Was ist eine LED - detaillierte Beschreibung der Merkmale und Typen
LEDs sind überall: in Wohnungen, Autos, Telefonen. Sie können verwendet werden, um die Bildschirme von Geräten zu erhellen oder energiesparende Lichtquellen zu schaffen. Heute ist sie eine unverzichtbare Lichtquelle. Schauen wir uns das Gerät und die technischen Merkmale der wichtigsten LED-Typen an.
Was ist eine LED?
LED (Light Emitting Diode oder Leuchtdiode) - eine elektrische Festkörper-Kunstlichtquelle, die aus Halbleitermaterialien mit p- und n-Leitfähigkeit besteht. Durch eine Reihe von Techniken - Maskenabscheidung, Ätzen, epitaktische Abscheidung usw. - wird ein p-n-Übergang hergestellt.
In einem p-Typ-Halbleitermaterial sind die Stromträger "Löcher" - Atome im Halbleiterkristall, die durch Dotierung mit speziellen Metallen einen Mangel an Elektronen erzeugen. In n-Materialien sind die Träger die überschüssigen Elektronen im Kristall.
"Das 'Loch' ist eigentlich stationär. Es hat eine positive Ladung, die der Ladung des Elektrons entspricht. Ein Elektron, das von der äußeren Umlaufbahn eines Atoms auf die äußere Umlaufbahn eines benachbarten Atoms "springt", bewegt das "Loch" in die entgegengesetzte Richtung.
Wie es funktioniert oder was auf einer LED leuchtet
Elektrischer Strom in Form eines Gegenstroms elektrischer Ladungsträger - "Löcher" - positive "Teilchen" und Elektronen - negative - kann durch Anlegen einer konstanten Spannung bestimmter Größe und Polarität an den p-n-Übergang induziert werden. Wenn sich diese Ströme im p-n-Übergang treffen, rekombinieren oder verschmelzen sie. Ein freies Elektron mit erhöhter Energie tritt in das "Loch" ein, und es verschwindet.
Rechts ist der n-Halbleiterteil des Kristalls, der mit freien Elektronen "angereichert" ist, und links ist der p-Halbleiterteil mit positiven "Teilchen" - "Löchern".
Energie wird in Form von Lichtquanten freigesetzt. Diese werden emittiert, d. h. vom Ende des Kristalls abgestrahlt. Der Strom der Quanten trifft auf den Reflektor. Ihre polierte Oberfläche reflektiert das Licht in die gewünschte Richtung. Das gewünschte Richtungsmuster des Lichtstroms wird durch eine spezielle Konfiguration der Oberfläche gebildet.
Die Spannung zur Erregung des Übergangs wird an der Anode der Diode mit "+" und an der Kathode mit "-" angelegt.
Gestaltung
Die lilafarbene Farbe zeigt das wärmeableitende Substrat. Die grauen Trapeze stellen die Querschnitte eines runden Aluminiumreflektors dar. In der Mitte der blauen Farbe befindet sich der LED-Chip mit Gold- oder Silberdrähten, die an die Stifte der Anode und Kathode gelötet sind.
Arten von LEDs
LEDs - ein ziemlich "junges" Gerät. Ihre endgültige Klassifizierung steht noch nicht fest. Aus diesem Grund verwenden viele namhafte Hersteller eigene Unterteilungssysteme.
Nach einer davon werden die LEDs nach ihrem Zweck wie folgt gruppiert:
- Indikator.
- Erleuchtend.
Die Anzeige-LEDs werden in ihrer Gruppierung in die folgenden Typen unterteilt.
DIP-Dioden .
Die Abkürzung leitet sich von Dual In-line Package oder "double in-line arrangement" ab. Die Gehäuse sind in der Regel zylindrisch, es gibt aber auch Quader. Am unteren Ende befinden sich axiale Drahtleitungen, die parallel zur Hauptsymmetrieachse des Gehäuses verlaufen. Die Kathodenleitung ist kürzer als die Anodenleitung.
Unterteilung in Typen nach Gehäusedurchmesser und Linse am oberen Ende. Die Durchmesser reichen von 2-3 mm bis 20 mm oder mehr. Glühfarbe - beliebige Farbe, es gibt mehrere Weißtöne.
Ein Typ blinkt in 2 Farben und hat 3 Leitungen.
Strohhut.
Eine wörtliche Übersetzung von Strohhut oder Krempe. Bei Anwendung auf LEDs – Das Gehäuse sieht aus wie ein Hut mit einer abgerundeten Spitze.
