Ce este un LED - descriere detaliată a caracteristicilor și tipurilor
LED-urile sunt peste tot: în case, în mașini, în telefoane. Acestea pot fi folosite pentru a ilumina ecranele gadgeturilor sau pentru a crea surse de lumină care să economisească energie. Acum este o sursă indispensabilă de lumină. Să ne uităm la dispozitivul și caracteristicile tehnice ale principalelor tipuri de LED-uri.
Ce este un LED
LED (Light Emitting Diode, sau LED) - este o sursă electrică de lumină artificială în stare solidă, realizată din materiale semiconductoare cu conductivitate p și n. Folosind o serie de tehnici - depunere de măști, gravură, depunere epitaxială etc. - se creează o joncțiune p-n.
Într-un material semiconductor de tip p, purtătorii de curent sunt "găuri" - atomi din cristalul semiconductor care, prin dopaj cu metale speciale, creează o lipsă de electroni. În cazul materialelor n, purtătorii sunt electronii în exces din cristal.
"Gaura" este de fapt staționară. Acesta are o sarcină pozitivă egală cu sarcina electronului. Un electron care "sare" de pe orbita exterioară a unui atom pe orbita exterioară a unui atom vecin, deplasează "gaura" în direcția opusă.
Cum funcționează sau ce strălucește pe un LED
Curentul electric sub forma unui flux în contracurent de purtători de sarcină electrică - "găuri" - "particule" pozitive și electroni - particule negative - poate fi indus prin conectarea la joncțiunea p-n a unei tensiuni constante de o anumită magnitudine și polaritate. Atunci când aceste fluxuri se întâlnesc în joncțiunea p-n, ele se recombină sau fuzionează. Un electron liber cu energie crescută intră în "gaură" și aceasta dispare.
În dreapta este partea n-semiconductoră a cristalului "îmbogățită" cu electroni liberi, iar în stânga este partea p-semiconductoră cu "particule" pozitive - "găuri".
Energia este eliberată sub formă de cuante de lumină.. Acestea sunt emise, adică radiate de la capătul cristalului. Fluxul de cuante lovește reflectorul. Suprafața sa lucioasă reflectă lumina în direcția dorită. Modelul direcțional dorit al fluxului luminos este format printr-o configurație specială a suprafeței.
Tensiunea de alimentare a joncțiunii este aplicată "+" la anodul diodei și "-" la catod.
Design
Culoarea liliachie indică substratul de disipare a căldurii. Trapezurile gri reprezintă secțiunile transversale ale unui reflector circular din aluminiu. În centrul albastru se află cipul LED cu fire de aur sau de argint lipite pe pinii anodului și catodului.
Tipuri de LED-uri
LED-uri - un dispozitiv destul de "tânăr". Clasificarea finală a acestora nu a fost încă stabilită. Acesta este motivul pentru care mulți producători renumiți folosesc propriile sisteme de subdiviziune.
Conform unuia dintre acestea, LED-urile sunt grupate în funcție de scopul lor, după cum urmează:
- Indicator.
- Iluminant.
LED-urile indicatoare în gruparea lor sunt împărțite în următoarele tipuri.
Diode DIP .
Abrevierea provine de la "Dual In-line Package" sau "double in-line arrangement". De obicei, carcasele sunt cilindri, dar există și paralelipipede. La capătul de jos există cabluri axiale care sunt paralele cu axa principală de simetrie a incintei. Cablul catodic este mai scurt decât cel anodic.
Divizarea în tipuri în funcție de diametrul carcasei și de lentilele de la capătul superior. Diametrele variază de la 2-3 mm la 20 mm sau mai mult. Culoare de strălucire - orice culoare, există mai multe nuanțe de alb.
Un tip este intermitent în 2 culori și are 3 fire.
Pălărie de paie.
O traducere literală a unei pălării de paie sau a unei boruri. Când se aplică la LED-uri – Carcasa arată ca o pălărie cu vârful rotunjit.
Se pot observa firele de diferite lungimi, cel scurt fiind catodul. Limitatoarele de înălțime de montare sunt, de asemenea, vizibile. Sub lentilă se află un cristal cu fosfor galben.
