Što je LED - detaljan opis karakteristika i vrsta

LED diode su posvuda: u kućama, automobilima, telefonima. Uz njihovu pomoć osigurava se svijetlo osvjetljenje zaslona gadgeta, proizvode se ekonomični izvori rasvjete. Sada su nezamjenjivi izvori svjetlosti. Razmotrite uređaj i tehničke karakteristike glavnih vrsta LED dioda.

Što je LED

LED (od engleskog Light Emitting Diode, ili LED) je čvrsti električni izvor umjetne svjetlosti izrađen od p- i n-vodljivosti poluvodičkih materijala. Koristeći nekoliko tehnologija - taloženje kroz maske, jetkanje, epitaksijalno taloženje itd., dobiva se p-n spoj.

U poluvodičkom materijalu p-tipa nosioci struje su "rupe" - atomi poluvodičkog kristala, u kojima dopiranjem posebnim metalima stvaraju manjak elektrona. U n-materijalima, nosači su višak elektrona u kristalu.

"Rupa" je praktički nepomična. Ima pozitivan naboj jednak naboju elektrona. Elektron, "skačući" s vanjske orbite jednog atoma na vanjsku orbitu susjednog, pomiče "rupu" u suprotnom smjeru.

Princip rada ili ono što svijetli u LED-u

Spajanjem konstantnog napona određene veličine i polariteta na p-n spoj izazivaju električnu struju u spoju u obliku protutoka nositelja električnog naboja - "rupa" - pozitivnih "čestica" i elektrona - negativnog. Kada se ti tokovi sretnu u p-n spoju, oni se rekombiniraju ili spajaju. Slobodni elektron s povećanom energijom ulazi u "rupu" i nestaje.

Shema LED-a.

Desno je n-poluvodički dio kristala, "obogaćen" slobodnim elektronima, lijevo p-poluvodički dio s pozitivnim "česticama" - "rupama".

Energija se oslobađa u obliku svjetlosnih kvanta. Oni se emitiraju, t.j. emitirana s kraja kristala. Tok kvanta pogađa reflektor. Njegova polirana površina reflektira svjetlost u pravom smjeru. Posebna konfiguracija površine tvori traženi smjerni uzorak svjetlosnog toka.

Shema za dobivanje svjetlosti u p-n spoju.

Napon za napajanje prijelaza primjenjuje se "+" - na anodu diode, a "-" - na katodu.

Oblikovati

Uređaj LED u okomitom dijelu.

Podloga koja uklanja toplinu prikazana je lila. Sivi trapezi - dijelovi reflektora-reflektora prstenaste konfiguracije izrađeni od aluminija.U plavom središtu nalazi se LED čip-kristal sa spojenim zlatnim ili srebrnim žicama zalemljenim na terminale anode i katode.

Vrste LED dioda

LED diode su prilično "mladi" uređaji. Njihova konačna klasifikacija još nije razvijena. Stoga mnogi poznati proizvođači koriste vlastite sustave podjela.

Prema jednom od njih, LED diode su grupirane prema namjeni kako slijedi:

1. Indikator.
2. Rasvjeta.

Pokazatelji u svojoj skupini podijeljeni su u sljedeće vrste.

DIP diode

Kratica je izvedena iz Dual In-line Package ili "double in-line placement". Obično su kućišta cilindri, ali postoje i paralelepipedi. Na donjem kraju nalaze se žičani aksijalni vodovi paralelni s glavnom osi simetrije tijela. Izlaz katode je kraći od anode.

Pogled na DIP LED iznad PCB-a, vidljivo je lemljenje u metalizirane rupe.

Podjela na vrste - prema promjeru kućišta i leće na gornjem kraju. Promjeri od 2-3 do 20 mm i više. Boja sjaja - bilo koja, nekoliko nijansi bijele boje.

Jedna od vrsta - treperi u 2 boje, ima 3 izlaza.

Slamnati šešir

Doslovni prijevod je slamnati šešir ili bryl. Primjena na LED diode – tijelo je poput šešira sa zaobljenim vrhom.

Varijanta DIP LED-a nazvana slamnati šešir ili slamnati šešir.

Vidljivi su vodovi različitih duljina, kratki je katoda. Vidljivi su i limitatori visine ugradnje. Ispod leće je kristal sa žutim fosforom.

