Kaj je LED - podroben opis značilnosti in vrst

LED diode so povsod: v hišah, avtomobilih, telefonih. Z njihovo pomočjo je zagotovljena svetla osvetlitev zaslonov pripomočkov, proizvedeni so ekonomični viri osvetlitve. Zdaj so nepogrešljivi viri svetlobe. Razmislite o napravi in ​​tehničnih značilnostih glavnih vrst LED.

Kaj je LED

LED (iz angleškega Light Emitting Diode ali LED) je polprevodniški električni vir umetne svetlobe, izdelan iz polprevodniških materialov p- in n-prevodnosti. Z več tehnologijami - nanosom z maskami, jedkanjem, epitaksijskim nanosom itd., dobimo p-n spoj.

V polprevodniškem materialu p-tipa so nosilci toka "luknje" - atomi polprevodniškega kristala, v katerih z dopiranjem s posebnimi kovinami ustvarjajo pomanjkanje elektronov. V n-materialih so nosilci presežni elektroni v kristalu.

"Luknja" je tako rekoč nepremična. Ima pozitiven naboj, enak naboju elektrona. Elektron, ki "skoči" iz zunanje orbite enega atoma na zunanjo orbito sosednjega, premakne "luknjo" v nasprotni smeri.

Načelo delovanja oziroma kaj sveti v LED

S priključitvijo konstantne napetosti določene velikosti in polarnosti na p-n stičišče povzročijo električni tok v stičišču v obliki nasprotnega toka nosilcev električnega naboja - "luknje" - pozitivni "delci" in elektroni - negativni. Ko se ti tokovi srečajo v p-n stičišču, se ponovno združijo ali združijo. Prosti elektron s povečano energijo vstopi v "luknjo" in izgine.

Shema LED.

Na desni je n-polprevodniški del kristala, "obogaten" s prostimi elektroni, na levi p-polprevodniški del s pozitivnimi "delci" - "luknjami".

Energija se sprošča v obliki svetlobnih kvantov. Oddajajo se, t.j. oddaja s konca kristala. Tok kvantov zadene reflektor. Njegova polirana površina odbija svetlobo v pravo smer. Posebna konfiguracija površine tvori zahtevani smerni vzorec svetlobnega toka.

Shema za pridobivanje svetlobe v p-n stičišču.

Napetost za napajanje prehoda se uporablja "+" - na anodo diode in "-" - na katodo.

Oblikovanje

Naprava LED v navpičnem delu.

Podlaga, ki odvaja toploto, je upodobljena v lila barvi. Sivi trapezi - odseki odsevnega reflektorja obročaste konfiguracije iz aluminija.V modrem središču je LED čip-kristal s povezanimi zlatimi ali srebrnimi žicami, spajkanimi na anodne in katodne sponke.

Vrste LED diod

LED diode so precej "mlade" naprave. Njihova končna klasifikacija še ni razvita. Zato mnogi znani proizvajalci uporabljajo lastne sisteme razdelitve.

Po enem od njih so LED diode razvrščene glede na njihov namen, kot sledi:

1. Indikator.
2. Osvetlitev.

Kazalniki v njihovi skupini so razdeljeni na naslednje vrste.

DIP diode

Okrajšava izhaja iz Dual In-line Package ali "double in-line placement". Običajno so primeri cilindri, obstajajo pa tudi paralelepipedi. Na spodnjem koncu so žični aksialni vodi, vzporedni z glavno osjo simetrije telesa. Izhod katode je krajši od anode.

Pogled na DIP LED nad PCB, vidno je spajkanje v metalizirane luknje.

Razdelitev na vrste - glede na premer ohišja in leče na zgornjem koncu. Premeri od 2-3 do 20 mm in več. Barva sijaja - katera koli, več odtenkov bele.

Ena od vrst - utripajoča v 2 barvah, ima 3 izhode.

Slamnik

Dobesedni prevod je slamnik ali bryl. Uporaba za LED – telo je kot klobuk z zaobljenim vrhom.

Različica DIP LED, imenovana slamnik ali slamnik.

