Co je to LED - podrobný popis vlastností a typů

LED diody jsou všude: v domech, autech, telefonech. S jejich pomocí je zajištěno jasné osvětlení obrazovek gadgetů, jsou vyráběny ekonomické zdroje osvětlení. Nyní jsou nepostradatelnými zdroji světla. Zvažte zařízení a technické vlastnosti hlavních typů LED.

Co je to LED

LED (z anglického Light Emitting Diode nebo LED) je pevný elektrický zdroj umělého světla vyrobený z p- a n-vodivých polovodičových materiálů. Pomocí několika technologií - depozice přes masky, leptání, epitaxní depozice atd. se získá p-n přechod.

V polovodičovém materiálu typu p jsou proudovými nosiči "díry" - atomy polovodičového krystalu, ve kterých dotováním speciálními kovy vytvářejí nedostatek elektronů. V n-materiálech jsou nosiči přebytečné elektrony v krystalu.

"Díra" je prakticky nehybná. Má kladný náboj rovný náboji elektronu. Elektron, "přeskakující" z vnější dráhy jednoho atomu na vnější dráhu sousedního, posune "díru" v opačném směru.

Princip fungování aneb co svítí v LED

Připojením konstantního napětí o určité velikosti a polaritě na p-n přechod způsobí elektrický proud v přechodu ve formě protiproudu nosičů elektrického náboje – „díry“ – kladné „částice“ a elektrony – záporné. Když se tyto proudy setkají v p-n křižovatce, rekombinují se nebo se spojí. Volný elektron se zvýšenou energií vstoupí do „díry“ a zmizí.

Schéma LED.

Vpravo je n-polovodičová část krystalu, "obohacená" o volné elektrony, vlevo je p-polovodičová část s kladnými "částicemi" - "dírami".

Energie se uvolňuje ve formě světelných kvant. Jsou emitovány, tzn. emitované z konce krystalu. Tok kvant dopadá na reflektor. Jeho leštěný povrch odráží světlo správným směrem. Speciální konfigurace povrchu tvoří požadovaný směrový obrazec světelného toku.

Schéma pro získání světla v p-n přechodu.

Napětí pro napájení přechodu se přivádí "+" - na anodu diody a "-" - na katodu.

Design

Zařízení LED ve svislém řezu.

Teplo odvádějící substrát je vyobrazen v lila. Šedé lichoběžníky - úseky reflexního reflektoru-reflektoru prstencového uspořádání z hliníku.V modrém středu je LED čip-krystal s připojenými zlatými nebo stříbrnými dráty připájenými k vývodům anody a katody.

Typy LED diod

LED diody jsou docela „mladá“ zařízení. Jejich konečná klasifikace se ještě nevyvinula. Proto mnoho známých výrobců používá své vlastní systémy dělení.

Podle jednoho z nich jsou LED diody seskupeny podle jejich účelu takto:

1. Indikátor.
2. Osvětlení.

Indikátory v jejich skupině jsou rozděleny do následujících typů.

DIP diody

Zkratka je odvozena od Dual In-line Package nebo „double in-line placement“. Obvykle jsou pouzdry válce, ale existují také rovnoběžnostěnové. Na spodním konci jsou drátové axiální vývody rovnoběžné s hlavní osou symetrie těla. Výstup katody je kratší než anoda.

Pohled na DIP LED nad DPS, je vidět pájení do pokovených otvorů.

Rozdělení na typy - podle průměru pouzdra a čočky na horním konci. Průměry od 2-3 do 20 mm a více. Barva záře - libovolná, několik odstínů bílé.

Jeden z typů - blikání ve 2 barvách, má 3 výstupy.

Slaměný klobouk

Doslovný překlad je slaměný klobouk nebo bryl. Použití na LED – tělo je jako klobouk se zaobleným vrcholem.

Varianta DIP LED s názvem Straw Hat nebo Straw Hat.

Viditelné jsou vývody různých délek, ten krátký je katoda. Viditelné jsou také omezovače instalační výšky. Pod čočkou je krystal se žlutým fosforem.

