Co to jest dioda LED - szczegółowy opis cech i typów
Diody LED są wszędzie: w domach, samochodach, telefonach. Z ich pomocą zapewnione jest jasne oświetlenie ekranów gadżetów, produkowane są ekonomiczne źródła światła. Teraz są niezastąpionym źródłem światła. Rozważ urządzenie i charakterystykę techniczną głównych typów diod LED.
Co to jest dioda LED
Dioda LED (z angielskiego Light Emitting Diode lub LED) to półprzewodnikowe elektryczne źródło sztucznego światła wykonane z materiałów półprzewodnikowych p- i n-przewodzących. Stosując kilka technologii - osadzanie przez maski, trawienie, osadzanie epitaksjalne itp. uzyskuje się złącze p-n.
W materiale półprzewodnikowym typu p nośnikami prądu są „dziury” – atomy kryształu półprzewodnika, w których poprzez domieszkowanie specjalnymi metalami powodują niedobór elektronów. W materiałach n nośnikami są nadmiarowe elektrony w krysztale.
„Dziura” jest praktycznie nieruchoma. Ma ładunek dodatni równy ładunkowi elektronu. Elektron „skacząc” z orbity zewnętrznej jednego atomu na orbitę zewnętrzną sąsiedniego, przesuwa „dziurę” w przeciwnym kierunku.
Zasada działania czyli co się świeci w LED
Podłączając stałe napięcie o określonej wartości i polaryzacji do złącza p-n, powodują prąd elektryczny w złączu w postaci przeciwprądu nośników ładunku elektrycznego - „dziur” - dodatnich „cząstek” i elektronów - ujemnych. Kiedy te strumienie spotykają się w złączu p-n, łączą się ponownie lub łączą. Wolny elektron o zwiększonej energii wchodzi do „dziury” i znika.
Po prawej stronie znajduje się część n-półprzewodnikowa kryształu „wzbogacona” o wolne elektrony, po lewej część p-półprzewodnikowa z dodatnimi „cząstkami” – „dziurami”.
Energia uwalniana jest w postaci kwantów światła. Są emitowane, tj. emitowane z końca kryształu. Strumień kwantów uderza w odbłyśnik. Jej wypolerowana powierzchnia odbija światło we właściwym kierunku. Specjalna konfiguracja powierzchni tworzy wymagany kierunkowy wzór strumienia świetlnego.
Napięcie zasilające przejście jest przykładane „+” - do anody diody, a „-” - do katody.
Projekt
Podłoże usuwające ciepło jest przedstawione w kolorze liliowym. Trapezy szare - odcinki odbłyśnika-odbłyśnika o układzie pierścieniowym wykonane z aluminium.W niebieskim środku znajduje się chip-kryształ LED z połączonymi złotymi lub srebrnymi przewodami przylutowanymi do zacisków anody i katody.
Rodzaje diod LED
Diody LED to dość „młode” urządzenia. Ich ostateczna klasyfikacja jeszcze się nie rozwinęła. Dlatego wielu znanych producentów stosuje własne systemy podziału.
Według jednego z nich diody LED są pogrupowane według ich przeznaczenia w następujący sposób:
- Wskaźnik.
- Oświetlenie.
Wskaźniki w swojej grupie dzielą się na następujące typy.
Diody DIP
Skrót pochodzi od Dual In-line Package lub „double in-line placement”. Zwykle obudowy to cylindry, ale zdarzają się też równoległościany. Na dolnym końcu znajdują się druciane wyprowadzenia osiowe równoległe do głównej osi symetrii korpusu. Wyjście katody jest krótsze niż anody.
Podział na typy - ze względu na średnicę obudowy i soczewkę na górnym końcu. Średnice od 2-3 do 20 mm i więcej. Kolor blasku - dowolny, kilka odcieni bieli.
Jeden z typów - migający w 2 kolorach, posiada 3 wyjścia.
Słomiany kapelusz
Dosłowne tłumaczenie to słomkowy kapelusz lub bryl. Zastosowanie do diod LED – ciało jest jak kapelusz z zaokrągloną górą.
Widoczne są wyprowadzenia o różnej długości, krótki to katoda. Widoczne są również ograniczniki wysokości montażu. Pod soczewką znajduje się kryształ z żółtym luminoforem.
