Kaj je LED - podroben opis značilnosti in vrst

LED diode so prisotne povsod: v domovih, avtomobilih, telefonih. Zagotavljajo svetlo osvetlitev zaslona pripomočkov, proizvedenih stroškovno učinkovitih svetlobnih virov. Zdaj je nepogrešljiv vir svetlobe. Razmislite o napravi in ​​tehničnih značilnostih glavnih vrst LED.

Kaj je LED

LED (iz Light Emitting Diode ali LED) - polprevodniški električni vir umetne svetlobe, izdelan iz polprevodniških materialov p- in n-prevodnosti. Z uporabo več tehnik - naprševanje maske, jedkanje, epitaksialno nanašanje itd. - se ustvari p-n spoj.

V polprevodniškem materialu tipa p so nosilci toka "luknje" - atomi polprevodniškega kristala, ki so dopirani s posebnimi kovinami, da ustvarijo pomanjkanje elektronov. Pri n-materialih so nosilci presežni elektroni v kristalu.

"Luknja" pravzaprav miruje. Ima pozitiven naboj, ki je enak naboju elektrona. Elektron, ki "skoči" iz zunanje orbite enega atoma v zunanjo orbito sosednjega atoma, premakne "luknjo" v nasprotno smer.

Kako deluje oziroma kaj sveti v LED

Električni tok v obliki protitočnega toka nosilcev električnega naboja - "lukenj" - pozitivnih "delcev" in elektronov - negativnih lahko induciramo s priključitvijo konstantne napetosti določene velikosti in polarnosti na p-n spoj. Ko se ti tokovi srečajo v p-n spoju, se rekombinirajo ali združijo. Prosti elektron s povečano energijo vstopi v "luknjo" in ta izgine.

Shema LED.

Desno je n-polprevodniški del kristala »obogaten« s prostimi elektroni, levo je p-polprevodniški del s pozitivnimi »delci« – »luknjami«.

Energija se sprošča v obliki kvantov svetlobe. Oddajajo se, torej oddajajo s konca kristala. Tok kvantov zadene reflektor. Njegova polirana površina odbija svetlobo v želeni smeri. Želeni smerni vzorec svetlobnega toka se oblikuje s posebno konfiguracijo površine.

Shema za proizvajanje svetlobe na p-n spoju.

Napetost za napajanje spoja se nanese "+" na anodo diode in "-" na katodo.

Oblikovanje

Struktura LED v navpičnem delu.

Lila barva prikazuje substrat, ki odvaja toploto. Sivi trapezi so odseki odsevnega reflektorja-reflektorja krožne konfiguracije iz aluminija. V središču modrega - LED čip-kristal s povezanimi zlatimi ali srebrnimi žicami, spajkanimi na nožice anode in katode.

Vrste LED

LED - dokaj "mlada" naprava. Njihova končna razvrstitev še ni oblikovana. Zato mnogi znani proizvajalci uporabljajo lastne sisteme delitve.

Po enem od njih so LED diode po namenu razvrščene na naslednji način:

1. Indikator.
2. Osvetljujoče.

LED indikatorji v svoji skupini so razdeljeni na naslednje vrste.

DIP diode.

Okrajšava izhaja iz Dual In-line Package ali "double in-line placement". Telesa so običajno cilindri, obstajajo pa tudi paralelepipedi.Na spodnjem koncu so aksialni vodi žice vzporedni z glavno osjo simetrije ohišja. Katodni kabel je krajši od anodnega.

Pogled na DIP LED nad tiskanim vezjem, viden je spajkanje v metalizirane luknje.

Delitev na vrste je po premeru ohišja in leči na zgornjem koncu. Premeri so od 2-3 do 20 mm ali več. Barva sijaja je katera koli barva, obstaja več belih odtenkov.

En tip utripa v 2 barvah in ima 3 vodnike.

Slamnik.

Dobesedni prevod je slamnik ali bryl. Uporablja se za LED – Ohišje izgleda kot klobuk z zaobljenim vrhom.

Različica DIP LED, imenovana Straw Hat ali "slamnati klobuk".

Vidite lahko vodnike različnih dolžin, krajši je katoda. Vidite lahko tudi omejevalnike višine montaže. Pod lečo je kristal z rumenim fosforjem.

