Hvad er en LED - detaljeret beskrivelse af egenskaber og typer

Lysdioder er overalt: i hjem, biler, telefoner. De kan bruges til at oplyse skærme eller til at skabe energibesparende lyskilder. Nu er den en uundværlig lyskilde. Lad os se på enheden og de tekniske egenskaber ved de vigtigste typer af LED'er.

Hvad er en LED

LED (fra Light Emitting Diode, eller LED) - en elektrisk faststofkilde til kunstigt lys, fremstillet af halvledermaterialer med p- og n-ledende p- og n-lederskab. Ved hjælp af en række teknikker - maskeudfældning, ætsning, epitaktisk udfældning osv. - fremstilles et p-n-forbindelse.

I et p-type halvledermateriale er strømbærerne "huller" - atomer i halvlederkrystallen, som ved at blive doteret med særlige metaller skaber mangel på elektroner. I n-materialer er bærerne de overskydende elektroner i krystallen.

"Hullet" er faktisk stationært. Den har en positiv ladning, der er lig med elektronens ladning. En elektron, der "hopper" fra et atoms ydre bane til et naboatoms ydre bane, flytter "hullet" i den modsatte retning.

Hvordan den virker, eller hvad der lyser på en LED

Elektrisk strøm i form af en modstrømsstrøm af elektriske ladningsbærere - "huller" - positive "partikler" og elektroner - negative partikler - kan induceres ved at tilslutte en konstant spænding af en vis størrelse og polaritet til et p-n-forbindelsesled. Når disse strømme mødes i p-n-forbindelsen, rekombineres de eller smelter sammen. En fri elektron med øget energi kommer ind i "hullet", og det forsvinder.

Skematisk diagram af en lysemitterende diode.

Til højre er n-halvlederdelen af krystallen "beriget" med frie elektroner, og til venstre er p-halvlederdelen med positive "partikler" - "huller".

Energi frigives i form af lyskvanter. De udsendes, dvs. udstråles fra enden af krystallen. Kvantastrømmen rammer reflektoren. Dens polerede overflade reflekterer lyset i den ønskede retning. Det ønskede retningsmønster af lysstrømmen dannes ved en særlig konfiguration af overfladen.

Skema til produktion af lys i et p-n-forbindelse.

Spændingen til at aktivere krydset påføres "+" til anoden af dioden og "-" til katoden.

Design

Diodestruktur i lodret snit.

Den lilla farve viser det varmesænkende substrat. Grå trapezer repræsenterer tværsnit af en cirkulær reflektor af aluminium. I midten af den blå er LED-chippen med guld- eller sølvtråde loddet til anode- og katodestifterne.

Typer af LED'er

Lysdioder - en ret "ung" enhed. Deres endelige klassificering er endnu ikke fastlagt. Derfor bruger mange kendte producenter deres egne underinddelingssystemer.

Ifølge en af disse er lysdioder grupperet efter deres formål som følger:

1. Indikator.
2. Oplysende.

Indikator-LED'er i deres gruppering er opdelt i følgende typer.

DIP-dioder .

Forkortelsen er afledt af "Dual In-line Package" eller "dobbelt in-line arrangement". Normalt er husene cylindere, men der findes også parallellepipeder. I den nederste ende er der ledninger i trådakserne, som er parallelle med kabinettets hovedsymmetriakse. Katodekablet er kortere end anodekablet.

Udsigt til DIP-LED'en over PCB'et, der viser lodning i de metalliserede huller.

Opdeling i typer efter diameter og linse i den øverste ende. Diameteren varierer fra 2-3 mm til 20 mm eller mere. Glow-farve - enhver farve, der findes flere hvide nuancer.

Den ene type blinker i 2 farver og har 3 ledninger.

Halmhat.

En bogstavelig oversættelse af en stråhat eller en skygge. Når den anvendes på lysdioder – Huset ligner en hat med en afrundet top.

En variant af DIP LED'en kaldet Straw Hat eller "stråhat".

Man kan se de forskellige ledninger i forskellige længder, den korte er katoden. Monteringshøjdebegrænsningerne er også synlige. Under linsen er der et krystal med gul fosfor.