Super Flux Pirania
Tłumaczenie bezpośrednie - superflow. Piranha - tłumaczenie na rosyjski - pirania. Nazwa diody LED wynikała ze specyfiki metalowych wyprowadzeń w postaci wąskich pasków. Aby uprościć montaż w otworach płytki drukowanej, rogi zostały odcięte na końcach kołków podczas tłoczenia. Tak okazały się ostre „zęby” drapieżnej ryby.
Na wyjściu wybite są „ramiona” - ograniczniki, które ustalają wysokość obudowy nad płytą. Otwarto więc skrzynię do chłodzenia powietrzem od dołu. Na górnych końcach wyprowadzeń umieszczono kryształy do chłodzenia pasywnego.
Umieszczając 2 lub 3 żetony w obudowie, zwiększyły przepływ światła. A dioda trafiła do grona superjasnych.
Widać kryształ „przykryty” soczewką oraz zwężone kształtowniki o wysokości montażu.
smd
Skrót od Surface Mounted Device w tłumaczeniu z języka angielskiego – urządzenie instalowane na powierzchni. Wyglądają jak prostokątne etui wykonane z tworzywa sztucznego lub ceramiki. Wyprowadzenia - od dołu i z boku obudowy w postaci nakładek.
Najczęściej - oświetlenie, ale przy małej mocy mogą też być wskaźnikiem. Moce od mW (miliwata) do W. Blask to dowolny kolor lub odcień białego światła.
Przeczytaj także: Charakterystyka diod LED SMD
OLED
Oprócz diod półprzewodnikowych na bazie półprzewodników - krzemu, germanu, arsenku galu itp. istnieje grupa diod LED na filmach związków organicznych. Nazywane są diodami organicznymi lub OLED - Organic Light Emitting Diode.
One również, podobnie jak diody półprzewodnikowe, emitują światło, ale nie o stałej strukturze, ale cienkimi warstwami. Podczas gdy główne zastosowanie znajduje się w rozwoju wyświetlaczy jednokolorowych. Istniejące wady kolorowych folii OLED to różne czasy działania folii o różnych kolorach blasku. Minimum to około 12-15 tysięcy godzin.
Po ulepszeniu takie diody LED będą szeroko stosowane w telefonach komórkowych, samochodach i statkach nawigatorów GPS, w celownikach nocnych i urządzeniach do nocnych polowań i strzelania itp.
Recenzja wideo: porównanie QLED, OLED i LCD (IPS).
Włókno
W latach 2012-2013Pojawiły się niezwykłe diody LED, które nazwali Filament. W rzeczywistości są to matryce COB w postaci długich cylindrów o średnicy 2-3 i długości 15-30 mm. 28-30 niebieskich kryształów przeplatanych kilkoma czerwonymi nakleja się na szklany lub szafirowy cylinder. Są połączone szeregowo, a po sprawdzeniu przydatności są wypełnione żółtym luminoforem.
Ta technologia wytwarzania modułów filamentu nazywana jest Chip-On-Glass lub COG.
Gotowe matryce COG są umieszczane na oprawach konwencjonalnych żarówek, instalowane w podstawie i umieszczane w szklanej lub plastikowej kolbie. Aby schłodzić diody, kolbę wypełnia się helem.
Moc lampy - od 2-3 do 10-12 watów. Strumień świetlny odpowiada skuteczności świetlnej konwencjonalnych diod LED na poziomie 80-100 lm/W.
Rezultatem jest żarówka LED typu retrofit. Lampa jest często błędnie nazywana żarówką LED.
Termin modernizacja pochodzi z języka angielskiego. retrofit - modernizacja lub modyfikacja. Są to nowe źródła światła w obudowach o tradycyjnych wymiarach.
Powyższe liczby różnią się pod względem mocy i producentów żarnikowe lampy LED. W szklanej kolbie z podstawą E27 moduły filamentu COL są przymocowane do złączy filamentu.
Rodzaj gwiazdy PCB
Skrót dla diod LED tego typu pochodzi od angielskiej frazy Printed Circuit Board. Jego tłumaczeniem jest płytka drukowana.
Płytka diodowa typu Star. Producentem jest amerykańska firma CREE, model diody XML. Żółty prostokąt to matryca COB diody mocy.
Płytka wykonana jest z metalu dobrze przewodzącego ciepło, np. aluminium. Konfiguracja płytki to gwiazda 6-ray.Matryca COB LED jest fabrycznie montowana na środku gwiazdy. Płytka jest pomalowana na czarno, aby zwiększyć pasywne rozpraszanie ciepła, które generuje wydajne urządzenie emitujące światło robocze.