Super Flux Piranha

Izravan prijevod - superflow. Piranha - prijevod na ruski - piranha. Ime LED diode nastalo je zbog osobitosti metalnih vodova u obliku uskih traka. Kako bi se pojednostavila ugradnja u rupe tiskane ploče, kutovi su odrezani na krajevima igala tijekom žigosanja. Tako su ispali oštri "zubi" grabežljive ribe.

Na izlazu su utisnuta "ramena" - limiteri koji postavljaju visinu kućišta iznad ploče. Tako je kućište otvoreno za hlađenje zrakom odozdo. Na gornje krajeve izvoda postavljeni su kristali za pasivno hlađenje.

Postavljanjem 2 ili 3 čipa u kućište povećali su protok svjetlosti. I dioda je upala u skupinu supersvijetlih.

LED tip "pirane" u prozirnom kućištu.

Vidi se kristal “prekriven” lećom i suženi provodnici-oblikivači visine ugradnje.

smd

Skraćenica za Surface Mounted Device, u prijevodu s engleskog - uređaj instaliran na površini. Izgledaju kao pravokutna kućišta od plastike ili keramike. Zaključci - odozdo i sa strane kućišta u obliku jastučića.

Najčešće - osvjetljenje, ali pri maloj snazi ​​mogu biti i indikatori. Snage od mW (miliwatt) do W. Sjaj je bilo koja boja ili nijansa bijelog svjetla.

Pročitajte također: Karakteristike SMD LED dioda

OLED

Osim LED dioda u čvrstom stanju na bazi poluvodičkih metala - silicija, germanija, galij arsenida itd., postoji skupina LED dioda na filmovima organskih spojeva. Zovu se organske ili OLED LED diode - Organic Light Emitting Diode.

Oni također, poput poluvodičkih dioda, emitiraju svjetlost, ali ne s čvrstom strukturom, već s tankim filmovima. Dok se glavna primjena nalazi u razvoju jednobojnih zaslona. Postojeći nedostaci OLED filmova u boji su različito vrijeme rada za filmove različitih boja sjaja. Minimalno, to je oko 12-15 tisuća sati.

Nakon poboljšanja, takve će se LED diode naširoko koristiti u mobitelima, automobilskim i brodskim GPS navigatorima, u noćnim nišanima i uređajima za noćni lov i streljaštvo itd.

Video pregled: usporedba QLED, OLED i LCD (IPS).

Filament

U 2012-2013pojavile su se neobične LED diode koje su nazvali Filament. Zapravo, to su COB matrice u obliku dugih cilindara promjera 2-3 i duljine 15-30 mm. Na stakleni ili safirni cilindar zalijepljeno je 28-30 plavih kristala prošaranih s nekoliko crvenih. Spojeni su u serijskim lancima, a nakon provjere ispravnosti ispunjeni su žutim fosforom.

Ova tehnologija za proizvodnju modula filamenta naziva se Chip-On-Glass ili COG.

Gotove COG-matrice postavljaju se na armature konvencionalnih žarulja sa žarnom niti, ugrađuju se u postolje i stavljaju u staklenu ili plastičnu tikvicu. Za hlađenje LED dioda, tikvica se puni helijem.

Snaga svjetiljke - od 2-3 do 10-12 vata. Svjetlosni tok odgovara svjetlosnoj učinkovitosti konvencionalnih LED dioda od 80-100 lm/W.

Rezultat je LED retrofit žarulja sa žarnom niti. Svjetiljka se često pogrešno naziva LED žarulja sa žarnom niti.

Izraz retrofit dolazi iz engleskog. retrofit - modernizacija ili modifikacija. To su novi izvori svjetlosti u kućištima tradicionalnih dimenzija.

LED žarulja sa žarnom niti u žarulji "kuglica".

Lampa sa žarnom niti velike snage u izduženoj žarulji.

Gore navedene brojke razlikuju se po snazi ​​i proizvođačima LED žarulje sa žarnom niti. U staklenoj tikvici s bazom E27, moduli COL sa žarnom niti pričvršćeni su na spojnice sa žarnom niti.

Vrsta PCB zvijezde

Skraćenica za LED diode ove vrste izvedena je iz engleske fraze Printed Circuit Board. Njegov prijevod je tiskana ploča.

Diodna ploča tipa PCB Star.

Diodna ploča tipa PCB Star. Proizvođač je američka tvrtka CREE, XML diode model. Žuti pravokutnik je COB matrica energetske diode.