Super Flux "Piranha"
Traducere directă - super flux. Piranha este tradus în limba rusă ca piranha. Numele Piranha provine de la terminalele metalice sub formă de benzi înguste. LED-ul a fost produs cu colțurile tăiate la capetele firelor în momentul ștanțării, pentru a ușura montarea în găurile de pe placa de circuit. Acest lucru a dus la apariția "dinților" ascuțiți ai unui pește prădător.
Umerii - stopurile care stabilesc înălțimea carcasei deasupra plăcii - erau ștampilați pe ace. Acest lucru a deschis carcasa pentru răcirea cu aer de jos. Cristalele pentru răcirea pasivă sunt plasate la capetele superioare ale pinilor.
Prin plasarea a 2 sau 3 cipuri în carcasă, fluxul luminos a fost mărit. Acest lucru face ca dioda să fie unul dintre cele mai luminoase LED-uri.
Se poate vedea cristalul "acoperit" de lentilă și pinii conici - formatori ai înălțimii de montare.
SMD
Abreviere pentru Surface Mounted Device, se traduce prin Dispozitiv montat pe suprafață. Acestea sunt carcase dreptunghiulare din plastic sau ceramică. Terminalele se află pe partea inferioară și laterală a carcasei, sub forma unor plăcuțe de contact.
Cel mai adesea luminat, dar la putere redusă poate fi și indicator. Capacitățile variază de la mW (miliwati) la W. Strălucire - orice culoare sau nuanță de lumină albă.
Citește și: Caracteristicile LED SMD
OLED
Pe lângă LED-urile cu semiconductori pe bază de metale semiconductoare - siliciu, germaniu, arsenură de galiu etc., există un grup de LED-uri pe pelicule de compuși organici. Acestea se numesc diode organice sau OLED-uri - diode organice de emisie de lumină.
La fel ca diodele semiconductoare, acestea emit lumină, dar nu cu o structură solidă, ci cu filme subțiri. Până în prezent, principala aplicație este în dezvoltarea de ecrane monocrome. Dezavantajele existente ale peliculelor OLED colorate sunt duratele de funcționare diferite ale peliculelor cu luminescență de culori diferite. Cel puțin 12-15 mii de ore.
Odată îmbunătățite, astfel de LED-uri vor fi utilizate pe scară largă în telefoane mobile, GPS-navigatoare auto și marine, dispozitive de ochire și dispozitive pentru vânătoare și tir pe timp de noapte etc.
Video - prezentare generală: comparație între QLED, OLED și LCD (IPS).
Filament
În 2012-2013 au existat LED-uri neobișnuite, care se numesc Filament. Practic, acestea sunt matrici COB sub formă de cilindri lungi cu diametrul de 2-3 și lungimea de 15-30 mm. Pe un cilindru de sticlă sau de safir sunt lipite 28-30 de cristale albastre cu incluziuni de câteva cristale roșii. Acestea sunt conectate în lanțuri consecutive și, după ce se verifică buna funcționare, sunt umplute cu fosfor galben.
Această tehnologie de filament se numește Chip-On-Glass sau COG.
Matricele COG prefabricate sunt plasate pe armăturile lămpilor cu incandescență convenționale, instalate într-o bază și adăpostite într-un bec de sticlă sau de plastic. Becul este umplut cu heliu pentru a răci LED-urile.
Puterea lămpilor este cuprinsă între 2-3 și 10-12 W. Fluxul luminos corespunde eficienței luminoase a LED-urilor convenționale, care este de 80-100 Lm/W.
Rezultatul este o modernizare cu LED-uri a unui bec cu incandescență. Lampa este adesea denumită în mod incorect bec cu incandescență cu LED.
Termenul retrofit provine de la retrofit. Acestea sunt noi surse de lumină în carcase cu dimensiuni tradiționale.
Figurile de mai sus arată diferite puteri și producători Lămpi cu filament LED. La un bec de sticlă cu soclu E27, modulele COL cu filament sunt atașate la dispozitivul de fixare a filamentului.
Tip PCB Star
Abrevierea pentru acest tip de LED este derivată din expresia engleză Printed Circuit Board. Se traduce prin placă de circuit imprimat.
PCB Placă de diode stelare. Produs de compania americană CREE, model XML. Dreptunghiul galben reprezintă matricea COB a diodei de mare putere.