Die unterschiedlich langen Leitungen sind zu erkennen, die kurze ist die Kathode. Auch die Begrenzungen der Montagehöhe sind sichtbar. Unter der Linse befindet sich ein Kristall mit gelbem Phosphor.
Super Flux "Piranha"
Direkte Übersetzung - super flux. Piranha wird ins Russische mit Piranha übersetzt. Der Name Piranha leitet sich von den Metallklemmen in Form von schmalen Streifen ab. Bei der Herstellung der LED wurden beim Stanzen die Ecken an den Drahtenden abgeschnitten, damit sie leichter in die Löcher der Platine passen. Daraus entstanden die scharfen "Zähne" eines Raubfisches.
Die Schultern - die Anschläge, die die Höhe des Gehäuses über dem Brett festlegen - waren auf den Stiften eingeprägt. Dadurch wurde das Gehäuse für die Luftkühlung von unten geöffnet. Die Kristalle zur passiven Kühlung sind an den oberen Enden der Stifte angebracht.
Durch das Einsetzen von 2 oder 3 Chips in das Gehäuse konnte der Lichtstrom erhöht werden. Dies macht die Diode zu einer der hellsten LEDs.
Sie können den von der Linse "verdeckten" Kristall und die sich verjüngenden Stifte sehen, die die Montagehöhe bestimmen.
SMD
Abkürzung für Surface Mounted Device, bedeutet übersetzt Oberflächenmontiertes Gerät. Es handelt sich um rechteckige Kunststoff- oder Keramikgehäuse. Die Klemmen befinden sich auf der Unterseite und an der Seite des Gehäuses in Form von Kontaktflächen.
Meistens beleuchtet, kann aber bei geringer Leistung auch leuchtend sein. Die Kapazitäten reichen von mW (Milliwatt) bis W. Glow - jede Farbe oder Schattierung von weißem Licht.
Lesen Sie auch: SMD-LED-Eigenschaften
OLED
Neben den Festkörper-LEDs auf der Basis von Halbleitermetallen - Silizium, Germanium, Galliumarsenid usw. - gibt es eine Gruppe von LEDs auf Basis von Schichten aus organischen Verbindungen. Diese werden als organische oder OLEDs - Organic Light Emitting Diode - bezeichnet.
Wie Halbleiterdioden emittieren sie Licht, aber nicht mit einer Festkörperstruktur, sondern mit dünnen Schichten. Die Hauptanwendung liegt bisher in der Entwicklung von Monochrom-Displays. Die bisherigen Nachteile der farbigen OLED-Folien sind die unterschiedlichen Laufzeiten der Folien mit verschiedenen Leuchtfarben. Das sind mindestens 12-15 Tausend Stunden.
Sobald diese LEDs verbessert sind, werden sie in Mobiltelefonen, GPS-Navigatoren für Autos und Schiffe, Nachtzielgeräten und Geräten für die Nachtjagd und den Schießsport usw. weit verbreitet sein.
Video - Überblick: Vergleich von QLED, OLED und LCD (IPS).
Filament
In den Jahren 2012-2013 gab es ungewöhnliche LEDs, die Filament genannt werden. Es handelt sich im Wesentlichen um COB-Matrizen in Form von langen Zylindern mit einem Durchmesser von 2-3 und einer Länge von 15-30 mm. Auf einem Glas- oder Saphirzylinder kleben 28-30 blaue Kristalle mit Einschlüssen von mehreren roten Kristallen. Sie werden aneinandergereiht und nach Überprüfung der Funktionsfähigkeit mit gelbem Phosphor gefüllt.
Diese Filamenttechnologie wird Chip-On-Glass oder COG genannt.
Vorgefertigte COG-Matrizen werden auf die Fassungen herkömmlicher Glühlampen aufgesetzt, in einen Sockel eingebaut und mit einem Glas- oder Kunststoffkolben versehen. Die Glühbirne ist mit Helium gefüllt, um die LEDs zu kühlen.
Die Leistung der Lampen beträgt 2-3 bis 10-12 W. Der Lichtstrom entspricht der Lichtausbeute herkömmlicher LEDs, die bei 80-100 Lm/W liegt.
Das Ergebnis ist eine LED-Nachrüstung einer Glühbirne. Die Lampe wird oft fälschlicherweise als LED-Glühbirne bezeichnet.
Der Begriff Retrofit kommt von Nachrüstung. Es handelt sich um neue Lichtquellen in Gehäusen mit traditionellen Abmessungen.
Die obigen Abbildungen zeigen verschiedene Wattzahlen und Hersteller LED-Glühlampen. Bei einer Glühlampe mit E27-Sockel sind die COL-Module an der Glühfadenhalterung befestigt.