Ploča je izrađena od metala koji dobro provodi toplinu, kao što je aluminij. Konfiguracija ploče je zvijezda sa 6 zraka.COB LED niz tvornički je montiran u sredini zvjezdane ploče. Ploča je obojena u crno kako bi se poboljšalo pasivno rasipanje topline koje stvara snažan radni uređaj za emitiranje svjetla.

Snažne LED diode tipa PCB Star.

6 "zvijezda" lijevo - diode različite snage i nijansi bijelog svjetla. Donja dva su snažnija elementa s velikim krugovima žutog fosfora. S desne strane je stupac od 4 komada. – diode za planarnu montažu na površinu jastučića na tiskanoj pločici.

Dimenzionalni crtež moćne planarne LED diode na zvjezdanoj ploči.

Dimenzionalni crtež moćne planarne LED diode na zvjezdanoj ploči. Visina strukture je 6,6 mm, promjer tijela diode s ravnim vodovima je 8 mm, veličina Star ploče je 22 mm.

LED COB matrica

Ako se nekoliko desetaka plavih poluvodičkih kristala zalijepi dielektričnim ljepilom na toplinski vodljivu podlogu od umjetnog safira ili silicijevog kristala, spojenih vodičima u serijsko-paralelne skupine i na vrhu ispunjenih žutim fosforom, dobivamo LED modul. to COB matrica. Skraćenica je izvedena iz engleske fraze Chip-On-Board. Prevedeno je kao "kristali na ploči".

LED okrugla COB-matrica punjena žutim fosforom. Duž "obruča" nalaze se smeđe kontaktne pločice za spajanje napojnih i/ili upravljačkih krugova.

COB matrice koriste LED čipove bez pakiranja bez supstrata. Smještaj je izuzetno tijesan. Ova tehnologija proizvodi značajan dio LED dioda velike snage, uključujući stotine kristala. Dobar hladnjak hlađen ventilatorom, koji ponekad koristi toplinske cijevi, omogućuje postizanje snage od 150-200 W ili više u jednom slučaju.Matrica osigurava usmjereni tok s kutom raspršenja od 100-150 stupnjeva na razini od 0,7 od maksimuma zračenja.

Klasifikacija vrsta

Vrste LED dioda uključuju:

• pojedinačne LED diode na jednom čipu velike snage (COB-matrica);
• par LED dioda u jednom paketu - indikatorske diode koje naizmjenično trepere u dvije boje, na primjer, crvena i žuta;
• trojke ili trijade emitera tri primarne boje - crvena, zelena i plava ili RGB: crveno - crveno, zeleno - zeleno, plavo - plavo.

LED s tri čipa u SMD paketu za površinsku montažu na PCB.

Ako se u tri-kristalnoj LED diodi nalaze kristali iste boje sjaja, imamo super-svijetlu LED. S različitim bojama kristalnog svjetla, dobivamo RGB trijadu ili višebojni kontrolirani uređaj za emitiranje svjetlosti.

SMD je kratica za engleski izraz Surface Mounted Device, uređaj za površinsku montažu. Koristi se za automatizaciju postavljanja i lemljenja elektroničkih komponenti na tiskane ploče, uklj. i LED diode. Koristi se u trakama, ravnalima, modulima i konvencionalnim tiskanim pločama.

Glavne boje također uključuju par YB boja - žuta, žuta i plava, plava. Postoje i druge kombinacije boja koje daju bijelu kada se miješaju.

Snažne COB LED diode

Veliki modeli imaju rupe za montažu u kutovima kućišta. Manji modeli su zalemljeni na tiskanu ploču.

Uz uobičajene karakteristike LED dioda, snažni modeli dodaju nekoliko dodatnih parametara:

• nazivna snaga, W;
• veličina čipa, mm;
• nazivna radna struja kristala ili matrice;
• vijek trajanja povezan sa standardima L 70, L80, itd.

LED diode male snage

Što se tiče potrošnje energije, to su LED diode od 0,05 do 0,5 W, radna struja - 20-60 mA (prosječna snaga - 0,5-3 W, struja 0,1-0,7 A, velika - više od 3 W, struja 1 A i više) .

Strukturno, LED diode male snage uključuju nekoliko skupina LED odašiljača svjetla:

• LED diode u SMD kućištima su obične i super svijetle;
• DIP diode u cilindričnim kućištima - za ugradnju u rupe u tiskanim pločama;
• u kućištima tipa piranha - za ugradnju u rupe.