6 "gwiazd" po lewej - diody o różnej mocy i odcieniach światła białego. Dwa dolne to mocniejsze elementy z dużymi kręgami żółtego luminoforu. Po prawej stronie jest kolumna z 4 kawałkami. – diody do montażu planarnego na powierzchni padów na płytce drukowanej.
Rysunek wymiarowy potężnej planarnej diody LED na gwiaździstej tablicy. Wysokość konstrukcji to 6,6 mm, średnica korpusu diody z wyprowadzeniami planarnymi to 8 mm, wielkość płytki Star to 22 mm.
Matryca LED COB
Jeśli kilkadziesiąt niebieskich kryształów półprzewodnikowych zostanie przyklejonych klejem dielektrycznym na przewodzącym ciepło podłożu wykonanym ze sztucznego szafiru lub kryształu krzemu, połączonych przewodnikami w grupy szeregowo-równoległe i wypełnionym od góry żółtym luminoforem, otrzymujemy moduł LED. to Macierz COB. Skrót pochodzi od angielskiego wyrażenia Chip-On-Board. Jest tłumaczone jako „kryształy na planszy”.
Matryce COB wykorzystują chipy chipowe LED bez opakowań bez podłoży. Zakwaterowanie jest bardzo ciasne. Technologia ta wytwarza znaczną część diod LED o dużej mocy, w tym setki kryształów. Dobry radiator chłodzony wentylatorem, czasami wykorzystujący ciepłowody, pozwala w jednym przypadku osiągnąć moc 150-200 W lub więcej.Matryca zapewnia kierunkowy przepływ o kącie rozpraszania 100-150 stopni na poziomie 0,7 od maksimum promieniowania.
Klasyfikacja typu
Rodzaje diod LED obejmują:
- pojedyncze diody LED na jednym chipie o dużej mocy (matryca COB);
- para diod w jednym opakowaniu - diody sygnalizacyjne migające naprzemiennie w dwóch kolorach np. czerwonym i żółtym;
- trojaczki lub triady emiterów trzech podstawowych kolorów - czerwony, zielony i niebieski lub RGB: czerwono-czerwony, zielono-zielony, niebiesko-niebieski.
Jeśli w trójkryształowej diodzie LED są kryształy o tej samej barwie świecenia, mamy super jasną diodę LED. Przy różnych barwach światła kryształowego otrzymujemy triadę RGB lub wielokolorowe urządzenie emitujące światło.
SMD to skrót od angielskiej frazy Surface Mounted Device, urządzenie do montażu powierzchniowego. Służy do automatyzacji umieszczania i lutowania elementów elektronicznych na płytkach drukowanych, m.in. i diody LED. Stosowany w taśmach, linijkach, modułach i konwencjonalnych płytkach drukowanych.
Do głównych kolorów należy również para kolorów YB - żółty, żółty i niebieski, niebieski. Istnieją inne kombinacje kolorów, które po zmieszaniu dają biel.
Mocne diody COB
Duże modele posiadają otwory montażowe w rogach obudowy. Mniejsze modele są lutowane na płytce drukowanej.
Oprócz zwykłych cech diod LED, potężne modele dodają kilka dodatkowych parametrów:
- moc znamionowa, W;
- wielkość wióra, mm;
- znamionowy prąd roboczy kryształu lub matrycy;
- żywotność związana z normami L 70, L80 itp.
Diody LED małej mocy
Pod względem poboru mocy są to diody LED od 0,05 do 0,5 W, prąd pracy - 20-60 mA (średnia moc - 0,5-3 W, prąd 0,1-0,7 A, duża - ponad 3 W, prąd 1 A i więcej) .
Strukturalnie diody LED małej mocy obejmują kilka grup emiterów światła LED:
- Diody LED w obudowach SMD są zwykłe i superjasne;
- Diody DIP w obudowach cylindrycznych - do montażu w otworach w płytkach drukowanych;
- w skrzynkach typu pirania - do montażu w otworach.
Na zdjęciu diody LED od góry do dołu:
- W cylindrycznych opakowaniach DIP - z elastycznymi wyprowadzeniami drutu do wlutowania w otwory płytki.
- W obudowach typu piranii są to również Superfluxy, lutowane przez otwory.
- W obudowach z wyprowadzeniami planarnymi do montażu na polach stykowych jedno- i dwustronnych płytek drukowanych lub w „studzienkach” płytek wielowarstwowych.