Typ PCB Star
Die Abkürzung für diesen LED-Typ leitet sich von dem englischen Ausdruck Printed Circuit Board ab. Es bedeutet so viel wie Leiterplatte.
PCB Star Diodenplatine. Produziert von der amerikanischen Firma CREE, Modell XML. Das gelbe Rechteck ist die COB-Matrix der Hochleistungsdiode.
Die Platte besteht aus einem Metall, das Wärme gut leitet, z. B. Aluminium. Die Konfiguration der Platine ist ein 6-strahliger Stern. Die COB-LED-Matrix ist werkseitig in der Mitte des Starboards montiert. Die Platine ist schwarz lackiert, um die passive Wärmeableitung des leistungsstarken Lauflichtstrahlers zu erhöhen.
Die 6 "Sterne" auf der linken Seite sind Dioden verschiedener Wattstärken und weißer Lichttöne. Die beiden unteren sind leistungsfähigere Elemente mit großen gelben Leuchtstoffkreisen. Rechts, eine Spalte mit 4. - Dioden zur planaren Montage auf der Oberfläche der Kontaktpads auf der Leiterplatte.
Maßzeichnung einer planaren Hochleistungs-LED auf einer Sternplatine. Die Bauhöhe beträgt 6,6 mm, der Körperdurchmesser der Diode mit planaren Stiften 8 mm, die Größe der Star-Platte 22 mm.
COB-LED-Matrix
Wenn man auf einem wärmeleitenden Substrat aus einem künstlichen Kristall aus Saphir oder Silizium als Dielektrikum ein paar Dutzend Halbleiterkristalle blau leuchten lässt, sie mit Leitern in Serien-Parallel-Gruppen verbindet und die Oberseite mit gelbem Phosphor füllt, erhält man ein LED-Modul. Dies ist COB-Matrix. Die Abkürzung leitet sich von der englischen Wortkombination Chip-On-Board ab. Es wird mit "Kristalle auf einem Brett" übersetzt.
COB-Matrizen verwenden einen kernlosen LED-Chip ohne Substrat. Die Anordnung ist extrem dicht. Ein großer Teil der Hochleistungs-LEDs wird mit dieser Technologie hergestellt, darunter Hunderte von Kristallen. Ein guter lüftergestützter Kühlkörper, manchmal unter Verwendung von Heatpipes, kann 150-200 W oder mehr in einem einzigen Gehäuse erreichen. Die Matrix bietet einen gerichteten Lichtstrom mit einem Streuwinkel von 100-150 Grad bei 0,7 der maximalen Strahlungsintensität.
Typische Klassifizierung
Zu den Arten von LEDs gehören:
- Ein-Chip-LEDs auf einem einzigen Hochleistungschip (COB-Matrix)
- LED-Paare in einer Verpackung - Anzeige-LEDs, die abwechselnd in zwei Farben blinken, z. B. rot und gelb
- Drillinge oder Dreiergruppen von Strahlern mit drei Hauptfarben - rot, grün und blau oder RGB .Rot, Grün, Blau.
Wenn die Dreikristall-LED Kristalle der gleichen Farbe hat, haben wir eine superhelle LED. Mit verschiedenfarbigen Kristallen haben wir RGB-Dreiergruppen oder mehrfarbig gesteuerte Lichtemittenten.
SMD ist eine Abkürzung für Surface Mounted Device (oberflächenmontiertes Gerät). Zur Automatisierung der Bestückung und des Lötens von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten, einschließlich LEDs. Es wird in Bändern, Streifen, Modulen und herkömmlichen Leiterplatten verwendet.
Zu den Grundfarben gehört das YB-Farbpaar Gelb und Blau. Es gibt auch andere Farbkombinationen, die nach dem Mischen eine weiße Farbe ergeben.
Leistungsstarke COB-LEDs
Die größeren Modelle haben Befestigungslöcher in den Ecken des Gehäuses. Die kleineren Modelle können durch Auflöten auf eine Leiterplatte montiert werden.
Zu den üblichen Eigenschaften von LEDs kommen bei den Hochleistungsmodellen einige zusätzliche Parameter hinzu:
- Nennleistung, W;
- Spangröße, mm;
- Nennbetriebsstrom des Kristalls oder der Matrix;
- Lebensdauer, die mit den Normen L 70, L80 usw. verbunden ist.
Stromsparende LEDs
In Bezug auf den Stromverbrauch sind LEDs von 0,05 bis 0,5 W, Betriebsstrom - 20-60 mA (durchschnittliche Leistung - 0,5-3 W, Strom 0,1-0,7 A, hoch - mehr als 3 W, Strom 1 A und mehr).