Placa este confecționată dintr-un metal care conduce bine căldura, de exemplu, aluminiu. Configurația plăcii este o stea cu 6 raze. Matricea de LED-uri COB este montată din fabrică în centrul plăcii cu stea. Placa este vopsită în negru pentru a crește disiparea pasivă a căldurii de la puternicul emițător de lumină de funcționare.
Cele 6 "stele" din stânga sunt diode de diferite puteri și nuanțe de lumină albă. Cele două din partea de jos sunt elemente mai puternice, cu cercuri mari de fosfor galben. În dreapta, o coloană de 4. - Diode pentru montare plană pe suprafața plăcuțelor de contact de pe placa de circuit.
Desenul dimensional al unui LED planar de mare putere pe o placă stelară. Înălțimea de construcție este de 6,6 mm, diametrul corpului diodei cu pini planari este de 8 mm, dimensiunea plăcii Star este de 22 mm.
Matricea COB-LED
În cazul în care pe un substrat termic conductiv al unui cristal artificial de safir sau de siliciu pentru a lipi dielectric lipici câteva zeci de cristale semiconductoare strălucire albastru, conectați-le cu conductori în grupuri serie-paralel și umpleți fosforul galben de sus, vom obține un modul LED. Aceasta este Matricea COB. Abrevierea este derivată din combinația de cuvinte englezești Chip-On-Board. Se traduce prin "cristale pe o placă".
Matricile COB utilizează un cip LED fără miez, fără substrat. Aranjamentul este extrem de dens. O mare parte din LED-urile de mare putere sunt produse folosind această tehnologie, inclusiv sute de cristale. Un bun radiator asistat de ventilator, uneori folosind țevi de căldură, poate atinge 150-200 W sau mai mult într-un singur pachet. Matricea oferă un flux direcțional cu un unghi de dispersie de 100-150 de grade la 0,7 din nivelul maxim de radiație.
Clasificare tipică
Tipurile de LED-uri pot include:
- LED-uri single-chip pe un singur cip de mare putere (matrice COB)
- perechi de LED-uri într-un singur pachet - LED-uri indicatoare care clipesc alternativ în două culori, de exemplu roșu și galben
- triplete sau triade de emițătoare cu trei culori principale - roșu, verde și albastru sau RGB .Roșu, verde, albastru.
Dacă LED-ul cu trei cristale are cristale de aceeași culoare, avem un LED super-luminos. Cu cristale de diferite culori, avem triade RGB sau dispozitive de emisie de lumină controlată multicoloră.
SMD este o abreviere pentru Surface Mounted Device (dispozitiv montat pe suprafață). Utilizat pentru automatizarea plasării și lipirii componentelor electronice pe plăcile cu circuite imprimate, inclusiv a LED-urilor. Este utilizat în panglici, benzi, module și plăci de circuite imprimate convenționale.
Culorile de bază includ perechea de culori YB galben și albastru. Există și alte combinații de culori care, după amestecare, dau o culoare albă.
LED-uri COB puternice
Modelele mai mari au găuri de fixare în colțurile carcasei. Modelele mai mici pot fi montate prin lipire pe o placă de circuite imprimate.
În plus față de caracteristicile obișnuite ale LED-urilor, la modelele de mare putere se adaugă câțiva parametri suplimentari:
- puterea nominală, W;
- dimensiunea cipului, mm;
- curentul nominal de funcționare al cipului sau al matricei;
- durata de viață asociată cu standardele L 70, L80 etc.
LED-uri de joasă putere
În ceea ce privește consumul de energie sunt LED-uri de la 0,05 până 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 cu consum redus de energie includ mai multe grupuri de emițători de lumină LED:
- LED-uri SMD convenționale și super-luminoase;
- Diode DIP în pachete cilindrice - pentru montare în găurile plăcii;
- în pachete piranha - pentru montare în deschideri.
Imaginea prezintă LED-urile de sus în jos:
- Carcase DIP cilindrice - cu cabluri flexibile pentru lipirea în găurile plăcii.
- În carcasele de tip piranha, aka Superflux, lipiți în găuri.
- În carcase de plumb planare pentru montarea pe plăcuțe de PCB cu o singură față și cu două fețe sau pe plăci laminate.
