии разработчики были удостоены Нобелевской премии в 2014 году.

Приведенный список нельзя назвать исчерпывающим. Разработки и производство ультрафиолетовых светодиодов ведутся во многих странах, так как подобные устройства становятся все более востребованными в разных областях техники, медицины и других направление деятельности человека.

Источники ультрафиолета

Традиционно для получения ультрафиолетового излучения использовались ртутные газоразрядные лампы, однако в настоящее время их постепенно вытесняют УФ светодиоды. Пока это касается только ближней области УФ диапазона 300…400 нм. Однако в лабораторных условиях уже получены светодиоды с длиной волны 210 нм и исследования в этой области продолжаются.

Принцип действия ультрафиолетовых светодиодов такой же, как у светоизлучающих диодов, работающих в видимой области спектра, но для их изготовления применяются такие материалы как нитриды алюминия галлия индия, а также нитрид бора.

В ближней области ультрафиолетового диапазона, граничащей с видимым светом, светодиоды уже стали достаточно дешевы, и уже несколько лет в широкой продаже можно встретить различные УФ фонари, которые излучают ультрафиолет длиной волны 365-395 нм, а также детекторы подлинности денежных банкнот и прочие световые приборы.

УФ светодиоды могут быть выполнены как в стандартных корпусах индикаторных светодиодов при малой мощности (рисунок 1), так и в корпусе «эмиттер» (рисунок 2) для мощностей 1 и 3 Вт, а также в других стандартных корпусах (рисунок 3), использующихся при производстве мощных светодиодов.

Рисунок 1

Рисунок 2

Рисунок 2

Диапазон длин волн УФ светодиодов в широком доступе обычно составляет 365…410 нм.

Электрические параметры УФ светодиодов близки к параметрам белых:

• прямое падение напряжения 3…4 В;
• номинальные рабочие токи — 20 мА (для маломощных), 350 и 700 мА и больше (для мощных).

Стандартные токи позволяют использовать стандартные источники питания при разработке и изготовлении ультрафиолетовых световых приборов.

Безопасны ли для человека

Здесь тоже нужно отделить обычные и УФ светодиодные ленты.

Сначала обычные.

• Подавляют выработку мелатонина, нужного человеку для сна. Потому не рекомендуется находиться при светодиодном освещении за несколько часов до сна (светодиоды сейчас почти во всех современных телевизорах и мониторах).
• В дешёвых светильниках (обычно китайских) высокое мерцание, оно ухудшает зрение. Дорогие аналоги такого недостатка лишены.
• Цветовая температура выше 4000 К вредна для здоровья. Следует выбирать не выше этой цифры.

Вред от именно от ультрафиолетовых светодиодных лент только один: при длительном воздействии на человека портят зрение. Но в целом они безопасны для человека. Более опасны энергосберегающие аналоги, но это тема другой статьи.

История светодиода

Первый светодиод был изготовлен в 1962 году, в Иллинойском университете, они излучали красный свет низкой интенсивности.

Отмечу, что полупроводниковый прибор диод, был известен ранее 60-х годов прошлого века. Обычный диод не излучает в видимом диапазоне. Видимое излучение начинается при определенной толщине p-n перехода диода и определенных материалах, из которых изготовлены слои p-n перехода.

светодиод

Цвет видимого излучения (длина волны) зависит от применяемого в диоде материала полупроводника. На фото видим красный светодиод.

До 90-х годов, светодиоды не находили применение в технологиях освещения, свет был тусклым и не годным для освещения. Только в 90-х годах, был изготовлен сверхяркий синий световой диод, годный для технологий освещения.

Примечательно, нет светодиодов излучающих белый свет. Чтобы добиться белого светодиодного излучения используется следующие технологии:

1. В паре с цветным светодиодом используется линза, на которую наносят различное люминофорное покрытие. Нанося на линзу голубого светодиода, желтое люминофорное покрытие, получаем белый свет светодиода.
2. Второй способ получить белый свет от светодиода, называется RGB. Смысл очень прост. На единой плате размещаются красные, зеленые, синие светодиоды. Именно по этому, эту технологию называют Red-Green-Blue (RGB). Смешивание этих излучений на линзе светодиода, дает монохромный белый свет. Недостаток RGB метода, слабая цветопередача (индекс CRI).
3. На диод, излучающий невидимое ультрафиолетовое излучение, наносят цветное люминофорное покрытие, получают свет различного цвета.