Low-Power-LEDs bestehen strukturell aus mehreren Gruppen von LED-Lichtquellen:
- Konventionelle und superhelle SMD-LEDs;
- DIP-Dioden in zylindrischen Gehäusen - für die Montage in Leiterplattenlöchern;
- in Piranha-Verpackungen - zur Montage in Öffnungen.
Die Abbildung zeigt die LEDs von oben nach unten:
- Zylindrische DIP-Gehäuse - mit flexiblen Litzen zum Einlöten in Leiterplattenlöcher.
- In Piranha-Gehäusen, auch bekannt als Superflux, wird in Löcher gelötet.
- In planaren Lead-Gehäusen zur Montage auf ein- und doppelseitigen PCB-Pads oder in laminierten Board-Wells.
Merkmale von LEDs
LEDs werden durch eine Reihe von Parametern beschrieben. Die wichtigsten davon sind
- Lichtstärke und Energieeffizienz - Lm und Lm/W;
- Divergenzwinkel des Lichtstroms - 0,5 oder 0,7 Grad, Grad - bei herkömmlichen Modellen von 120 bis 140 Grad, bei Anzeigemodellen - von 15 bis 45 Grad
- Betriebsleistung, W - klein - bis zu 0,5, mittel - 0,5-3, groß - mehr als 3;
- Betriebsstrom durch die Diode, mA oder A;
- Farbe oder Schattierung von weißem Licht, FarbtemperaturKelvin, K - von 2000-2500 K - warmweiß und bis zu 6500-9500 K - kaltweiß.
Es gibt noch weitere Spezifikationen, die jedoch weniger häufig verwendet werden. Die Volt-Ampere-Kennlinie (VAR) einer LED ist beispielsweise die Kurve des Stroms durch die Sperrschicht in Abhängigkeit von der angelegten Betriebsspannung. Sie wird bei elektrischen Berechnungen der Betriebsart einer LED verwendet.
Abmessungen.
Die Abmessungen einer LED werden durch die Abmessungen ihres Gehäuses bestimmt. Bei SMD-Gehäusen sind es Länge, Breite und Dicke. Die ersten beiden Werte sind in die Bezeichnung eingebettet, z. B. SMD2835, wobei die beiden Ziffernpaare 2,8 mm - Breite und 3,5 mm - Länge lauten. Die Gehäusedicke können Sie der Beschreibung oder dem Datenblatt der Diode entnehmen.
Bei zylindrischen DIP-Dioden sind die wichtigsten Merkmale der Gehäusedurchmesser und die Höhe mit Linse. Die Länge der Kabel und die Empfehlungen des Herstellers zum Biegen der Kabel vor der Montage müssen berücksichtigt werden.
Wellenlänge
Eine solche Eigenschaft von LEDs wie die Wellenlänge wird sehr selten genutzt. Allgemeiner als Wellenlänge der Lumineszenz bezeichnet.
| Farbton | Wellenlänge, nm |
|---|---|
| Infrarot (unsichtbar) | 760-880 |
| rot | 620-760 |
| orange | 585-620 |
| gelb | 575-585 |
| gelb-grün | 555-575 |
| grün | 510-555 |
| blau | 480-510 |
| blau | 450-480 |
| violett | 390-450 |
| Ultraviolett (unsichtbar) | 10-390 |
Die Wellenlänge einer Diode wird in Nanometern - nm - gemessen. Sie ist nicht immer im Produktdatenblatt angegeben.
Kennzeichnung und Farbcodierung
Jeder Hersteller hat seine eigene Kennzeichnung von LEDs. Die LED-WW-SMD5050 verfügt zum Beispiel über eine Entschlüsselung ihrer alphabetischen und numerischen Elemente:
- LED - LED;
- WW - Warm White - warmes Weiß 2700-3500 K;
- SMD - Gehäuse für Aufbaumontage;
- 5050 - Abmessungen der Verpackung in Zehntelmillimetern - 5,0×5,0.
Abkürzungen für Schattierungen von weißem Licht:
- DW - Tagweiß (4000-5000 K);
- W - Weiß, reinweiß (6000-8000 K);
- CW oder WC - Kaltweiß (8000-10000 K);
- WSC - White Super Cool - Weiß Super Cool, Farbtemperatur 15 000 K mit einem charakteristischen Blaustich;
- NW - Neutralweiß - 5000 K.