Piranha Super Flux

Přímý překlad - superflow. Piraňa - překlad do ruštiny - piraňa. Název LED byl způsoben zvláštnostmi kovových vodičů ve formě úzkých proužků. Pro zjednodušení montáže do otvorů plošného spoje byly při lisování odříznuty rohy na koncích čepů. Takto dopadly ostré „zuby“ dravé ryby.

Na výstupu jsou vyražena „ramena“ - omezovače, které nastavují výšku pouzdra nad deskou. Skříň byla tedy otevřena pro chlazení vzduchem zespodu. Na horní konce vývodů byly umístěny krystaly pro pasivní chlazení.

Umístěním 2 nebo 3 čipů do pouzdra zvýšili tok světla. A dioda spadala do skupiny supersvítivých.

LED typ "piraňa" v průhledném pouzdře.

Je vidět krystal „zakrytý“ čočkou a zúženými tvarovači vývodů instalační výšky.

smd

Zkratka pro Surface Mounted Device, přeloženo z angličtiny - zařízení instalované na povrchu. Vypadají jako obdélníková pouzdra vyrobená z plastu nebo keramiky. Závěry - zespodu a na straně pouzdra ve formě podložek.

Nejčastěji - osvětlení, ale při nízkém výkonu mohou být také indikátorem. Výkony od mW (miliwatt) do W. Záře je jakákoli barva nebo odstín bílého světla.

Přečtěte si také: Vlastnosti SMD LED

OLED

Kromě pevnolátkových LED na bázi polovodičových kovů - křemíku, germania, arsenidu galia atd., existuje skupina LED na filmech organických sloučenin. Říká se jim organické nebo OLED LED - Organic Light Emitting Diode.

Stejně jako polovodičové diody také vyzařují světlo, ale ne s pevnou strukturou, ale s tenkými vrstvami. Zatímco hlavní uplatnění najdeme ve vývoji jednobarevných displejů. Stávající nevýhody barevných OLED fólií jsou různé provozní doby pro fólie různých barev záře. Minimálně je to asi 12-15 tisíc hodin.

Po vylepšení budou takové LED diody široce používány v mobilních telefonech, automobilových a lodních GPS navigacích, v nočních zaměřovačích a zařízeních pro noční lov a střelbu atd.

Videorecenze: srovnání QLED, OLED a LCD (IPS).

Vlákno

V letech 2012-2013objevily se neobvyklé LED diody, které nazvali Filament. Ve skutečnosti se jedná o COB matrice ve formě dlouhých válců o průměru 2-3 a délce 15-30 mm. 28-30 modrých krystalů proložených několika červenými je nalepeno na skleněný nebo safírový váleček. Jsou zapojeny do sériových řetězců a po kontrole provozuschopnosti jsou vyplněny žlutým fosforem.

Tato technologie výroby filamentových modulů se nazývá Chip-On-Glass nebo COG.

Hotové matrice COG se umístí na armatury konvenčních žárovek, instalují se do základny a vkládají se do skleněné nebo plastové baňky. Pro chlazení LED je baňka naplněna heliem.

Výkon lampy - od 2-3 do 10-12 wattů. Světelný tok odpovídá světelné účinnosti běžných LED 80-100 lm/W.

Výsledkem je retrofit LED žárovka. Lampa je často nesprávně označována jako LED žárovka.

Termín retrofit pochází z angličtiny. retrofit - modernizace nebo úprava. Jedná se o nové světelné zdroje v pouzdrech s tradičními rozměry.

Žárovka LED žárovka v "kouli".

Vysoce výkonná žárovka v podlouhlé žárovce.

Výše uvedené údaje se liší výkonem a výrobci vláknové LED žárovky. Ve skleněné baňce se základnou E27 jsou filamentové moduly COL připevněny k filamentovým tvarovkám.

Druh PCB Star

Zkratka pro LED diody tohoto typu je odvozena z anglického sousloví Printed Circuit Board. Jeho překlad je deska s plošnými spoji.

PCB diodová deska typu hvězda.

PCB diodová deska typu hvězda. Výrobcem je americká společnost CREE, XML diode model. Žlutý obdélník je matice COB výkonové diody.