Super Flux "Piranha"

Direkten prevod - super flux. Piranha - prevedeno v ruščino - piranha. Ime LED je dobil zaradi lastnosti kovinskih sponk v obliki ozkih trakov. Za lažje vstavljanje v luknje na tiskanem vezju so bili vogali vodnikov ob žigosanju odrezani. Posledica tega so bili ostri "zobje" plenilske ribe.

Na zatičih so bili vtisnjeni "ramena" - omejevalniki, ki določajo višino ohišja nad desko. To je odprlo ohišje za zračno hlajenje od spodaj. Na zgornjih koncih zatičev so bili nameščeni kristali za pasivno hlajenje.

S postavitvijo 2 ali 3 čipov v ohišje smo povečali svetlobni tok. In dioda je v super-svetli skupini.

Piranha LED v prozornem ohišju.

Vidite lahko, da je kristal "pokrit" z lečo in stožčastimi zatiči, ki tvorijo višino namestitve.

SMD

Okrajšava Surface Mounted Device, prevedena iz angleščine - površinsko nameščena naprava. Izgledajo kot pravokotna plastična ali keramična ohišja. Sponke so na dnu in ob strani ohišja v obliki kontaktnih ploščic.

Najpogosteje - osvetlitev, vendar pri nizki moči je lahko in indikator.Zmogljivosti segajo od mW (milivatov) do W. Sijaj - katera koli barva ali odtenek bele svetlobe.

Preberite tudi: Značilnosti SMD LED

OLED

Poleg polprevodniških LED na osnovi polprevodniških kovin - silicija, germanija, galijevega arzenida itd., Obstaja skupina LED na filmih organskih spojin. Imenujejo se organske ali OLED-LED - Organic Light Emitting Diode.

Prav tako kot polprevodniške diode oddajajo svetlobo, vendar ne s trdno strukturo, temveč s tankimi plastmi. Doslej je bila glavna uporaba pri razvoju enobarvnih zaslonov. Obstoječe pomanjkljivosti barvnih filmov OLED - različne v trajanju filmov različnih barv luminiscence. Najmanj je približno 12-15 tisoč ur.

Takšne LED diode bodo po popolnosti široko uporabljene v mobilnih telefonih, avtomobilskih in pomorskih GPS-navigatorjih, nočnih merilnikih in napravah za nočni lov in streljanje itd.

Video - pregled: primerjava QLED, OLED in LCD (IPS).

Žarilna nitka

V letih 2012-2013 so se pojavile nenavadne LED diode, ki se imenujejo Filament. So COB matrice v obliki dolgih valjev s premerom 2-3 in dolžino 15-30 mm. Na stekleni ali safirni valj je prilepljenih 28-30 modrih kristalov z nekaj rdečimi madeži. Povezani so v zaporedne verige in po preverjanju njihove uporabnosti napolnjeni z rumenim fosforjem.

Ta tehnologija izdelave filamentnih modulov se imenuje Chip-On-Glass ali COG.

Montažne COG matrice so nameščene na armaturi običajnih žarnic z žarilno nitko, vgrajene v podstavek in nameščene v stekleno ali plastično žarnico. Žarnica je napolnjena s helijem za hlajenje LED.

Moč svetilk je od 2-3 do 10-12 vatov. Svetlobni tok ustreza svetlobni učinkovitosti običajnih LED diod 80-100 Lm/W.

Kot rezultat je bila pridobljena LED nadgradnja žarnice z žarilno nitko. Pogosto se svetilka nepravilno imenuje LED žarnica z žarilno nitko.

Izraz retrofit izhaja iz angleškega retrofit – posodobitev ali modifikacija.Gre za nove vire svetlobe v ohišjih tradicionalnih dimenzij.

LED žarnica z žarilno nitko v "balonski" žarnici.

Žarnica z žarilno nitko visoke moči v podolgovati žarnici.

Zgornje slike prikazujejo različne moči in proizvajalce LED žarnice z žarilno nitko. V stekleni žarnici z bazom E27 so moduli COL z žarilno nitko pritrjeni na vpenjalno nitko.

PCB Star vrste

Okrajšava za to vrsto LED je izpeljana iz angleške kombinacije besed Printed Circuit Board. Njegov prevod je tiskano vezje.

Diodna plošča PCB Star.

Diodna plošča PCB Star. Proizvajalec je ameriško podjetje CREE, Model XML diode. Rumeni pravokotnik je matrika COB diode visoke moči.

