Ce este un LED - o descriere detaliată a caracteristicilor și tipurilor

LED-urile sunt peste tot: în case, mașini, telefoane. Cu ajutorul lor, se asigură iluminarea puternică a ecranelor gadget, se produc surse economice de iluminare. Acum sunt surse indispensabile de lumină. Luați în considerare dispozitivul și caracteristicile tehnice ale principalelor tipuri de LED-uri.

Ce este un LED

Un LED (din engleză Light Emitting Diode, sau LED) este o sursă electrică solidă de lumină artificială realizată din materiale semiconductoare p și n-conductivitate. Folosind mai multe tehnologii - depunerea prin masti, gravura, depunerea epitaxiala etc., se obtine o jonctiune p-n.

Într-un material semiconductor de tip p, purtătorii de curent sunt „găuri” - atomi ai unui cristal semiconductor, în care, prin dopare cu metale speciale, creează o lipsă de electroni. În materialele n, purtătorii sunt electroni în exces în cristal.

„Gaura” este practic nemișcată. Are o sarcină pozitivă egală cu sarcina unui electron. Electronul, „sărind” de pe orbita exterioară a unui atom pe orbita exterioară a celui vecin, mișcă „gaura” în direcția opusă.

Principiul de funcționare sau ceea ce strălucește în LED

Prin conectarea unei tensiuni constante de o anumită magnitudine și polaritate la joncțiunea p-n, acestea provoacă un curent electric în joncțiune sub forma unui contra-flux de purtători de sarcină electrică - „găuri” - „particule” pozitive și electroni - negativi. Când aceste fluxuri se întâlnesc într-o joncțiune p-n, ele se recombină sau fuzionează. Un electron liber cu energie crescută intră în „gaura” și dispare.

Schema LED-ului.

În dreapta este partea n-semiconductoră a cristalului, „îmbogățită” cu electroni liberi, în stânga este partea p-semiconductoră cu „particule” pozitive - „găuri”.

Energia este eliberată sub formă de cuante de lumină. Sunt emise, adică. emisă de la capătul cristalului. Fluxul cuantelor lovește reflectorul. Suprafața sa lustruită reflectă lumina în direcția corectă. O configurație specială a suprafeței formează modelul direcțional necesar al fluxului luminos.

Schema de obținere a luminii într-o joncțiune p-n.

Tensiunea pentru alimentarea tranziției este aplicată „+” - anodului diodei și „-” - catodului.

Proiecta

Dispozitivul LED-ului într-o secțiune verticală.

Substratul de îndepărtare a căldurii este reprezentat în liliac. Trapeze gri - secțiuni ale unui reflector-reflector reflectorizant de configurație inelară din aluminiu.În centrul albastru se află un cristal-cip LED cu fire de aur sau argint conectate lipite la bornele anodului și catodic.

Tipuri de LED-uri

LED-urile sunt dispozitive destul de „tinere”. Clasificarea lor finală nu a fost încă dezvoltată. Prin urmare, mulți producători cunoscuți folosesc propriile sisteme de subdiviziune.

Potrivit unuia dintre ele, LED-urile sunt grupate în funcție de scopul lor, după cum urmează:

1. Indicator.
2. Iluminat.

Indicatorii din grupul lor sunt împărțiți în următoarele tipuri.

Diode DIP

Abrevierea este derivată de la Dual In-line Package sau „duble in-line placement”. De obicei carcasele sunt cilindri, dar există și paralelipipede. La capătul inferior există cabluri axiale de sârmă paralele cu axa principală de simetrie a corpului. Ieșirea catodului este mai scurtă decât anodul.

Vedere a LED-ului DIP deasupra PCB-ului, lipirea în găurile metalizate este vizibilă.

Împărțirea în tipuri - în funcție de diametrul carcasei și a lentilei de la capătul superior. Diametre de la 2-3 la 20 mm și mai mult. Culoare strălucitoare - orice, mai multe nuanțe de alb.

Unul dintre tipuri - intermitent în 2 culori, are 3 ieșiri.

Pălărie de paie

Traducerea literală este o pălărie de paie sau bryl. Aplicarea la LED-uri – corpul este ca o pălărie cu vârful rotunjit.

O variantă a LED-ului DIP numită Straw Hat sau Straw Hat.

Sunt vizibile cabluri de diferite lungimi, cel scurt este catodul. Limitatoarele de înălțime de instalare sunt, de asemenea, vizibile. Sub lentilă se află un cristal cu un fosfor galben.