Super Flux "Piranha"

Direkte oversættelse - super flux. Piranha oversættes til russisk som piranha. Navnet Piranha stammer fra metalterminalerne i form af smalle striber. LED'en blev fremstillet med hjørnerne afskåret i enderne af ledningerne under stempling for at gøre det lettere at passe ind i hullerne i printkortet. Dette resulterede i en rovfisks skarpe "tænder".

Skuldrene - de anslag, der fastlægger kassens højde over brættet - blev stemplet på stifterne. Dette åbnede kabinettet for luftkøling nedefra. Krystaller til passiv køling er anbragt på de øverste ender af stifterne.

Ved at placere 2 eller 3 chips i huset blev lysstrømmen øget. Det gør dioden til en af de mest lysstærke LED'er.

Piranha LED i en gennemsigtig kasse.

Du kan se krystallen, der er "dækket" af linsen, og de koniske stifter, der udgør monteringshøjden.

SMD

Forkortelse for Surface Mounted Device (overflademonteret enhed), oversættes til overflademonteret enhed. De er rektangulære plast- eller keramikhuse. Terminalerne er placeret i bunden og på siden af huset i form af kontaktplader.

Oftest oplyst, men ved lav effekt kan det også være indikerende. Kapaciteterne varierer fra mW (milliwatts) til W. Glow - enhver farve eller nuance af hvidt lys.

Læs også: SMD LED-egenskaber

OLED

Ud over faststof-LED'er baseret på halvledermetaller - silicium, germanium, galliumarsenid osv. - findes der en gruppe LED'er på film af organiske forbindelser. Disse kaldes organiske eller OLED'er - Organic Light Emitting Diode (organiske lysdioder).

Ligesom halvlederdioder udsender de lys, men ikke med en faststofstruktur, men med tynde film. Indtil videre er den vigtigste anvendelse udviklingen af monokrome skærme. De eksisterende ulemper ved farvede OLED-film er de forskellige løbetider for film med forskellige farver af luminescens. Som minimum er det omkring 12-15 tusind timer.

Når sådanne lysdioder først er blevet forbedret, vil de blive anvendt i mobiltelefoner, GPS-navigatorer til biler og skibe, natvisere og apparater til natjagt og skydning osv.

Video - oversigt: sammenligning af QLED, OLED og LCD (IPS).

Filament

I 2012-2013 var der usædvanlige LED'er, som kaldes Filament. De er grundlæggende COB-matrixer i form af lange cylindre med en diameter på 2-3 og en længde på 15-30 mm. På en glas- eller safircylinder er der limet 28-30 blå krystaller med flere røde krystaller. De forbindes i kæder efter hinanden og fyldes med gult fosfor, efter at de er kontrolleret for korrekt funktion.

Denne filamentteknologi kaldes Chip-On-Glass eller COG.

Præfabrikerede COG-matricer placeres på fatningerne på konventionelle glødelamper, monteret i en sokkel og anbragt i en glas- eller plastpære. Pæren er fyldt med helium for at køle LED'erne.

Lampenes effekt er 2-3 til 10-12 W. Lysstrømmen svarer til lyseffektiviteten for konventionelle LED'er, som er 80-100 Lm/W.

Resultatet er en LED-eftermontering af en glødepære. Lampen kaldes ofte fejlagtigt for en LED-glødepære.

Udtrykket retrofit kommer fra retrofit. Der er tale om nye lyskilder i kabinetter med traditionelle dimensioner.

En filament LED-pære i en kugleformet pære.

Glødelampe med høj effekt i en langstrakt pære.

Ovenstående figurer viser forskellige watt og producenter LED-glødelamper. I en glaspære med E27-sokkel er COL-modulerne fastgjort til glødetrådsarmaturet.

Type PCB stjerne

Forkortelsen for denne type LED er afledt af det engelske udtryk Printed Circuit Board. Det betyder printkort.

PCB Star diode board.

PCB Star diode board. Produceret af det amerikanske firma CREE, Model XML. Det gule rektangel er COB-matrixen for højkapacitetsdioden.