Plošča je narejena iz kovine, ki dobro prevaja toploto, na primer iz aluminija. Konfiguracija plošče je zvezda s 6 žarki. COB LED matrika je tovarniško nameščena na sredini zvezdne plošče. Plošča je pobarvana v črno, da se poveča pasivno odvajanje toplote, ki jo ustvari visoko zmogljiva delovna naprava za oddajanje svetlobe.

Močne LED diode PCB Star videza.

6 "zvezdic" na levi so diode različnih moči in odtenkov bele svetlobe. Dva na dnu sta močnejša elementa z velikimi krogi rumenega fosforja. Na desni je stolpec s 4 kosi. - diode za planarno montažo na površino kontaktnih plošč na tiskanem vezju.

Dimenzijska risba planarne LED visoke moči na zvezdni plošči.

Dimenzijska risba planarne LED visoke moči na zvezdni plošči. Konstrukcijska višina je 6,6 mm, premer telesa diode s planarnimi pini je 8 mm, velikost plošče Star je 22 mm.

COB LED matrika

Če na toplotno prevodno podlago iz umetnega kristala safirja ali silicija prilepimo dielektrično lepilo nekaj deset polprevodniških kristalov modro zasije, povežemo njihove prevodnike v zaporedno-vzporedne skupine in na vrhu napolnimo rumeni fosfor, dobimo LED modul. To je COB matrika. Okrajšava izhaja iz angleške besedne kombinacije Chip-On-Board.Prevedeno je kot "kristali na plošči".

LED okrogla COB matrika, napolnjena z rumenim fosforjem. Vzdolž "obrobe" so rjave kontaktne ploščice za povezovanje napajalnih in/ali krmilnih vezij.

Matrike COB uporabljajo kristale LED čipov brez jedra brez substratov. Postavitev je izjemno gosta. Ta tehnologija se uporablja za proizvodnjo znatnega dela visoko zmogljivih LED, vključno s stotinami kristalov. Dober ventilatorski hladilni odvod, ki včasih uporablja toplotne cevi, lahko doseže 150-200 vatov ali več v enem paketu. Matrica zagotavlja usmerjeni tok z disperzijskim kotom 100-150 stopinj pri 0,7 največjega sevanja.

Tipična klasifikacija

Vrste LED lahko vključujejo:

• Posamezne LED diode na enem kristalu visoke moči (COB-matrika);
• pari LED v enem paketu - LED indikatorji, ki izmenično utripajo v dveh barvah, kot sta rdeča in rumena
• Trojčki ali triade sevalcev s tremi osnovnimi barvami - rdeče, zelene in modre oz RGB .Rdeča, zelena, modra.

Trikristalna LED v SMD ohišju za montažo na površino PCB.

Če ima LED s tremi kristali kristale iste barve, imamo super svetlo LED. Z različnimi barvami svetlobnih kristalov imamo RGB triado ali večbarvno krmiljeno svetlobno napravo.

SMD - okrajšava za Surface Mounted Device. Uporablja se za avtomatizacijo postavitve in spajkanja elektronskih komponent na tiskanih vezjih, vključno z LED. Uporablja se v trakovih, trakovih, modulih in običajnih tiskanih vezjih.

Osnovne barve vključujejo par barv YB - Yellow, yellow in Blue, blue. Obstajajo tudi druge kombinacije barv, ki po mešanju dajo belo barvo.

Zmogljive LED diode COB

Večji modeli imajo pritrdilne luknje v vogalih ohišja. Manjši modeli so pritrjeni s spajkanjem na tiskano vezje.

Poleg običajnih značilnosti LED v modelih visoke moči je dodanih več dodatnih parametrov:

• nazivna moč, W;
• velikost čipa, mm;
• nazivni obratovalni tok kristala ali matrice;
• Življenjska doba, povezana s standardi L 70, L80 itd.

LED z nizko porabo energije

Po vrednosti porabe energije so LED od 0,05 do 0,5 W, delovni tok - 20-60 mA (povprečna moč - 0,5-3 W, tok 0,1-0,7 A, velika - več kot 3 W, tok 1 A in več).