Deska je vyrobena z kovu, který dobře vede teplo, jako je hliník. Konfigurace desky je 6paprsková hvězda.Pole COB LED je továrně namontováno ve středu pravoboku. Deska je natřena černou barvou, aby se zlepšil pasivní odvod tepla, který generuje výkonné pracovní světlo emitující zařízení.

Výkonné LED diody typu hvězda PCB.

6 "hvězd" vlevo - diody různého výkonu a odstínů bílého světla. Spodní dva jsou výkonnější prvky s velkými kruhy žlutého fosforu. Vpravo je sloupec o 4 kusech. – diody pro plošnou montáž na povrch destiček na desce plošných spojů.

Rozměrový nákres výkonné rovinné LED na hvězdici.

Rozměrový nákres výkonné rovinné LED na hvězdici. Výška konstrukce je 6,6 mm, průměr těla diody s planárními vývody je 8 mm, velikost desky Star je 22 mm.

LED COB Matrix

Nalepíme-li dielektrickým lepidlem na teplovodivý substrát z umělého safírového nebo křemíkového krystalu několik desítek modrých polovodičových krystalů, spojených vodiči do sérioparalelních skupin a nahoře vyplněných žlutým fosforem, získáme LED modul. to COB matrice. Zkratka je odvozena z anglické fráze Chip-On-Board. Překládá se jako „krystaly na desce“.

LED kruhová COB-matice vyplněná žlutým fosforem. Podél "ráfku" jsou hnědé kontaktní plošky pro připojení napájecích a/nebo ovládacích obvodů.

COB matrice používají bezobalové LED čipy bez substrátů. Ubytování je extrémně těsné. Tato technologie produkuje významnou část vysoce výkonných LED, včetně stovek krystalů. Dobrý chladič chlazený ventilátorem, někdy využívající tepelné trubice, umožňuje dosáhnout výkonu 150-200 W nebo více v jednom případě.Matrice poskytuje směrový tok s úhlem rozptylu 100-150 stupňů na úrovni 0,7 od radiačního maxima.

Typová klasifikace

Mezi typy LED diod patří:

• jednotlivé LED diody na jediném vysoce výkonném čipu (COB-matice);
• pár LED v jednom balení - indikační diody blikající střídavě ve dvou barvách, např. červená a žlutá;
• trojice nebo triády zářičů tří základních barev - červená, zelená a modrá popř RGB: Červená - Červená, Zelená - Zelená, Modrá - Modrá.

Tříčipová LED v SMD pouzdru pro povrchovou montáž DPS.

Pokud jsou v tříkrystalové LED krystaly stejné barvy záře, máme superjasnou LED. S různými barvami krystalového světla získáme RGB triádu nebo vícebarevné řízené světlo emitující zařízení.

SMD je zkratka pro anglické slovní spojení Surface Mounted Device, zařízení pro povrchovou montáž. Slouží k automatizaci osazování a pájení elektronických součástek na desky plošných spojů, vč. a LED diody. Používá se v páskách, pravítkách, modulech a konvenčních deskách plošných spojů.

Mezi hlavní barvy patří také dvojice barev YB – Žlutá, žlutá a Modrá, modrá. Existují i ​​jiné kombinace barev, které při smíchání dávají bílou.

Výkonné COB LED

Velké modely mají v rozích pouzdra montážní otvory. Menší modely jsou připájeny na desku plošných spojů.

Kromě obvyklých charakteristik LED přidávají výkonné modely několik dalších parametrů:

• jmenovitý výkon, W;
• velikost třísky, mm;
• jmenovitý provozní proud krystalu nebo matrice;
• životnost spojená s normami L 70, L80 atd.

LED diody nízké spotřeby

Z hlediska spotřeby se jedná o LED od 0,05 do 0,5 W, provozní proud - 20-60 mA (průměrný výkon - 0,5-3 W, proud 0,1-0,7 A, velké - více než 3 W, proud 1 A a více) .