Принцип действия

Ультрафиолетовое излучение — невоспринимаемая человеческим глазом коротковолновая часть солнечного спектра, занимающая диапазон между видимым излучением и рентгеновским, но ниже предельной границы. Несмотря на схожий со всеми остальными группами светодиодов принцип работы, здесь за излучение отвечают специальные присадки, применяемые при изготовлении:

• AlxGa1-xAs алюминия галлия арсенид;
• GaN нитрид галлия – бинарное соединение галлия и азота;
• AlN алюмонитрид;
• InN индия – бинарное соединение металла индия и азота.

УФ светодиоды настроены на ближнюю область ультрафиолетового диапазона и излучают в диапазоне длин волн 100-400 нм (фиолетовый цвет).

ВИДЕО: UV Ультрафиолет невидимое – видимо

Осветительные LED

Эти светодиоды применяются при освещении помещений и улиц в составе фонарей, автомобильных фар, светодиодных лент и т.д. В связи с этим обладают большой мощностью, высокой интенсивностью излучения, и выпускаются только в белом цвете в корпусах для поверхностного монтажа.

Обычно производятся две разновидности, различающиеся цветовой температурой: cool white (холодный белый) и warm white (теплый белый).

Поскольку кристаллов, излучающих белый свет, в природе не существует, при производстве осветительных светодиодов прибегают к различным технологиям смешения трех базовых цветов (RGB). От способа их сложения зависит цветовая температура получаемого белого света.

Одним из способов получения белого свечения является покрытие излучающего кристалла тремя слоями люминофора, причем каждый слой отвечает за свой базовый цвет. Другой метод состоит в нанесении двух слоев люминофора на кристалл голубого цвета.

Осветительные SMD LED

Большинство осветительных светодиодов также выпускаются в корпусах SMD. В отличие от индикаторных, характеризуются большей мощностью и производятся только в белом цвете.

Основная область применения SMD – светодиодные ленты и лампы, переносные фонари, фары автотранспорта. При этом они дают довольно направленное излучение (порядка 100⁰-130⁰), поэтому при освещении больших территорий приходится использовать большое количество этих LED для равномерной засветки площади.

Конструктивно осветительные SMD представляют собой покрытый люминофором излучающий кристалл на теплоотводящей подложке, обычно медной или алюминиевой. Встречаются как разновидности с линзой, так и без нее.

COB светодиоды

Большое распространение получили светодиоды типа COB (Chip On Board, чип на плате). По сути, это интеграция большого количества (обычно несколько десятков) кристаллов SMD в одном корпусе, которые потом покрываются люминофором.

На картинке вверху показаны для сравнения Cree SMD 5050 (слева) и COB – матрица из 36 чипов (справа).

COB используются только для освещения. Их световой поток на порядок больше, чем у одиночных SMD. Однако следует учесть, что эти светодиоды не подойдут для создания узконаправленного излучения ввиду большого угла рассеяния светового потока. При этом создать абсолютно ненаправленное излучение тоже не получится – угол рассеяния светодиодов менее 180⁰.

Filament LED

Этот тип светодиодов также используется пока только для освещения. Широкое распространение получили в качестве декоративной подсветки помещений. Спектр свечения, в отличие от SMD и COB, гораздо приятнее человеческому глазу и напоминает свет лампы накаливания. При этом сохраняются все присущие LED достоинства: низкое энергопотребление и долгий срок службы.

В этом ролике демонстрируется сравнение декоративной лампы накаливания мощностью 40 Вт и лампы Filament на 4 Вт:

Здесь видно, что при мощности в 10 раз меньше, световой поток, отдаваемый лампой Filament, в 3-4 раза больше.

В то же время КПД Filament даже выше, чем у тех же SMD, — при одинаковой мощности первые позволяют получить большую освещенность. Это достигается за счет технологии COG (Chip On Glass, чип на стекле), при которой светоизлучающие кристаллы устанавливаются на стеклянную подложку, а затем покрываются люминофором.

Сама подложка имеет цилиндрическую форму, что позволяет получить угол рассеяния светового потока 360⁰. То есть такие LED очень хороши при создании ненаправленного излучения.