Pladen er fremstillet af et metal, der leder varme godt, f.eks. aluminium. Bestyrelsens konfiguration er en 6-bjælke stjerne. COB LED-matrixen er monteret på fabrikken i midten af stjernekortet. Kortet er malet sort for at øge den passive varmeafledning fra den kraftige lyssender.

Kraftige lysdioder af PCB Star-typen.

De 6 "stjerner" til venstre er dioder med forskellige wattydelser og nuancer af hvidt lys. De to nederste er mere kraftfulde elementer med store gule fosforcirkler. Til højre er der en kolonne med 4. - Dioder til planar montering på overfladen af kontaktpladerne på printkortet.

Dimensionel tegning af en højtydende planar LED på et stjerneprintkort.

Dimensionel tegning af en højtydende planar LED på en stjerneplade. Konstruktionshøjden er 6,6 mm, diodens kropsdiameter med plane stifter er 8 mm, størrelsen af Star boardet er 22 mm.

COB-LED-matrix

Hvis på et termisk ledende substrat af en kunstig krystal af safir eller silicium til lim dielektrisk lim et par dusin halvlederkrystaller blå glød, forbinde dem med ledere i serie-parallelle grupper og fylde den øverste gule fosfor, får vi et LED-modul. Dette er COB-matrix. Forkortelsen er afledt af den engelske ordkombination Chip-On-Board. Det kan oversættes som "krystaller på en tavle".

En rund LED COB-matrix fyldt med gul fosfor. Langs "rammen" er der brune kontaktplader til strøm- og/eller kontrolkredsløb.

COB-matricer anvender en kernefri LED-chip uden et substrat. Arrangementet er ekstremt tæt. En stor del af de kraftige lysdioder fremstilles ved hjælp af denne teknologi, herunder hundredvis af krystaller. Med en god køleplade med ventilator, der undertiden anvender heatpipes, kan man opnå 150-200 W eller mere i en enkelt pakke. Matrixen giver en retningsbestemt flux med en spredningsvinkel på 100-150 grader ved 0,7 af det maksimale strålingsniveau.

Typisk klassificering

Typerne af lysdioder kan omfatte:

• single-chip-LED'er på en enkelt højtydende chip (COB-matrix)
• par af lysdioder i én pakke - indikator-LED'er, der blinker skiftevis i to farver, f.eks. rød og gul
• tripletter eller triader af emittere med tre hovedfarver - rød, grøn og blå eller RGB .Rød, grøn, blå.

Tre-chip LED i SMD-pakning til montering på PCB-overflade.

Hvis den trekrystalede LED har krystaller af samme farve, har vi en superlysende LED. Med forskellige farvede krystaller har vi RGB-triader eller flerfarvede kontrollerede lysemitterende enheder med flere farver.

SMD er en forkortelse for Surface Mounted Device (overflademonteret enhed). Anvendes til automatisering af placering og lodning af elektroniske komponenter på printplader, herunder LED'er. Det anvendes i bånd, strips, moduler og konventionelle printplader.

Grundfarverne omfatter YB-farveparret gul og blå. Der findes andre farvekombinationer, som giver en hvid farve efter blanding.

Kraftfulde COB LED'er

De større modeller har fastgørelseshuller i hjørnerne af huset. De mindre modeller kan monteres ved at lodde dem på et printkort.

Ud over de sædvanlige egenskaber for lysdioder tilføjes flere yderligere parametre til højtydende modeller:

• effekt, W;
• chipstørrelse, mm;
• chipens eller matrixens nominelle driftsstrøm;
• levetid i forbindelse med standarderne L 70, L80 osv.

Lysdioder med lav effekt

Med hensyn til strømforbrug er lysdioder fra 0,05 til 0,5 W, driftstrøm - 20-60 mA (gennemsnitlig effekt - 0,5-3 W, strøm 0,1-0,7 A, høj - mere end 3 W, strøm 1 A og mere).

Strukturelt set omfatter lavenergilysdioder flere grupper af LED-lysemittere:

• SMD konventionelle og superlyse lysdioder;
• DIP-dioder i cylindriske pakninger - til montering i huller i printplader;
• i piranha-pakker - til montering i åbninger.