Super Flux Piranha

Traducere directă - superflow. Piranha - traducere în rusă - piranha. Numele LED-ului s-a datorat particularităților cablurilor metalice sub formă de benzi înguste. Pentru a simplifica instalarea în găurile plăcii de circuit imprimat, colțurile au fost tăiate la capetele știfturilor în timpul ștampilării. Așa s-au dovedit „dinții” ascuțiți ai unui pește răpitor.

La ieșire, „umeri” sunt ștampilați - limitatoare care stabilesc înălțimea carcasei deasupra plăcii. Așa că a fost deschisă carcasa pentru răcirea cu aer de jos. Cristalele pentru răcirea pasivă au fost plasate pe capetele superioare ale cablurilor.

Prin plasarea a 2 sau 3 chips-uri în carcasă, au crescut fluxul de lumină. Și dioda a căzut în grupul celor super-luminoase.

LED tip "piranha" in carcasa transparenta.

Se poate vedea un cristal „acoperit” de o lentilă și forme înguste ale înălțimii instalării.

smd

Abrevierea pentru Surface Mounted Device, tradusă din engleză - un dispozitiv instalat pe suprafață. Arată ca niște carcase dreptunghiulare din plastic sau ceramică. Concluzii - de dedesubt și pe lateralul carcasei sub formă de tampoane.

Cel mai adesea - iluminare, dar la putere scăzută pot fi și indicatori. Puteri de la mW (miliwatt) la W. Strălucirea este orice culoare sau nuanță de lumină albă.

Citeste si: Caracteristicile LED-urilor SMD

OLED

Pe lângă LED-urile cu stare solidă pe bază de metale semiconductoare - siliciu, germaniu, arseniură de galiu etc., există un grup de LED-uri pe filme de compuși organici. Ele se numesc LED-uri organice sau OLED - Organic Light Emitting Diode.

De asemenea, ca și diodele semiconductoare, emit lumină, dar nu cu o structură solidă, ci cu pelicule subțiri. În timp ce aplicația principală se găsește în dezvoltarea ecranelor cu o singură culoare. Dezavantajele existente ale filmelor OLED color sunt timpii diferiți de funcționare pentru filme de diferite culori strălucitoare. Cel puțin, aceasta este de aproximativ 12-15 mii de ore.

După îmbunătățire, astfel de LED-uri vor fi utilizate pe scară largă în telefoanele mobile, navigatoarele GPS pentru mașini și nave, în obiectivele de noapte și dispozitivele pentru vânătoare și împușcături nocturne etc.

Revizuire video: comparație între QLED, OLED și LCD (IPS).

Filament

În 2012-2013Au apărut LED-uri neobișnuite, pe care le-au numit Filament. De fapt, acestea sunt matrice COB sub formă de cilindri lungi cu un diametru de 2-3 și o lungime de 15-30 mm. Pe un cilindru de sticlă sau de safir se lipesc 28-30 de cristale albastre intercalate cu câteva roșii. Sunt conectate în lanțuri în serie și, după verificarea funcționalității, sunt umplute cu un fosfor galben.

Această tehnologie pentru fabricarea modulelor de filament se numește Chip-On-Glass sau COG.

Matricele COG gata făcute sunt plasate pe fitingurile lămpilor incandescente convenționale, instalate în bază și plasate într-un balon de sticlă sau plastic. Pentru a răci LED-urile, balonul este umplut cu heliu.

Puterea lămpii - de la 2-3 la 10-12 wați. Fluxul luminos corespunde eficienței luminoase a LED-urilor convenționale de 80-100 lm/W.

Rezultatul este o lampă cu incandescentă LED retrofit. Lampa este adesea denumită în mod incorect lampă cu incandescență LED.

Termenul retrofit vine din engleză. retrofit - modernizare sau modificare. Acestea sunt surse de lumină noi în carcase cu dimensiuni tradiționale.

Lampă LED cu filament într-un bec „bil”.

Lampă cu filament de mare putere într-un bec alungit.

Cifrele de mai sus sunt diferite ca putere și producători lămpi LED cu filament. Într-un balon de sticlă cu bază E27, modulele COL de filament sunt fixate de fitingurile de filament.

Un fel de stea PCB

Abrevierea pentru LED-uri de acest tip este derivată din expresia engleză Printed Circuit Board. Traducerea lui este placa de circuit imprimat.

Placă de diode tip stea PCB.

Placă de diode tip stea PCB. Producătorul este compania americană CREE, model de diodă XML. Dreptunghiul galben este matricea COB a diodei de putere.