LED diode male snage u različitim pakiranjima.

Na slici LED diode od vrha do dna:

1. U cilindričnim DIP paketima - sa fleksibilnim žičanim vodovima za lemljenje u rupe na ploči.
2. U slučajevima tipa piranha, oni su također Superflux, lemljenje kroz rupe.
3. U slučajevima s ravnim vodovima za montažu na kontaktne jastučiće jednostranih i dvostranih tiskanih ploča ili u "bunare" višeslojnih ploča.

Karakteristike LED dioda

LED diode su opisane mnogim parametrima. Najvažnije od njih:

• intenzitet svjetlosti i energetska učinkovitost - Lm i Lm / W;
• kut divergencije svjetlosnog toka na razinama od 0,5 ili 0,7, stupnjeva - za obične od 120 do 140 stupnjeva, za indikatorske modele - od 15 do 45 stupnjeva;
• snaga potrošena tijekom rada, W - mala - do 0,5, srednja - 0,5-3, velika - više od 3;
• radna struja kroz diodu, mA ili A;
• boja ili nijansa bijelog svjetla Šarena temperatura, stupnjevi Kelvina, K - od 2000-2500 K - topla bijela i do 6500-9500 K - hladna bijela.

Postoje i druge karakteristike, ali se koriste rjeđe. Na primjer, strujna-naponska karakteristika, I-V karakteristika LED-a je krivulja struje kroz spoj u odnosu na radni napon koji se na njega primjenjuje. Koristi se u električnim proračunima načina rada LED-a.

Dimenzije

Dimenzije LED-a određene su dimenzijama njegovog kućišta.Za SMD kućišta - duljina, širina, debljina. Prve dvije vrijednosti ugrađene su u oznaku, na primjer, SMD2835, gdje su dva para brojeva 2,8 mm - širina i 3,5 mm - duljina. Debljina kućišta mora se uzeti iz opisa ili putovnice za diodu.

Dimenzije SMD3528 i SMD2835. U donjem desnom kutu, sivi kut je ključ koji označava katodu.

Za cilindrične DIP diode važne karakteristike su promjer kućišta i njegova visina s lećom. U tom slučaju prije ugradnje potrebno je uzeti u obzir duljinu žičanih vodova i preporuke proizvođača za njihovo savijanje.

Valna duljina

Takva karakteristika LED dioda kao valna duljina koristi se vrlo rijetko. Često se naziva bojom sjaja.

Valna duljina sjaja diode mjeri se u nanometrima - nm. Nije uvijek navedeno u podacima putovnice proizvoda.

Oznaka i označavanje u boji

Svaki proizvođač ima vlastitu oznaku LED dioda. Na primjer, u oznaci LED-a - LED-WW-SMD5050, dekodirani su njegovi abecedni i numerički elementi:

• LED - LED;
• WW - boja sjaja Warm White - toplo bijela 2700-3500 K;
• SMD - paket za površinsku montažu;
• 5050 - dimenzije tijela u desetinkama milimetra - 5,0 × 5,0.

Varijante kratica za nijanse bijelog svjetla:

• DW - Day White - bijeli dan (4000-5000 K);
• W - Bijela, čisto bijela (6000-8000 K);
• CW ili WC - Cool White - hladno bijela (8000-10 000 K);
• WSC - White Super Cool - super hladna bijela, temperatura boje 15 000 K s karakterističnom plavkastom nijansom;
• NW - Neutralna bijela - neutralna bijela - 5000 K.

Postoje i druge oznake za LED diode i boje, sustav još nije u potpunosti standardiziran, pa proizvođači koriste različite numeričke vrijednosti i nazive za nijanse bijelog svjetla.

Grafička i abecedna slika na dijagramu

Anoda, također poznata kao plus LED-a, prikazana je kao trokut na električnim krugovima. Katoda (minus) - poprečna crtica.

Izgled AL307 LED i njegova oznaka na crtežima i dijagramima.

Često korištena kratica je latinska kratica HL.

Tablica LED napona

Kako bi LED dioda tijekom rada pružila sve karakteristike određene svojim dizajnom i tehnologijom proizvodnje, potrebno je osigurati proračunsko napajanje. Na primjer, primijenite napon na njegovu anodu i katodu, koji će biti nešto veći od izravnog napona p-n spoja. Višak napona treba serijski "ugasiti". uključeni otpornik. Otpornik se naziva otpornik za ograničavanje struje. Služi za sprječavanje viška struje kroz p-n spoj.