Strukturno LED diode z nizko močjo vključujejo več skupin LED svetlobnih oddajnikov:

• SMD konvencionalne in super svetle LED diode;
• Diode tipa DIP v cilindričnih ohišjih za montažo v luknje na plošči;
• v "piranha" paketih - za montažo v luknje.

LED diode majhne moči v različnih paketih.

Slika prikazuje LED diode od zgoraj navzdol:

1. V cilindričnih ohišjih tipa DIP - z gibljivimi žičnimi vodi za spajkanje v luknje na plošči.
2. V ohišjih tipa piranha, imenovanih Superflux, spajkajte na luknje.
3. V primeru s planarnimi zatiči za montažo na kontaktne plošče eno- in dvostranskih tiskanih vezij ali v "vodnjake" večplastnih plošč.

Značilnosti LED

LED diode so opisane s številnimi parametri. Najpomembnejši so:

• Svetlobna jakost in energetska učinkovitost - Lm in Lm/W;
• kot odstopanja svetlobnega toka pri 0,5 ali 0,7 stopinj, stopinj - v običajnih modelih od 120 do 140 stopinj, indikatorski modeli - od 15 do 45 stopinj
• delovna moč, W - majhna - do 0,5, srednja - 0,5-3, velika - več kot 3;
• Delovni tok skozi diodo, mA ali A;
• barva ali odtenek bele svetlobe, barvna temperaturaKelvin, K - od 2000-2500 K - topla bela in do 6500-9500 K - hladno bela.

Obstajajo še druge značilnosti, vendar se uporabljajo manj pogosto. Na primer, volt-amperska karakteristika ali VAR LED je krivulja odvisnosti toka skozi spoj od delovne napetosti, ki je nanj uporabljena. Uporablja se pri električnih izračunih načina delovanja LED.

Dimenzije .

Dimenzije LED so določene z dimenzijami ohišja. Za SMD ohišja - dolžina, širina, debelina.Prvi dve vrednosti sta vgrajeni v oznako, na primer SMD2835, kjer sta dva para števk 2,8 mm - širina in 3,5 mm - dolžina. Debelino telesa je treba vzeti iz opisa ali potnega lista diode.

Dimenzije so . SMD3528 и SMD2835. Sivi kot spodaj desno je ključ, ki označuje katodo.

Za cilindrične DIP diode sta pomembni lastnosti premer ohišja in njegova višina z lečo. Pred montažo upoštevajte dolžino žičnih vodnikov in priporočila proizvajalca za njihovo upogibanje.

Valovna dolžina

Takšna lastnost LED kot valovna dolžina se uporablja zelo redko. Pogosteje se nanaša na barvo luminiscence.

Valovna dolžina diode se meri v nanometrih – nm. Ni vedno navedeno v podatkovnem listu izdelka.

Oznaka in barvno kodiranje

Vsak proizvajalec ima svoje označevanje LED. Na primer, v oznaki LED - LED-WW-SMD5050 so njeni abecedni in številčni elementi dešifrirani:

• LED - LED;
• WW - Warm White - topla bela 2700-3500 K;
• SMD - ohišje za površinsko montažo;
• 5050 - mere paketa v desetinkah milimetra - 5,0×5,0.

Možnosti okrajšav za odtenke bele svetlobe:

• DW - dnevna bela (4000-5000 K);
• W - Bela, čisto bela (6000-8000 K);
• CW ali WC - Cool White - hladno bela (8000-10 000 K);
• WSC - White Super Cool - bela super cool, barvna temperatura 15 000 K z značilnim modrikastim odtenkom;
• NW - nevtralno bela - nevtralno bela - 5000 K.

Obstajajo še druge oznake LED in barv, sistem še ni dokončno standardiziran, zato proizvajalci uporabljajo različne številčne vrednosti in imena odtenkov bele svetlobe.

Grafični in abecedni prikaz v diagramu

Anoda, imenovana plus LED v električnih diagramih, je prikazana kot trikotnik. Katoda (minus) je prikazana s prečno črtico.

Videz LED AL307 in njegova oznaka na risbah in diagramih.

Pogosto uporabljena okrajšava je latinska okrajšava HL

Tabela napetosti LED

Za zagotovitev, da LED med delovanjem izpolnjuje vse lastnosti, ki jih določata njegova zasnova in tehnologija izdelave, mora zagotoviti projektirano napajanje. Na njegovo anodo in katodo na primer nanesite napetost, ki bo nekoliko višja od enosmerne napetosti p-n spoja. Presežek napetosti je treba "ugasniti" z zaporedno vezanim uporom upor. Upor se imenuje upor za omejevanje toka. Uporablja se za preprečevanje, da bi tok presegel p-n spoj.