Charakterystyka diod LED
Diody są opisane wieloma parametrami. Najważniejsze z nich:
- natężenie światła i efektywność energetyczna - Lm i Lm/W;
- kąt rozbieżności strumienia świetlnego na poziomie 0,5 lub 0,7 stopnia - dla zwykłych od 120 do 140 stopni, dla modeli wskaźnikowych - od 15 do 45 stopni;
- moc pobierana podczas pracy, W - mała - do 0,5, średnia - 0,5-3, duża - ponad 3;
- prąd roboczy przez diodę, mA lub A;
- kolor lub odcień światła białego Kolorowa temperatura, stopnie Kelvina, K - od 2000-2500 K - ciepła biel i do 6500-9500 K - zimna biel.
Istnieją inne cechy, ale są one używane rzadziej. Na przykład charakterystyka prądowo-napięciowa, charakterystyka I-V diody LED jest krzywą prądu płynącego przez złącze w funkcji napięcia roboczego przyłożonego do niego. Służy do obliczeń elektrycznych trybu pracy LED.
Wymiary
Wymiary diody LED określają wymiary jej obudowy.Do skrzynek SMD - długość, szerokość, grubość. Pierwsze dwie wartości są osadzone w oznaczeniu, na przykład SMD2835, gdzie dwie pary liczb to 2,8 mm - szerokość i 3,5 mm - długość. Grubość obudowy należy pobrać z opisu lub paszportu diody.
W przypadku cylindrycznych diod DIP ważnymi cechami są średnica obudowy i jej wysokość z soczewką. W takim przypadku należy wziąć pod uwagę długość przewodów i zalecenia producenta dotyczące ich gięcia przed montażem.
Długość fali
Taka cecha diod LED, jak długość fali, jest stosowana bardzo rzadko. Często nazywany kolorem blasku.
| Odcień koloru | Długość fali, nm |
|---|---|
| podczerwień (niewidoczna) | 760-880 |
| czerwony | 620-760 |
| Pomarańczowy | 585-620 |
| żółty | 575-585 |
| żółty zielony | 555-575 |
| Zielony | 510-555 |
| niebieski | 480-510 |
| niebieski | 450-480 |
| fioletowy | 390-450 |
| UV (niewidoczne) | 10-390 |
Długość fali świecenia diody mierzona jest w nanometrach - nm. Nie zawsze jest to wskazane w danych paszportowych produktu.
Oznaczenie i oznaczenie kolorem
Każdy producent ma własne oznaczenie diod LED. Na przykład w oznaczeniu diody LED - LED-WW-SMD5050 dekodowane są jej elementy alfabetyczne i numeryczne:
- LED - LED;
- WW - barwa poświaty Ciepła biel - ciepła biel 2700-3500 K;
- SMD - pakiet do montażu powierzchniowego;
- 5050 - wymiary nadwozia w dziesiątych częściach milimetra - 5,0×5,0.
Warianty skrótów dla odcieni światła białego:
- DW - Day White - biały dzień (4000-5000 K);
- W - Biały, czysto biały (6000-8000 K);
- CW lub WC - Cool White - zimna biel (8000-10 000 K);
- WSC - White Super Cool - super zimna biel, temperatura barwowa 15 000 K z charakterystycznym niebieskawym odcieniem;
- NW - neutralna biel - neutralna biel - 5000 K.
Istnieją inne oznaczenia diod LED i kolorów, system nie został jeszcze w pełni ustandaryzowany, dlatego producenci stosują różne wartości liczbowe i nazwy odcieni białego światła.
Graficzny i alfabetyczny obraz na schemacie
Anoda, znana również jako plus diody LED, jest pokazana jako trójkąt na obwodach elektrycznych. Katoda (minus) - kreska poprzeczna.
Tabela napięcia LED
Aby dioda LED zapewniała podczas pracy wszystkie cechy określone przez jej konstrukcję i technologię produkcji, należy zapewnić jej obliczoną moc zasilania. Na przykład przyłóż napięcie do jego anody i katody, które będzie nieco wyższe niż napięcie stałe złącza p-n. Nadmierne napięcie powinno być „ugaszone” szeregowo w zestawie rezystor. Rezystor nazywany jest rezystorem ograniczającym prąd. Służy do zapobiegania nadmiernemu prądowi przez złącze p-n.
Dioda LED posiada dwa przewody stykowe - anodę i katodę, katoda jest krótsza od anody. Jeśli długość jest taka sama, to definiować Możesz ich używać z baterią palcową. Jeśli jest światło, masz przed sobą anodę.