LED'er med lav effekt i forskellige kabinetter.

Billedet viser lysdioderne fra top til bund:

1. Cylindriske DIP-kabinetter - med fleksible ledninger til lodning i huller i printpladen.
2. I kabinetter af piranha-typen, også kaldet Superflux, loddes der i hullerne.
3. I plane ledningshuse til montering på enkeltsidede og dobbeltsidede PCB-pads eller i laminerede printpladehuller.

LED-funktioner

Lysdioder beskrives ved hjælp af en række parametre. De vigtigste er

• lysstyrke og energieffektivitet - Lm og Lm/W;
• divergensvinkel af lysstrømmen - 0,5 eller 0,7 grader, grader - i konventionelle modeller fra 120 til 140 grader, i indikatormodeller - fra 15 til 45 grader
• driftseffekt, W - lille - op til 0,5, medium - 0,5-3, stor - mere end 3;
• Driftsstrøm gennem dioden, mA eller A;
• farve eller nuance af hvidt lys, farvetemperaturKelvin, K - fra 2000-2500 K - varm hvid og op til 6500-9500 K - kold hvid.

Der findes andre specifikationer, men de anvendes sjældnere. F.eks. er volt-ampere-karakteristikken (VAR) for en LED kurven for strømmen gennem forbindelsen som funktion af den anvendte driftsspænding. Den bruges til elektriske beregninger af en LED's driftstilstand.

Dimensioner .

En LED's dimensioner bestemmes af dimensionerne på dens kabinet. For SMD-huse er det længde, bredde og tykkelse. De to første værdier er indlejret i betegnelsen, f.eks. SMD2835, hvor de to cifferpar er 2,8 mm - bredde og 3,5 mm - længde. Du kan få oplyst tykkelsen på diodens beskrivelse eller databladet for dioden.

Dimensioner . SMD3528 и SMD2835. Det grå hjørne nederst til højre er nøglen, der angiver katoden.

For cylindriske DIP-dioder er de vigtige egenskaber husets diameter og dets højde med linse. Der skal tages hensyn til længden af ledningerne og producentens anbefalinger om at bøje dem før montering.

Bølgelængde

En sådan egenskab ved lysdioder som bølgelængde anvendes meget sjældent. Mere almindeligt benævnt bølgelængde for luminescens.

Bølgelængden for en diode måles i nanometer - nm. Det er ikke altid angivet i produktdatabladet.

Mærkning og farvekodning

Hver producent har sin egen mærkning af lysdioder. For eksempel har LED-WW-SMD505050 en dechifrering af de alfabetiske og numeriske elementer:

• LED - LED;
• WW - Warm White - varm hvid 2700-3500 K;
• SMD - hus til overflademontering;
• 5050 - pakkens dimensioner i tiendedele af millimeter - 5,0×5,0.

Forkortelser for nuancer af hvidt lys:

• DW - Day White (4000-5000 K);
• W - Hvid, ren hvid (6000-8000 K);
• CW eller WC - Cool White (8000-10000 K);
• WSC - White Super Cool - hvid superkølig, farvetemperatur 15 000 K med et karakteristisk blåligt skær;
• NW - Neutral hvid - 5000 K.

Der findes andre betegnelser for lysdioder og farver, systemet er endnu ikke fuldt ud standardiseret, så producenterne bruger forskellige numeriske værdier og navne for nuancer af hvidt lys.

Grafisk og alfabetisk gengivelse i skemaet

Anoden, også kaldet LED'ens plus, er i elektriske diagrammer repræsenteret af en trekant. Katoden (minus) er vist med en tværstreg.

Udseende af LED AL307 og dens betegnelse på tegninger og diagrammer.

En hyppigt anvendt forkortelse er den latinske forkortelse HL.

LED-spændingstabel

For at sikre, at LED'en i drift har alle de egenskaber, som dens design og fremstillingsteknologi giver, skal den forsynes med en designstrømforsyning. Der kan f.eks. påføres en spænding på dens anode og katode, som vil være lidt højere end spændingen i p-n-forbindelsen. Den overskydende spænding skal "udlignes" med en serieforbundet modstand. modstand. Modstanden kaldes en strømbegrænsende modstand. Den bruges til at forhindre, at strømmen overstiger p-n-forbindelsen.