Placa este realizată dintr-un metal care conduce bine căldura, cum ar fi aluminiul. Configurația plăcii este o stea cu 6 raze.Matricea de LED-uri COB este montată din fabrică în centrul bordului steagului. Placa este vopsită în negru pentru a spori disiparea pasivă a căldurii pe care o generează un dispozitiv puternic de lucru care emite lumină.

LED-uri puternice de tip stea PCB.

6 „stele” în stânga - diode de diferite puteri și nuanțe de lumină albă. Cele două de jos sunt elemente mai puternice, cu cercuri mari de fosfor galben. În dreapta este o coloană din 4 bucăți. – diode pentru montare plană pe suprafața pad-urilor de pe o placă de circuit imprimat.

Desen dimensional al unui LED plan puternic pe o bordură.

Desen dimensional al unui LED plan puternic pe o bordură. Înălțimea structurii este de 6,6 mm, diametrul corpului diodei cu fire plane este de 8 mm, dimensiunea plăcii Star este de 22 mm.

LED COB Matrix

Dacă câteva zeci de cristale semiconductoare albastre sunt lipite cu adeziv dielectric pe un substrat termoconductor din safir artificial sau cristal de siliciu, conectate prin conductori în grupuri serie-paralele și umplute cu un fosfor galben deasupra, obținem un modul LED. aceasta matrice COB. Abrevierea este derivată din expresia engleză Chip-On-Board. Este tradus ca „cristale pe tablă”.

LED-uri rotunde COB-matrice umplute cu fosfor galben. De-a lungul „jantei” există plăcuțe de contact maro pentru conectarea circuitelor de alimentare și/sau de control.

Matricele COB folosesc cipuri LED fără pachete fără substraturi. Cazarea este extrem de strâmtă. Această tehnologie produce o parte semnificativă a LED-urilor de mare putere, inclusiv sute de cristale. Un radiator bun răcit cu ventilator, uneori folosind conducte de căldură, vă permite să obțineți o putere de 150-200 W sau mai mult într-un singur caz.Matricea asigură un flux direcțional cu un unghi de împrăștiere de 100-150 de grade la un nivel de 0,7 față de maximul de radiație.

Clasificarea tipului

Tipurile de LED-uri includ:

• LED-uri unice pe un singur cip de mare putere (COB-matrix);
• pereche de LED-uri într-un singur pachet - diode indicator care clipesc alternativ în două culori, de exemplu, roșu și galben;
• triplete sau triade de emițători de trei culori primare - roșu, verde și albastru sau RGB: Roșu - Roșu, Verde - Verde, Albastru - Albastru.

LED cu trei cipuri în pachet SMD pentru montare pe suprafață PCB.

Dacă într-un LED cu trei cristale există cristale de aceeași culoare strălucitoare, avem un LED super-luminos. Cu diferite culori de lumină cristalină, obținem o triada RGB sau un dispozitiv de emițăre de lumină controlat multicolor.

SMD este o abreviere pentru expresia engleză Surface Mounted Device, un dispozitiv de montare pe suprafață. Folosit pentru a automatiza plasarea și lipirea componentelor electronice pe plăci de circuite imprimate, incl. si LED-uri. Folosit în benzi, rigle, module și plăci de circuite imprimate convenționale.

Culorile principale includ și o pereche de culori YB - Galben, galben și Albastru, albastru. Există și alte combinații de culori care dau alb atunci când sunt amestecate.

LED-uri COB puternice

Modelele mari au orificii de montare in colturile carcasei. Modelele mai mici sunt lipite pe placa de circuit imprimat.

Pe lângă caracteristicile obișnuite ale LED-urilor, modelele puternice adaugă câțiva parametri suplimentari:

• puterea nominală, W;
• dimensiunea cipului, mm;
• curentul nominal de operare al cristalului sau al matricei;
• durata de viață asociată standardelor L 70, L80 etc.

LED-uri de putere redusă

În ceea ce privește consumul de energie, acestea sunt LED-uri de la 0,05 la 0,5 W, curent de funcționare - 20-60 mA (putere medie - 0,5-3 W, curent 0,1-0,7 A, mare - mai mult de 3 W, curent 1 A și mai mult) .

Din punct de vedere structural, LED-urile de putere redusă includ mai multe grupuri de emițători de lumină LED:

• LED-urile din carcasele SMD sunt obișnuite și super-luminoase;
• Diode DIP în carcase cilindrice - pentru montarea în orificiile plăcilor cu circuite imprimate;
• in carcase de tip piranha - pentru montare in gauri.