Strukturálně nízkoenergetické LED diody zahrnují několik skupin LED světelných zářičů:

• LED v pouzdrech SMD jsou obyčejné a super jasné;
• DIP diody ve válcových pouzdrech - pro montáž do otvorů v deskách plošných spojů;
• v pouzdrech typu piraňa - pro montáž do otvorů.

Nízkoenergetické LED v různých baleních.

Na obrázku jsou LED diody shora dolů:

1. Ve válcových obalech DIP - s ohebnými vodiči pro pájení do otvorů desky.
2. V pouzdrech typu piraňa jsou to také Superflux, pájení skrz otvory.
3. V pouzdrech s planárními vývody pro montáž na kontaktní plošky jednostranných a oboustranných desek plošných spojů nebo do "jamek" vícevrstvých desek.

Vlastnosti LED

LED diody jsou popsány mnoha parametry. Nejdůležitější z nich:

• intenzita světla a energetická účinnost - Lm a Lm / W;
• úhel divergence světelného toku na úrovních 0,5 nebo 0,7 stupňů - pro běžné od 120 do 140 stupňů, pro modely indikátorů - od 15 do 45 stupňů;
• výkon spotřebovaný během provozu, W - malý - do 0,5, střední - 0,5-3, velký - více než 3;
• provozní proud diodou, mA nebo A;
• barva nebo odstín bílého světla Barevná teplota, stupně Kelvina, K - od 2000-2500 K - teplá bílá a do 6500-9500 K - studená bílá.

Existují i ​​další charakteristiky, ale používají se méně často. Například charakteristika proud-napětí, I-V charakteristika LED je křivka proudu procházejícího spojem v závislosti na provozním napětí, které je na něj aplikováno. Používá se v elektrických výpočtech provozního režimu LED.

Rozměry

Rozměry LED jsou určeny rozměry jeho pouzdra.Pro pouzdra SMD - délka, šířka, tloušťka. První dvě hodnoty jsou vloženy do označení, například SMD2835, kde dva páry čísel jsou 2,8 mm - šířka a 3,5 mm - délka. Tloušťka pouzdra musí být převzata z popisu nebo pasu pro diodu.

Rozměry SMD3528 a SMD2835. Vpravo dole je v šedém rohu klíč označující katodu.

Pro válcové DIP diody jsou důležitými charakteristikami průměr pouzdra a jeho výška s čočkou. V tomto případě je nutné vzít v úvahu délku vodičů a doporučení výrobce pro jejich ohýbání před instalací.

Vlnová délka

Taková charakteristika LED jako vlnová délka se používá velmi zřídka. Často se nazývá barva záře.

Vlnová délka svitu diody se měří v nanometrech – nm. Není vždy uvedeno v pasových údajích produktu.

Označení a barevné značení

Každý výrobce má své označení LED. Například v označení LED - LED-WW-SMD5050 jsou dekódovány její abecední a číselné prvky:

• LED - LED;
• WW - barva záře Warm White - teplá bílá 2700-3500 K;
• SMD - balíček pro povrchovou montáž;
• 5050 - rozměry těla v desetinách milimetru - 5,0 × 5,0.

Varianty zkratek pro odstíny bílého světla:

• DW - Day White - bílý den (4000-5000 K);
• W - Bílá, čistě bílá (6000-8000 K);
• CW nebo WC - Cool White - studená bílá (8000-10 000 K);
• WSC - White Super Cool - super studená bílá, barevná teplota 15 000 K s charakteristickým namodralým nádechem;
• NW - Neutrální bílá - neutrální bílá - 5000 K.

Existují další označení pro LED a barvy, systém ještě nebyl plně standardizován, takže výrobci používají různé číselné hodnoty a názvy pro odstíny bílého světla.

Grafický a abecední obrázek na diagramu

Anoda, známá také jako plus LED, je na elektrických obvodech znázorněna jako trojúhelník. Katoda (mínus) - příčná čárka.

Vzhled LED AL307 a její označení na výkresech a schématech.

Běžně používanou zkratkou je latinská zkratka HL.