LED ima dva kontaktna voda - anodu i katodu, katoda je kraća od anode. Ako je duljina ista, onda definirati Možete ih koristiti s prstnom baterijom. Ako ima svjetlosti, onda imate anodu ispred sebe.

Stol. Prednji napon p-n spoja LED diode u boji.

Pročitajte također: Kako saznati koliko volti ima LED

Primjena LED dioda

Opseg LED dioda se stalno širi. U početku su se koristili kao svjetlosni indikatori u krugovima za uključivanje ili rad elektroničke opreme.Na primjer, uključivanje odašiljača, prelazak na povećanu ili smanjenu snagu itd. Mogli bi popraviti automatsku aktivaciju, na primjer, kada se pojavi pozivni signal ili za privlačenje pažnje. Korištene su svjetleće ili jednobojne LED diode - crvena, žuta, zelena, plava.

Super svijetle DIP LED diode male veličine spojene su u serijski paralelne lance i napajane izravno iz mreže od 220 V. Postavljanjem takvih serijskih skupina dioda u prozirnu fleksibilnu PVC cijev i punjenjem prozirnim brtvilom dobili smo "fleksibilan neon"- svjetleći" podvez. Može se postaviti uz bočnu stranu bazena, rubnik staze, ukrasiti krov kuće ili drvo u vrtu.

Korištenje fleksibilnog neona.

Pojava fleksibilnih višeslojnih ploča i SMD paketa za površinsku montažu dovela je do stvaranja fleksibilnih LED trake.

U početku su to bila sredstva za dekorativno uređenje interijera. Povećanje snage SMD dioda i gustoća njihovog postavljanja na ploču omogućili su početak korištenja LED traka, prvo za pomoćnu, a zatim za glavnu rasvjetu. Povećanje stupnja zaštite od prašine i vlage traka dovelo je do njihove uporabe za dekorativnu rasvjetu, a zatim i za glavnu rasvjetu u uličnim uvjetima.

Istodobno su se razvijale LED svjetiljke za zamjenu žarulja sa žarnom niti u svjetiljkama - svijećnjacima, lusterima i stolnim svjetiljkama. Pojavile su se retrofitne žarulje - potpuni analozi žarulja sa žarnom niti i fluorescentnih cijevi po obliku, veličini žarulje i naponu napajanja. Započela je postupna zamjena žarulja sa žarnom niti LED nadogradnjom. Istodobno je zaustavljena proizvodnja LN - najprije 100 W ili više, zatim 75, 60 itd.

Razvoj snažnih pojedinačnih LED dioda, posebno u paketu Emitter ili PCB Star, pridonio je pojavi baterijskih svjetiljki s ugrađenom baterijom. Svjetlina i trajanje sjaja nakon jednog ciklusa punjenja bili su nekoliko puta veći od prethodnih modela.

Izvrsna upravljivost LED dioda elektroničkim putem - kontrolerima i prigušivači - prigušivači, dopuštaju korištenje snažnih reflektora u svjetlosno-dinamičkom osvjetljenju ulica i trgova gradova i mjesta u bilo kojoj regiji zemlje.

Primjena u dekorativnom osvjetljenju zgrada.

Tip LED trake RGB, RGBW i RGBWW omogućio je ne samo dobivanje snažnih tokova bijele svjetlosti, već i promjenu njezine bijele nijanse u širokom rasponu od žućkasto tople do plavkasto i plavo hladne.

Upravljivost novih izvora svjetlosti omogućuje njihovu široku upotrebu u svjetlećem oglašavanju - "puzajuće linije", svjetlosni zasloni, zasloni s informacijama itd. Koristite ove izvore svijetle boje i bijele svjetlosti u oglašavanju na fasadama i na krovovima - ravna i trodimenzionalna slova i crteži, nazivi robnih marki, slike zaštitnih znakova i još mnogo toga.

I svi ti dizajni rade puno dulje od svojih kolega na konvencionalnim svjetiljkama, ne zahtijevaju gotovo nikakvo održavanje i troše mnogo puta manje električne energije. Tehničke karakteristike LED dioda i rasvjetne opreme stalno rastu. Cijena LED dioda se smanjuje, a primjena se širi.