LED-uri de putere redusă în diferite pachete.

În imagine, LED-urile de sus în jos:

1. În pachete cilindrice DIP - cu fire flexibile pentru lipire în găurile plăcii.
2. În cazurile de tip piranha, sunt și Superflux, lipindu-se prin găuri.
3. În cazurile cu cabluri plane pentru montarea pe plăci de contact ale plăcilor de circuite imprimate cu una și două fețe sau în „godeuri” plăcilor multistrat.

Caracteristicile LED-urilor

LED-urile sunt descrise de mulți parametri. Cele mai importante dintre ele:

• intensitatea luminii si eficienta energetica - Lm si Lm/W;
• unghiul de divergență al fluxului luminos la niveluri de 0,5 sau 0,7, grade - pentru cele obișnuite de la 120 la 140 de grade, pentru modelele cu indicator - de la 15 la 45 de grade;
• puterea consumată în timpul funcționării, W - mic - până la 0,5, mediu - 0,5-3, mare - mai mult de 3;
• curent de funcționare prin diodă, mA sau A;
• culoare sau nuanță de lumină albă Temperatura colorată, grade Kelvin, K - de la 2000-2500 K - alb cald și până la 6500-9500 K - alb rece.

Există și alte caracteristici, dar sunt folosite mai rar. De exemplu, caracteristica curent-tensiune, caracteristica I-V a unui LED este o curbă a curentului printr-o joncțiune față de tensiunea de funcționare aplicată acesteia. Este utilizat în calculele electrice ale modului de funcționare LED.

Dimensiuni

Dimensiunile LED-ului sunt determinate de dimensiunile carcasei acestuia.Pentru carcase SMD - lungime, lățime, grosime. Primele două valori sunt încorporate în denumire, de exemplu, SMD2835, unde două perechi de numere au 2,8 mm - lățime și 3,5 mm - lungime. Grosimea carcasei trebuie luată din descrierea sau pașaportul pentru diodă.

Dimensiuni SMD3528 și SMD2835. În dreapta jos, un colț gri este o cheie care denotă catodul.

Pentru diodele DIP cilindrice, caracteristicile importante sunt diametrul carcasei și înălțimea acesteia cu o lentilă. În acest caz, este necesar să se țină cont de lungimea cablurilor de sârmă și de recomandările producătorului pentru îndoirea lor înainte de instalare.

Lungime de undă

O astfel de caracteristică a LED-urilor precum lungimea de undă este folosită foarte rar. Adesea numită culoarea strălucirii.

Lungimea de undă a strălucirii diodei este măsurată în nanometri - nm. Nu este întotdeauna indicat în datele pașaportului produsului.

Denumirea și marcarea culorii

Fiecare producător are propriul său marcaj de LED-uri. De exemplu, în denumirea LED-ului - LED-WW-SMD5050, elementele sale alfabetice și numerice sunt decodificate:

• LED - LED;
• WW - culoare strălucitoare Alb cald - alb cald 2700-3500 K;
• SMD - pachet de montare la suprafață;
• 5050 - dimensiunile corpului în zecimi de milimetru - 5,0 × 5,0.

Variante de abrevieri pentru nuanțe de lumină albă:

• DW - Day White - zi alba (4000-5000 K);
• W - Alb, alb pur (6000-8000 K);
• CW sau WC - Alb rece - alb rece (8000-10 000 K);
• WSC - White Super Cool - alb super rece, temperatura de culoare 15.000 K cu o nuanță albăstruie caracteristică;
• NW - alb neutru - alb neutru - 5000 K.

Există și alte denumiri pentru LED-uri și culori, sistemul nu a fost încă pe deplin standardizat, astfel încât producătorii folosesc diferite valori numerice și nume pentru nuanțe de lumină albă.

Imagine grafică și alfabetică pe diagramă

Anodul, cunoscut și sub numele de plus al LED-ului, este prezentat ca un triunghi pe circuitele electrice. Catod (minus) - o liniuță transversală.

Aspectul LED-ului AL307 și desemnarea acestuia în desene și diagrame.

O abreviere folosită în mod obișnuit este abrevierea latină HL.