Tabulka napětí LED

Aby LED za provozu poskytovala všechny vlastnosti specifikované jeho konstrukcí a technologií výroby, je potřeba, aby byla vybavena výpočtovým napájením. Například na jeho anodu a katodu přiveďte napětí, které bude o něco vyšší než stejnosměrné napětí p-n přechodu. Nadměrné napětí by mělo být "zhášeno" v sérii součástí rezistoru. Rezistor se nazývá rezistor omezující proud. Slouží k zamezení nadměrného proudu přes p-n přechod.

LED má dva kontaktní vývody - anodu a katodu, katoda je kratší než anoda. Pokud je délka stejná, tak definovat Můžete je používat s prstovou baterií. Pokud je světlo, pak máte před sebou anodu.

Stůl. Propustné napětí p-n přechodu barevné LED.

Přečtěte si také: Jak zjistit, kolik voltů má LED

Aplikace LED diod

Rozsah LED se neustále rozšiřuje. Zpočátku se používaly jako světelné indikátory v obvodech pro zapínání nebo ovládání elektronických zařízení.Například zapnutí vysílače, přepnutí na zvýšený nebo snížený výkon atp. Mohly by opravit automatickou aktivaci, například když se objeví signál volání nebo přitáhnout pozornost. Používaly se blikající nebo jednobarevné LED - červená, žlutá, zelená, modrá.

Malé supersvítivé DIP LED diody byly zapojeny do sériově paralelních řetězců a napájeny přímo ze sítě 220 V. Umístěním takových sériových skupin diod do průhledné ohebné trubice z PVC a jejich vyplněním průhledným tmelem jsme získali „pružný neon"- svítící" turniket. Může být položen podél boku bazénu, obrubníku cesty, ozdobit střechu domu nebo strom na zahradě.

Použití flexibilního neonu.

Nástup flexibilních vícevrstvých desek a SMD pouzder pro povrchovou montáž vedl k vytvoření flexibilních LED pásky.

Zpočátku to byly prostředky dekorativní výzdoby interiéru. Zvýšení výkonu SMD diod a hustoty jejich umístění na desce umožnilo začít používat LED pásky nejprve pro pomocné a poté pro hlavní osvětlení. Zvýšení stupně ochrany proti prachu a vlhkosti pásek vedlo k jejich použití pro dekorativní osvětlení a poté pro hlavní osvětlení v podmínkách ulice.

Současně se vyvíjely LED lampy, které nahradily žárovky v lampách - svícny, lustry a stolní lampy. Objevily se retrofitové lampy - úplné obdoby žárovek a zářivek co do tvaru, velikosti žárovky a napájecího napětí. Začala postupná výměna žárovek za LED retrofity. Současně byla zastavena výroba LN - nejprve 100 W nebo více, poté 75, 60 atd.

Ke vzniku svítilen s vestavěnou baterií přispěl vývoj výkonných single LED, zejména v balení Emitter nebo PCB Star. Jas a doba svitu po jednom nabíjecím cyklu byla několikanásobně vyšší než u předchozích modelů.

Výborná ovladatelnost LED elektronickými prostředky - ovladači a stmívače - stmívače, umožňovaly použití výkonných reflektorů při světelně dynamickém osvětlení ulic a náměstí měst a obcí v jakémkoli regionu země.

Aplikace v dekorativním osvětlení budov.

Typ LED pásku RGB, RGBW a RGBWW umožnilo nejen získat silné proudy bílého světla, ale také změnit jeho bílý odstín v širokém rozsahu od nažloutlého teplého až po namodralý a modrý studený.

Ovladatelnost nových světelných zdrojů umožňuje jejich široké využití ve světelné reklamě - "plíživé linie", světelné displeje, informační obrazovky atd. Použijte tyto zářivě barevné a bílé světelné zdroje ve fasádní reklamě a na střechách - plochá a trojrozměrná písmena a kresby, názvy značek, obrázky ochranných známek a mnoho dalšího.

A všechny tyto konstrukce fungují mnohem déle než jejich protějšky na běžných lampách, nevyžadují téměř žádnou údržbu a spotřebovávají mnohonásobně méně elektřiny. Technické vlastnosti LED a osvětlovacích zařízení neustále rostou. Náklady na LED klesají a aplikace se rozšiřuje.