Vidni so kabli različnih dolžin, kratka je katoda. Vidni so tudi omejevalniki višine namestitve. Pod lečo je kristal z rumenim fosforjem.

Super Flux Piranha

Neposreden prevod - superflow. Piranha - prevod v ruščino - Piranha. Ime LED je bilo posledica posebnosti kovinskih vodnikov v obliki ozkih trakov. Za poenostavitev namestitve v luknje tiskanega vezja so bili med žigosanjem odrezani vogali na koncih zatičev. Tako so se izkazali ostri "zobje" plenilske ribe.

Na izhodu so vtisnjena "ramena" - omejevalniki, ki nastavljajo višino ohišja nad ploščo. Tako se je ohišje odprlo za zračno hlajenje od spodaj. Kristali za pasivno hlajenje so bili nameščeni na zgornje konce vodnikov.

Z vgradnjo 2 ali 3 čipov v ohišje so povečali pretok svetlobe. In dioda je spadala v skupino super svetlih.

LED tipa "pirana" v prozornem ohišju.

Videti je kristal, ki ga "pokriva" leča in zoženi vodniki-oblikovalci vgradne višine.

smd

Okrajšava za Surface Mounted Device, prevedeno iz angleščine - naprava, nameščena na površini. Izgledajo kot pravokotne škatle iz plastike ali keramike. Zaključki - od spodaj in ob strani ohišja v obliki blazinic.

Najpogosteje - osvetlitev, pri nizki moči pa so lahko tudi indikatorji. Moči od mW (miliwatt) do W. Sijaj je katera koli barva ali odtenek bele svetlobe.

Preberite tudi: Značilnosti SMD LED

OLED

Poleg polprevodniških LED diod na osnovi polprevodniških kovin - silicij, germanij, galijev arzenid itd., obstaja skupina LED na filmih organskih spojin. Imenujejo se organske ali OLED LED - Organic Light Emitting Diode.

Prav tako, tako kot polprevodniške diode, oddajajo svetlobo, vendar ne s trdno strukturo, ampak s tankimi filmi. Medtem ko glavno aplikacijo najdemo v razvoju enobarvnih zaslonov. Obstoječe pomanjkljivosti barvnih OLED filmov so različni časi delovanja za filme različnih svetlečih barv. Najmanj, to je približno 12-15 tisoč ur.

Po izboljšavah se bodo takšne LED diode široko uporabljale v mobilnih telefonih, avtomobilskih in ladijskih GPS navigatorjih, v nočnih nazorih in napravah za nočni lov in streljanje itd.

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

Filament

V letih 2012-2013Pojavile so se nenavadne LED diode, ki so jih poimenovali Filament. Pravzaprav so to matrice COB v obliki dolgih valjev s premerom 2-3 in dolžino 15-30 mm. 28-30 modrih kristalov, prepredenih z nekaj rdečimi, se prilepi na stekleni ali safirni valj. Povezani so v serijske verige in po preverjanju uporabnosti so napolnjeni z rumenim fosforjem.

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

Pripravljene COG-matrice so nameščene na okovje običajnih žarnic z žarilno nitko, nameščene v podstavku in nameščene v stekleno ali plastično bučko. Za hlajenje LED diod je bučka napolnjena s helijem.

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

Rezultat je naknadna LED žarnica z žarilno nitko. Svetilko pogosto napačno imenujemo LED žarnica z žarilno nitko.

Izraz retrofit prihaja iz angleščine. retrofit - posodobitev ali modifikacija. To so novi viri svetlobe v ohišjih s tradicionalnimi dimenzijami.

LED žarnica z žarilno nitko v žarnici "kroglica".

Žarnica z žarilno nitko visoke moči v podolgovati žarnici.

Zgornje številke se razlikujejo po moči in proizvajalcih LED žarnice z žarilno nitko. V stekleni bučki z osnovo E27 so moduli COL z žarilno nitko pritrjeni na nastavke z žarilno nitko.

Vrsta PCB Star

Okrajšava za LED diode te vrste izhaja iz angleške fraze Printed Circuit Board. Njegov prevod je tiskano vezje.