Caracteristici LED
LED-urile sunt descrise de o serie de parametri. Cele mai importante sunt
- intensitatea luminoasă și eficiența energetică - Lm și Lm/W;
- unghiul de divergență a fluxului luminos - 0,5 sau 0,7 grade, grade - în modelele convenționale de la 120 la 140 de grade, în modelele indicatoare - de la 15 la 45 de grade
- puterea de operare, W - mică - până la 0,5, medie - 0,5-3, mare - mai mult de 3;
- curentul de funcționare prin diodă, mA sau A;
- culoarea sau nuanța luminii albe, temperatura de culoareKelvin, K - de la 2000-2500 K - alb cald și până la 6500-9500 K - alb rece.
Există și alte specificații, dar acestea sunt utilizate mai rar. De exemplu, caracteristica volt-ampermetrică, sau VAR, a unui LED este curba curentului prin joncțiune în funcție de tensiunea de funcționare aplicată. Se utilizează în calculele electrice ale modului de funcționare a unui LED.
Dimensiuni .
Dimensiunile unui LED sunt determinate de dimensiunile carcasei sale. Pentru carcasele SMD, este vorba de lungime, lățime și grosime. Primele două valori sunt încorporate în denumire, de exemplu, SMD2835, unde cele două perechi de cifre sunt 2,8 mm - lățime și 3,5 mm - lungime. Puteți obține grosimea corpului din descrierea sau fișa tehnică a diodei.
Pentru diodele DIP cilindrice, caracteristicile importante sunt diametrul carcasei și înălțimea acesteia cu lentilă. Trebuie să se țină seama de lungimea cablurilor și de recomandările producătorului pentru îndoirea acestora înainte de montare.
Lungime de undă
O astfel de caracteristică a LED-urilor, cum ar fi lungimea de undă, este folosită foarte rar. Denumită mai frecvent lungimea de undă a luminescenței.
| Nuanța de culoare | Lungime de undă, nm |
|---|---|
| Infraroșu (invizibil) | 760-880 |
| roșu | 620-760 |
| portocaliu | 585-620 |
| galben | 575-585 |
| galben-verde | 555-575 |
| verde | 510-555 |
| albastru | 480-510 |
| albastru | 450-480 |
| violet | 390-450 |
| Ultraviolet (invizibil) | 10-390 |
Lungimea de undă a unei diode se măsoară în nanometri - nm. Aceasta nu este întotdeauna menționată în fișa tehnică a produsului.
Marcarea și codificarea pe culori
Fiecare producător are propriul marcaj al LED-urilor. De exemplu, în denumirea LED-ului - LED-WW-SMD5050 sunt descifrate elementele sale alfabetice și numerice:
- LED - LED;
- WW - Warm White - alb cald - alb cald 2700-3500 K;
- SMD - carcasă pentru montare la suprafață;
- 5050 - dimensiunile pachetului în zecimi de milimetri - 5,0×5,0.
Abrevieri pentru nuanțe de lumină albă:
- DW - Alb de zi (4000-5000 K);
- W - Alb, alb pur (6000-8000 K);
- CW sau WC - Alb rece (8000-10000 K);
- WSC - White Super Cool - alb super rece, temperatura de culoare 15 000 K cu o nuanță albăstruie caracteristică;
- NW - Alb neutru - 5000 K.
Există și alte denumiri pentru LED-uri și culori, sistemul nu este încă pe deplin standardizat, astfel încât producătorii folosesc valori numerice și denumiri diferite pentru nuanțele de lumină albă.
Reprezentare grafică și alfabetică în schemă
Anodul, adică partea pozitivă a LED-ului în diagramele electrice, este reprezentat de un triunghi. Catodul (minus) este indicat cu o liniuță transversală.
Tabelul de tensiune LED
Pentru a se asigura că LED-ul în funcțiune toate caracteristicile date de designul său și tehnologia de fabricație, trebuie să asigure alimentarea cu energie de proiectare. De exemplu, aplicați o tensiune la anodul și catodul său, care va fi ușor mai mare decât tensiunea joncțiunii p-n înainte. Tensiunea în exces trebuie "stinsă" cu o rezistență conectată în serie. Rezistor. Rezistorul se numește rezistență de limitare a curentului. Se utilizează pentru a împiedica curentul să depășească joncțiunea p-n.
Un LED are doi pini de contact - anod și catod, catodul fiind mai scurt decât anodul. În cazul în care lungimea este aceeași, atunci determinați cu o pioneză. Dacă apare o lumină, înseamnă că vă uitați la anod.