Tabelul tensiunilor LED

Pentru ca LED-ul să ofere în timpul funcționării toate caracteristicile specificate de tehnologia sa de proiectare și fabricație, acesta trebuie să fie prevăzut cu o sursă de alimentare calculată. De exemplu, aplicați o tensiune anodului și catodului său, care va fi puțin mai mare decât tensiunea continuă a joncțiunii p-n. Tensiunea în exces ar trebui să fie „stinsă” în serie rezistenta inclusa. Rezistorul se numește rezistor limitator de curent. Acesta servește la prevenirea excesului de curent prin joncțiunea p-n.

LED-ul are două fire de contact - anodul și catodul, catodul este mai scurt decât anodul. Dacă lungimea este aceeași, atunci defini Le puteți folosi cu o baterie pentru degete. Dacă există lumină, atunci ai un anod în fața ta.

Masa. Tensiunea directă a joncțiunii p-n a LED-ului colorat.

Citeste si: Cum să afli câți volți un LED

Aplicarea LED-urilor

Domeniul de aplicare al LED-urilor este în continuă extindere. Inițial, acestea au fost folosite ca indicatoare luminoase în circuitele pentru pornirea sau operarea echipamentelor electronice.De exemplu, pornirea emițătorului, trecerea la putere crescută sau redusă etc. Ar putea remedia activarea automată, de exemplu, atunci când apare un semnal de apel sau pentru a atrage atenția. S-au folosit LED-uri intermitente sau cu o singură culoare - roșu, galben, verde, albastru.

LED-urile DIP super-luminoase de dimensiuni mici au fost conectate în lanțuri serie-paralele și alimentate direct dintr-o rețea de 220 V. Prin plasarea unor astfel de grupuri de serie de diode într-un tub PVC flexibil transparent și umplerea lor cu un etanșant transparent, am obținut "neon flexibil„- un garou luminos”. Poate fi așezat de-a lungul piscinei, bordura căii, poate decora acoperișul casei sau un copac din grădină.

Folosind neon flexibil.

Apariția plăcilor flexibile multistrat și a pachetelor SMD pentru montarea la suprafață a condus la crearea unor plăci flexibile. Benzi LED.

Inițial, acestea au fost mijloace de decorare interioară decorativă. O creștere a puterii diodelor SMD și a densității plasării lor pe placă a făcut posibilă începerea utilizării benzilor LED, mai întâi pentru iluminatul auxiliar și apoi pentru iluminatul principal. O creștere a gradului de protecție împotriva prafului și umezelii benzilor a dus la utilizarea acestora pentru iluminatul decorativ, iar apoi pentru iluminatul principal în condiții de stradă.

În același timp, lămpile cu LED-uri erau dezvoltate pentru a înlocui lămpile cu incandescență în lămpi - aplice, candelabre și lămpi de masă. Au apărut lămpile de modernizare - analogi completi ai lămpilor incandescente și a tuburilor fluorescente în ceea ce privește forma, dimensiunea becului și tensiunea de alimentare. Înlocuirea treptată a lămpilor incandescente cu LED-uri a început. În același timp, producția de LN a fost oprită - la început 100 W sau mai mult, apoi 75, 60 etc.

Dezvoltarea unor LED-uri unice puternice, în special în pachetul Emitter sau PCB Star, a contribuit la apariția lanternelor cu baterie încorporată. Luminozitatea și durata strălucirii după un ciclu de încărcare au fost de câteva ori mai mari decât modelele anterioare.

Controlabilitatea excelentă a LED-urilor prin mijloace electronice - controlere și variatoare - dimmer-uri, au permis utilizarea unor spoturi puternice în iluminarea dinamică luminoasă a străzilor și piețelor orașelor și orașelor din orice regiune a țării.

Aplicare în iluminarea decorativă a clădirilor.

Tip bandă LED RGB, RGBW și RGBWW a făcut posibil nu numai obținerea de fluxuri puternice de lumină albă, ci și schimbarea nuanței sale albe într-o gamă largă de la gălbui cald la albăstrui și albastru rece.

Controlabilitatea noilor surse de lumină face posibilă utilizarea lor pe scară largă în publicitatea iluminată - „linii târâtoare”, afișaje luminoase, ecrane de informații etc. Utilizați aceste surse de lumină colorate și albe în reclamele de fațadă și pe acoperișuri - litere și desene plate și tridimensionale, nume de mărci, imagini de mărci înregistrate și multe altele.

Și toate aceste modele funcționează mult mai mult decât omologii lor pe lămpi convenționale, nefiind aproape deloc întreținere și consumând de multe ori mai puțină energie electrică. Caracteristicile tehnice ale LED-urilor și echipamentelor de iluminat sunt în continuă creștere. Costul LED-urilor scade, iar aplicația se extinde.