En LED har to kontaktstifter - anode og katode, og katoden er kortere end anoden. Hvis længden er den samme, så bestemme dem med en hæfteklamme. Hvis der kommer et lys, betyder det, at du ser på anoden.

Tabel. Direkte spænding i p-n-forbindelsen i en farvet LED.

Læs også: Sådan ved du, hvor mange volt en LED er

LED-applikationer

Anvendelsesområderne for LED'er udvides konstant. Oprindeligt blev de brugt som lysindikatorer i koblingskredsløb eller til drift af elektronisk udstyr. F.eks. tænding af en sender, skift til højere eller lavere effekt osv. Kan låse automatisk aktivering, f.eks. når der vises et opkaldssignal eller for at tiltrække opmærksomhed. Der blev anvendt blinkende eller ensfarvede LED'er - røde, gule, grønne og blå -.

Små superlyse DIP-LED'er blev forbundet i serie-parallel-kæder og blev forsynet direkte fra en 220 V-netforsyning. Ved at placere disse på hinanden følgende grupper af dioder i et gennemsigtigt PVC-rør og forsegle dem med en gennemsigtig fugemasse, fik vi "fleksibel neon" - et lysende "bundt". Det kan lægges på kanten af poolen, på kanten af stien, pynte på husets tag eller på et træ i haven.

Brug af fleksibelt neon.

Fremkomsten af fleksible flerlagsplader og SMD-huse til overflademontering har ført til udviklingen af fleksible LED-strimler..

I begyndelsen var de et middel til at dekorere indvendige rum. SMD-diodernes øgede effekt og deres tæthed på kortet gjorde det muligt at begynde at bruge LED-strimler først til hjælpe- og senere til hovedbelysning. Den øgede grad af støv- og fugtbeskyttelse førte til, at stripsene blev brugt til dekorativ belysning og senere til grundlæggende udendørsbelysning.

Samtidig blev der udviklet LED-lamper til at erstatte glødelamper i lamper - væglamper, lysekroner og bordlamper. Retrofitlamper - komplette analoger af glødelamper og lysstofrør med hensyn til form, pærestørrelse og forsyningsspænding - dukkede op. En gradvis udskiftning af glødepærer med LED-eftermontering begyndte. Samtidig blev produktionen af LL'er indstillet - først 100 W eller mere, derefter 75, 60 osv.

Udviklingen af enkelt LED'er med høj effekt, især i Emitter- eller PCB Star-pakken, bidrog til fremkomsten af lommelygter med indbyggede batterier. Brillans og luminescens efter en enkelt opladningscyklus var mange gange større end tidligere.

Fremragende LED-styrbarhed ved hjælp af elektroniske midler - controllere og lysdæmpere - lysstyringsenheder har gjort det muligt at anvende kraftige projektorer til lysdynamisk belysning af gader og pladser i byer og bygder i alle dele af landet.

Anvendelse i dekorativ belysning af bygninger.

LED-strips som f.eks. RGB, RGBW og RGBW gjorde det muligt ikke blot at opnå en kraftig strøm af hvidt lys, men også at variere den hvide farve inden for et bredt område fra varmt gulligt til blåligt og køligt blåt.

De nye lyskilders styrbarhed gør dem meget udbredte til lysreklamer - "crawl lines", lysskærme, informationsskærme osv. Disse lyse, farvede og hvide lyskilder anvendes til facade- og tagreklamer - flade og volumetriske bogstaver og tegninger, varemærker, varemærkebilleder og meget mere.

Og alle disse konstruktioner holder meget længere end de tilsvarende konventionelle lamper, kræver næsten ingen vedligeholdelse og bruger mange gange mindre strøm. Specifikationerne for lysdioder og lysemitterende dioder stiger støt og roligt. Omkostningerne ved LED'er falder, og anvendelsesmulighederne bliver stadig flere.