Diodna plošča tipa PCB Star.

Diodna plošča tipa PCB Star. Proizvajalec je ameriško podjetje CREE, model diode XML. Rumeni pravokotnik je matrika COB močne diode.

Plošča je izdelana iz kovine, ki dobro prevaja toploto, na primer iz aluminija. Konfiguracija plošče je zvezda s 6 žarki.Polje LED COB je tovarniško nameščeno na sredini zvezdne plošče. Plošča je pobarvana s črno barvo, da se poveča pasivno odvajanje toplote, ki jo ustvarja močna delovna naprava za oddajanje svetlobe.

Zmogljive LED diode tipa PCB Star.

6 "zvezdic" na levi - diode različnih moči in odtenkov bele svetlobe. Spodnja dva sta močnejša elementa z velikimi krogi rumenega fosforja. Na desni je stolpec 4 kosov. – diode za planarno montažo na površino blazinic na tiskanem vezju.

Dimenzionalna risba močne planarne LED na desni plošči.

Dimenzionalna risba močne planarne LED na desni plošči. Višina konstrukcije je 6,6 mm, premer telesa diode s planarnimi vodi je 8 mm, velikost plošče Star je 22 mm.

LED COB matrika

Če z dielektričnim lepilom zlepimo več deset modrih polprevodniških kristalov na toplotno prevodni substrat iz umetnega safirnega ali silicijevega kristala, ki so povezani s prevodniki v serijsko vzporedne skupine in na vrhu napolnjeni z rumenim fosforjem, dobimo LED modul. to COB matrika. Okrajšava je izpeljana iz angleške fraze Chip-On-Board. Prevedeno je kot "kristali na plošči".

LED okrogla COB-matrica, napolnjena z rumenim fosforjem. Ob "platišču" so rjave kontaktne ploščice za povezovanje napajalnih in / ali krmilnih tokokrogov.

COB matrice uporabljajo čipe LED brez embalaže brez substratov. Namestitev je izjemno tesna. Ta tehnologija proizvaja pomemben del visoko zmogljivih LED, vključno s stotinami kristalov. Dober hladilnik, hlajen z ventilatorjem, včasih z uporabo toplotnih cevi, vam omogoča, da v enem primeru dosežete moč 150-200 W ali več.Matrica zagotavlja usmerjen tok s kotom sipanja 100-150 stopinj na ravni 0,7 od maksimuma sevanja.

Razvrstitev vrst

Vrste LED diod vključujejo:

• posamezne LED diode na enem samem čipu visoke moči (COB-matrika);
• par LED diod v enem paketu - indikatorske diode, ki utripajo izmenično v dveh barvah, na primer rdeča in rumena;
• trojke ali triade oddajnikov treh osnovnih barv - rdeča, zelena in modra oz RGB: Rdeča - rdeča, zelena - zelena, modra - modra.

LED s tremi čipi v SMD paketu za površinsko montažo PCB.

Če so v trikristalni LED kristali enake svetleče barve, imamo super svetlo LED. Z različnimi barvami kristalne svetlobe dobimo RGB triado ali večbarvno nadzorovano svetlobno oddajno napravo.

SMD je okrajšava za angleško besedno zvezo Surface Mounted Device, naprava za površinsko montažo. Uporablja se za avtomatizacijo namestitve in spajkanja elektronskih komponent na tiskanih vezjih, vklj. in LED. Uporablja se v trakovih, ravnilih, modulih in običajnih tiskanih vezjih.

Glavne barve vključujejo tudi par barv YB - rumena, rumena in modra, modra. Obstajajo tudi druge kombinacije barv, ki pri mešanju dajejo belo.

Zmogljive LED diode COB

Veliki modeli imajo montažne luknje v vogalih ohišja. Manjši modeli so spajkani na tiskano vezje.

Poleg običajnih značilnosti LED diod zmogljivi modeli dodajajo 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 diode z nizko močjo

Glede na porabo energije so to LED diode 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 oddajnikov svetlobe:

• LED diode v ohišjih SMD so navadne in super svetle;
• DIP diode v cilindričnih ohišjih - za vgradnjo v luknje v tiskanih vezjih;
• v ohišjih tipa piranha - za vgradnjo v luknje.