Stół. Napięcie przewodzenia złącza p-n kolorowej diody LED.
| Kolor blasku | Napięcie robocze, bezpośrednie, V |
|---|---|
| biały | 3,5 |
| czerwony | 1,63–2,03 |
| Pomarańczowy | 2,03–2,1 |
| żółty | 2,1–2,18 |
| Zielony | 1,9–4,0 |
| niebieski | 2,48–3,7 |
| fioletowy | 2,76–4 |
| podczerwień | do 1,9 |
| UV | 3,1–4,4 |
Przeczytaj także: Jak sprawdzić, ile woltów ma dioda LED?
Zastosowanie diod LED
Zakres diod LED stale się poszerza. Początkowo były używane jako wskaźniki świetlne w obwodach do włączania lub obsługi sprzętu elektronicznego.Np. włączenie nadajnika, przełączenie na zwiększoną lub zmniejszoną moc itp. Mogą naprawić automatyczną aktywację, na przykład, gdy pojawi się sygnał połączenia lub przyciągnąć uwagę. Zastosowano diody LED migające lub jednokolorowe - czerwone, żółte, zielone, niebieskie.
Niewielkie superjasne diody DIP LED zostały połączone w łańcuchy szeregowo-równoległe i zasilane bezpośrednio z sieci 220 V. Umieszczając takie serie diod w przezroczystej elastycznej rurce PCV i wypełniając je przezroczystym uszczelniaczem, otrzymaliśmy "elastyczny neon"- świecąca" opaska uciskowa. Można go położyć wzdłuż boku basenu, krawężnika ścieżki, ozdobić dach domu lub drzewo w ogrodzie.
Pojawienie się elastycznych płyt wielowarstwowych i pakietów SMD do montażu powierzchniowego doprowadziło do stworzenia elastycznych Taśmy LED.
Początkowo były to środki dekoracyjnej dekoracji wnętrz. Wzrost mocy diod SMD oraz zagęszczenie ich rozmieszczenia na płytce pozwoliły na rozpoczęcie stosowania taśm LED najpierw do oświetlenia pomocniczego, a następnie głównego. Wzrost stopnia ochrony przed kurzem i wilgocią taśm doprowadził do zastosowania ich do oświetlenia dekoracyjnego, a następnie do oświetlenia głównego w warunkach ulicznych.
W tym samym czasie opracowywano lampy LED, które miały zastąpić żarówki w lampach – kinkiety, żyrandole i lampy stołowe. Pojawiły się lampy modernizacyjne - kompletne analogi żarówek i świetlówek pod względem kształtu, wielkości żarówki i napięcia zasilania. Rozpoczęła się stopniowa wymiana żarówek na retrofity LED. W tym samym czasie zatrzymano produkcję LN - najpierw 100 W lub więcej, potem 75, 60 itd.
Rozwój potężnych pojedynczych diod LED, zwłaszcza w pakiecie Emitter lub PCB Star, przyczynił się do pojawienia się latarek z wbudowaną baterią. Jasność i czas trwania poświaty po jednym cyklu ładowania był kilkakrotnie wyższy niż w poprzednich modelach.
Doskonała sterowalność diod LED za pomocą środków elektronicznych - kontrolerów i ściemniacze - ściemniacze, pozwoliły na zastosowanie mocnych reflektorów w oświetleniu dynamicznym światłem ulic i placów miast i miasteczek w dowolnym regionie kraju.
Typ taśmy LED RGB, RGBW i RGBWW umożliwiło nie tylko uzyskanie silnych strumieni białego światła, ale także zmianę jego białego odcienia w szerokim zakresie od żółtawego ciepłego do niebieskawego i niebieskiego zimnego.
Możliwość sterowania nowymi źródłami światła pozwala na ich szerokie zastosowanie w reklamie świetlnej - "linie pełzające", wyświetlacze świetlne, ekrany informacyjne itp. Używaj tych jasnych i białych źródeł światła w reklamach elewacyjnych i na dachach — płaskie i trójwymiarowe litery i rysunki, nazwy marek, obrazy znaków towarowych i wiele więcej.
A wszystkie te projekty działają znacznie dłużej niż ich odpowiedniki na konwencjonalnych lampach, prawie nie wymagają konserwacji i zużywają wielokrotnie mniej energii elektrycznej. Parametry techniczne diod LED i sprzętu oświetleniowego stale się rozwijają. Koszt diod LED spada, a zastosowanie się rozwija.