LED ima dva kontaktna zatiča - anodo in katodo, katoda je krajša od anode. Če je dolžina enaka, potem določiti z baterijo za palec. Če je svetloba, imate anodo.

Tabela. Neposredna napetost p-n spoja barvne svetleče diode.

Preberite tudi: Kako vedeti, koliko voltov ima LED

LED aplikacije

Področja uporabe LED se nenehno širijo. Sprva so bili uporabljeni kot svetlobni indikatorji v tokokrogu preklopa ali delovanja elektronske opreme. Na primer vklop oddajnika, preklop na visoko ali nizko moč, itd. Lahko bi popravili samodejni vklop, na primer, ko se pojavi klicni signal ali pritegne pozornost. Uporabljene so bile utripajoče ali enobarvne LED diode - rdeča, rumena, zelena, modra.

Majhne super svetle DIP LED diode so bile povezane v zaporedno vzporedne verige in napajane neposredno iz 220 V tokokroga. S postavitvijo teh zaporednih skupin diod v prozorno PVC-cev in njihovo tesnjenje s prozorno tesnilno maso, smo dobili "prilagodljiv neon" - svetlobni "sveženj". Lahko ga položite na rob bazena, robnik poti, okrasite streho hiše ali drevo na vrtu.

Uporaba fleksibilnega neona.

Pojav fleksibilnih večslojnih plošč in ohišij SMD za površinsko montažo je privedel do ustvarjanja fleksibilnih LED trakovi..

Na začetku je bilo sredstvo za okrasitev notranjosti prostorov. Povečanje moči SMD-diod in gostote njihove namestitve na ploščo je omogočilo začetek uporabe LED trakov najprej za pomožno, nato pa za glavno osvetlitev. Povečanje stopnje zaščite trakov pred prahom in vlago je pripeljalo do njihove uporabe za dekorativno razsvetljavo, nato pa tudi za glavno ulično razsvetljavo.

Hkrati so se razvijale LED sijalke, ki so nadomestile žarnice z žarilno nitko v svetilkah - stenske svetilke, lestenci, namizne svetilke. Naknadno vgrajene svetilke - pojavili so se polni analogi žarnic z žarilno nitko in fluorescenčnih cevi po obliki, velikosti žarnic, napajalni napetosti. Začela se je postopna zamenjava žarnic z žarilno nitko z LED naknadnimi vgradnjami. Istočasno se je proizvodnja LED diod ustavila - najprej 100 W in več, nato 75, 60 itd.

Razvoj močnih enojnih LED diod, predvsem v paketu Emitter ali PCB Star, je prispeval k pojavu svetilk z vgrajeno baterijo. Svetlost in trajanje luminiscence po enem ciklu polnjenja je bilo večkrat boljše od prejšnjih modelov.

Odlična nadzorljivost LED z elektronskimi sredstvi - krmilniki in zatemnitve - Regulatorji svetlosti so omogočili uporabo zmogljivih projektorjev pri svetlobno-dinamični osvetlitvi ulic in trgov mest in krajev v kateri koli regiji države.

Uporaba pri dekorativni osvetlitvi zgradb.

LED trakovi kot npr RGB, RGBW in RGBW je omogočila ne samo pridobitev močnega toka bele svetlobe, temveč tudi spremembo njene bele barve v širokem razponu od toplo rumenkaste do modrikaste in hladno modre.

Krmilljivost novih svetlobnih virov omogoča njihovo široko uporabo v svetlobnem oglaševanju - "plazilne črte", svetlobne table, informacijski zasloni itd.Ti svetli barvni in beli svetlobni viri se uporabljajo pri oglaševanju na fasadah in na strehah – ravne in volumetrične črke in risbe, imena blagovnih znamk, slike blagovnih znamk in še veliko več.

In vsi ti modeli delujejo veliko dlje kot analogi na običajnih svetilkah, skoraj brez vzdrževanja in hkrati porabijo veliko manj električne energije. Tehnične lastnosti LED in svetlobne opreme nenehno rastejo. Stroški LED se znižujejo, aplikacije pa se širijo.