LED diode z nizko močjo v različnih paketih.

Na sliki LED diode od zgoraj navzdol:

1. V cilindričnih DIP paketih - s gibljivimi žicami za spajkanje v luknje na plošči.
2. V primerih tipa piranha so tudi Superflux, ki se spajkajo skozi luknje.
3. V primerih s planarnimi vodi za montažo na kontaktne ploščice eno- in dvostranskih tiskanih vezij ali v "vodnjake" večplastnih plošč.

Značilnosti LED diod

LED diode opisujejo številni parametri. Najpomembnejši med njimi:

• svetlobna intenzivnost in energetska učinkovitost - Lm in Lm / W;
• kot razhajanja svetlobnega toka na ravneh 0,5 ali 0,7, stopinj - za navadne od 120 do 140 stopinj, za indikatorske modele - od 15 do 45 stopinj;
• moč, porabljena med delovanjem, 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 Barvita temperatura, stopinj Kelvina, K - od 2000-2500 K - toplo bela in do 6500-9500 K - hladno bela.

Obstajajo tudi druge značilnosti, vendar se uporabljajo manj pogosto. Na primer, tokovno-napetostna značilnost, I-V karakteristika LED je krivulja toka skozi stičišče v primerjavi z delovno napetostjo, ki se uporablja na njej. Uporablja se pri električnih izračunih načina delovanja LED.

Dimenzije

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

Dimenzije SMD3528 in SMD2835. Spodaj desno je sivi kot ključ, ki označuje katodo.

Za cilindrične DIP diode sta pomembni značilnosti premer ohišja in njegova višina z lečo. V tem primeru je treba pred namestitvijo upoštevati dolžino žičnih kablov in priporočila proizvajalca za njihovo upogibanje.

Valovna dolžina

Takšna značilnost LED diod kot valovna dolžina se uporablja zelo redko. Pogosto se imenuje barva sijaja.

Valovna dolžina sijaja diode se meri v nanometrih - nm. Ni vedno navedeno v podatkih o potnem listu izdelka.

Oznaka in barvno označevanje

Vsak proizvajalec ima svojo oznako LED. Na primer, pri oznaki LED - LED-WW-SMD5050 so njeni abecedni in številčni elementi dekodirani:

• LED - LED;
• WW - barva sijaja Warm White - toplo bela 2700-3500 K;
• SMD - paket za površinsko montažo;
• 5050 - dimenzije telesa v desetinkah milimetra - 5,0 × 5,0.

Različice okrajšav za odtenke bele svetlobe:

• DW - Day White - beli dan (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 - super hladna bela, barvna temperatura 15.000 K z značilnim modrikastim odtenkom;
• SZ - nevtralno bela - nevtralna bela - 5000 K.

Obstajajo še druge oznake za LED in barve, sistem še ni popolnoma standardiziran, zato proizvajalci uporabljajo različne številčne vrednosti in imena za odtenke bele svetlobe.

Grafična in abecedna slika na diagramu

Anoda, znana tudi kot plus LED, je na električnih vezjih prikazana kot trikotnik. Katoda (minus) - prečna črtica.

Videz LED AL307 in njegova oznaka na risbah in diagramih.

Pogosto uporabljena okrajšava je latinska okrajšava HL.

Tabela napetosti LED

Da bi LED med delovanjem zagotovil vse značilnosti, ki jih določa njegova zasnova in tehnologija izdelave, mora biti opremljen z izračunanim napajanjem. Na primer, na njegovo anodo in katodo uporabite napetost, ki bo nekoliko večja od neposredne napetosti p-n spoja. Presežek napetosti je treba "pogasiti" zaporedno vključen upor. Upor se imenuje tokovni omejevalni upor. Služi za preprečevanje presežka toka skozi p-n spoj.