Tabelul. Tensiunea directă a joncțiunii p-n a unui LED colorat.
| Culoare de strălucire | Tensiunea de funcționare, directă, V |
|---|---|
| alb | 3,5 |
| roșu | 1,63–2,03 |
| portocaliu | 2,03–2,1 |
| galben | 2,1–2,18 |
| verde | 1,9–4,0 |
| albastru | 2,48–3,7 |
| violet | 2,76–4 |
| infraroșu | până la 1,9 |
| ultraviolete | 3,1–4,4 |
Citește și: Cum să știți câți volți este un LED
Aplicații LED
Domeniile de aplicare a LED-urilor sunt în continuă expansiune. Inițial, acestea au fost folosite ca indicatori luminoși în circuitele de comutare sau în funcționarea echipamentelor electronice. De exemplu, pornirea unui emițător, trecerea la o putere mai mare sau mai mică etc. Ar putea bloca activarea automată, de exemplu, la apariția unui semnal de apel sau pentru a atrage atenția. Au fost utilizate LED-uri intermitente sau monocolore - roșu, galben, verde, albastru.
LED-urile DIP super-luminoase de dimensiuni mici au fost conectate în lanțuri serie-paralel și alimentate direct de la o sursă de alimentare de 220 V. Prin plasarea acestor grupuri consecutive de diode într-un tub de PVC transparent și sigilarea lor cu un material de etanșare transparent, am obținut "neon flexibil" - un "pachet" luminos. Poate fi așezat pe marginea piscinei, pe marginea căii de acces, poate decora acoperișul casei sau un copac din grădină.
Apariția plăcilor flexibile multistrat și a carcaselor SMD pentru montarea pe suprafață a dus la dezvoltarea de plăci flexibile și de carcase SMD. Benzi cu LED-uri..
La început, acestea au fost un mijloc de decorare a spațiilor interioare. Puterea crescută a diodelor SMD și densitatea acestora pe placă au permis începerea utilizării benzilor de LED-uri mai întâi pentru iluminatul auxiliar și apoi pentru iluminatul principal. Creșterea gradului de protecție împotriva prafului și a umezelii a dus la utilizarea benzilor pentru iluminatul decorativ și, mai târziu, pentru iluminatul exterior de bază.
În același timp, au fost dezvoltate lămpi cu LED-uri pentru a înlocui lămpile cu incandescență în lămpi - lămpi de perete, candelabre, lămpi de masă. Au apărut lămpile retrofit - analogii complete ale lămpilor cu incandescență și ale tuburilor fluorescente în ceea ce privește forma, dimensiunea becului și tensiunea de alimentare. A început o înlocuire treptată a lămpilor cu incandescență cu lămpi cu LED-uri. În același timp, producția de LL-uri a fost întreruptă - la început 100 W sau mai mult, apoi 75, 60 etc.
Dezvoltarea LED-urilor unice de mare putere, în special în pachetul Emitter sau PCB Star, a contribuit la apariția lanternelor cu baterii încorporate. Strălucirea și luminescența după un singur ciclu de încărcare au fost de multe ori mai mari decât în trecut.
Controlabilitate excelentă a LED-urilor prin mijloace electronice - controlere și variatoare - controllere de luminozitate, a permis utilizarea unor proiectoare puternice în iluminarea lumino-dinamică a străzilor și piețelor orașelor și localităților din orice regiune a țării.
Benzi cu LED-uri, cum ar fi RGB, RGBW și RGBW a făcut posibilă nu numai obținerea unui flux puternic de lumină albă, ci și varierea culorii albe a acesteia într-o gamă largă, de la galben cald la albastru și albastru rece.
Controlabilitatea noilor surse de lumină face ca acestea să fie utilizate pe scară largă în publicitatea luminoasă - "crawl lines", afișaje luminoase, ecrane de informare etc. Aceste surse de lumină albă și colorată strălucitoare sunt utilizate în reclamele de fațadă și de acoperiș - litere și desene plate și volumetrice, nume de marcă, imagini de marcă comercială și multe altele.
Și toate aceste modele funcționează mult mai mult timp decât cele analoge pe lămpi convenționale, aproape fără întreținere și consumând de multe ori mai puțină energie. Specificațiile pentru LED-uri și diode emițătoare de lumină sunt în continuă creștere. Costul LED-urilor este în scădere, iar aplicațiile se extind.