LED ima dva kontaktna vodnika - anodo in katodo, katoda je krajša od anode. Če je dolžina enaka, potem opredeliti Uporabljate jih lahko s prstno baterijo. Če je svetloba, potem imate pred seboj anodo.

Tabela. Naprej napetost p-n spoja barvne LED.

Preberite tudi: Kako ugotoviti, koliko voltov je LED

Uporaba LED diod

Obseg LED diod se nenehno širi. Sprva so bili uporabljeni kot svetlobni indikatorji v vezjih za vklop ali upravljanje elektronske opreme.Na primer, vklop oddajnika, preklop na povečano ali zmanjšano moč itd. Lahko bi popravili samodejno aktiviranje, na primer, ko se pojavi klicni signal ali da bi pritegnili pozornost. Uporabljene so bile utripajoče ali enobarvne LED diode - rdeča, rumena, zelena, modra.

Majhne super svetle DIP LED diode so bile povezane v serijsko vzporedne verige in se napajale neposredno iz omrežja 220 V. S postavitvijo takšnih serijskih skupin diod v prozorno fleksibilno PVC cev in polnjenjem s prozorno tesnilno maso smo dobili "prilagodljiv neon"- svetleč" podvezek. Lahko ga položite ob strani bazena, robnika poti, okrasite streho hiše ali drevo na vrtu.

Uporaba fleksibilnega neona.

Pojav fleksibilnih večslojnih plošč in SMD paketov za površinsko montažo je pripeljal do oblikovanja fleksibilnih LED trakovi.

Sprva so bila to sredstva za dekorativno notranjo dekoracijo. Povečanje moči diod SMD in gostota njihove postavitve na ploščo sta omogočila začetek uporabe LED trakov, najprej za pomožno in nato za glavno razsvetljavo. Povečanje stopnje zaščite pred prahom in vlago trakov je privedlo do njihove uporabe za dekorativno razsvetljavo, nato pa za glavno razsvetljavo v uličnih razmerah.

Hkrati so se razvijale LED svetilke za zamenjavo žarnic z žarilno nitko v svetilkah - svetilkah, lestencih in namiznih svetilkah. Pojavile so se sijalke za naknadno vgradnjo - popolni analogi žarnic z žarilno nitko in fluorescenčnih cevi glede na obliko, velikost žarnice in napajalno napetost. Začela se je postopna zamenjava žarnic z LED naknadno opremljanjem. Hkrati je bila proizvodnja LN ustavljena - najprej 100 W ali več, nato 75, 60 itd.

Razvoj močnih posameznih LED diod, predvsem v paketu Emitter ali PCB Star, je prispeval k nastanku svetil z vgrajeno baterijo. Svetlost in trajanje sijaja po enem ciklu polnjenja sta bila nekajkrat višja od prejšnjih modelov.

Odlična vodljivost LED diod z elektronskimi sredstvi - krmilniki in zatemnilniki - zatemnilniki, ki omogočajo uporabo močnih reflektorjev pri svetlobno-dinamični osvetlitvi ulic in trgov mest in krajev v kateri koli regiji države.

Uporaba pri dekorativni razsvetljavi stavb.

Tip LED traku RGB, RGBW in RGBWW omogočila ne le pridobivanje močnih tokov bele svetlobe, temveč tudi spreminjanje njenega belega odtenka v širokem razponu od rumenkasto toplega do modrikasto in modro hladnega.

Obvladljivost novih svetlobnih virov omogoča njihovo široko uporabo pri osvetljenem oglaševanju - "plazeče črte", svetlobni zasloni, informacijski zasloni itd. Uporabite te svetle in bele svetlobne vire pri oglaševanju fasad in na strehah – ravne in tridimenzionalne črke in risbe, imena blagovnih znamk, slike blagovnih znamk in še veliko več.

In vse te zasnove delujejo veliko dlje kot njihovi kolegi na običajnih svetilkah, skoraj ne zahtevajo vzdrževanja in porabijo večkrat manj električne energije. Tehnične značilnosti LED in svetlobne opreme nenehno rastejo. Stroški LED diod se zmanjšujejo, uporaba pa se širi.