Es gibt noch weitere Bezeichnungen für LEDs und Farben. Das System ist noch nicht vollständig genormt, so dass die Hersteller unterschiedliche Zahlenwerte und Bezeichnungen für die Schattierungen des weißen Lichts verwenden.
Grafische und alphabetische Darstellung im Schaltplan
Die Anode, also der Pluspol der LED, wird in elektrischen Diagrammen durch ein Dreieck dargestellt. Die Kathode (Minus) ist mit einem Querstrich dargestellt.
LED-Spannungstabelle
Um sicherzustellen, dass die LED im Betrieb alle Eigenschaften, die durch ihr Design und ihre Fertigungstechnologie gegeben sind, muss sie eine Design-Stromversorgung bieten. Legen Sie zum Beispiel eine Spannung an Anode und Kathode an, die etwas höher ist als die Durchlassspannung des p-n-Übergangs. Die Überspannung muss mit einem in Reihe geschalteten Widerstand "gelöscht" werden. Widerstand. Der Widerstand wird als Strombegrenzungswiderstand bezeichnet. Er wird verwendet, um zu verhindern, dass der Strom den p-n-Übergang überschreitet.
Eine LED hat zwei Stifte - die Anode und die Kathode. Die Kathode ist kürzer als die Anode. Wenn die Länge gleich ist, dann ermitteln. sie mit einem Reißnagel. Wenn ein Licht erscheint, bedeutet dies, dass Sie auf die Anode schauen.
Tabelle. Gleichspannung des p-n-Übergangs einer farbigen LED.
| Glühende Farbe | Betriebsspannung, Gleichspannung, V |
|---|---|
| weiß | 3,5 |
| rot | 1,63–2,03 |
| orange | 2,03–2,1 |
| gelb | 2,1–2,18 |
| grün | 1,9–4,0 |
| blau | 2,48–3,7 |
| violett | 2,76–4 |
| Infrarot | bis zu 1,9 |
| ultraviolett | 3,1–4,4 |
Lesen Sie auch: Wie man weiß, wie viel Volt eine LED hat
LED-Anwendungen
Die Anwendungsbereiche von LEDs werden ständig erweitert. Ursprünglich wurden sie als Leuchtanzeigen in Schaltkreisen oder beim Betrieb von elektronischen Geräten verwendet. Zum Beispiel das Einschalten eines Senders, das Umschalten auf höhere oder niedrigere Leistung usw. Kann die automatische Aktivierung sperren, z. B. wenn ein Rufsignal erscheint oder um Aufmerksamkeit zu erregen. Es wurden blinkende oder einfarbige LEDs - rot, gelb, grün, blau - verwendet.
Kleine, superhelle DIP-LEDs wurden in Serien-Parallel-Ketten geschaltet und direkt von einem 220-V-Netz gespeist. Indem wir diese aufeinanderfolgenden Diodengruppen in ein transparentes PVC-Rohr setzen und mit einer transparenten Dichtungsmasse versiegeln, erhalten wir "flexibles Neon" - ein leuchtendes "Bündel". Er kann am Rande des Pools, am Rand des Weges, auf dem Dach des Hauses oder an einem Baum im Garten verlegt werden.
Das Aufkommen flexibler mehrlagiger Leiterplatten und SMD-Gehäuse für die Oberflächenmontage hat zur Entwicklung von flexiblen LED-Streifen..
Ursprünglich waren sie ein Mittel zur Dekoration von Innenräumen. Die höhere Leistung der SMD-Dioden und ihre Dichte auf der Platine ermöglichten die Verwendung von LED-Streifen zunächst für die Hilfsbeleuchtung und später für die Hauptbeleuchtung. Die Erhöhung des Staub- und Feuchtigkeitsschutzes führte dazu, dass die Leisten für die dekorative Beleuchtung und später für die Grundbeleuchtung im Freien verwendet wurden.
Gleichzeitig wurden LED-Lampen entwickelt, um Glühlampen in Lampen - Wandlampen, Kronleuchter, Tischlampen - zu ersetzen. Retrofit-Lampen - vollständige Analoga von Glühlampen und Leuchtstoffröhren in Bezug auf Form, Kolbengröße und Versorgungsspannung - erschienen. Es begann ein schrittweiser Austausch von Glühlampen gegen LED-Nachrüstungen. Gleichzeitig wurde die Produktion von LLs eingestellt - zunächst 100 W oder mehr, dann 75, 60 usw.
Die Entwicklung von Hochleistungs-LEDs, insbesondere im Emitter- oder PCB-Star-Gehäuse, trug zum Aufkommen von Taschenlampen mit eingebauten Batterien bei. Die Brillanz und Lumineszenz nach einem einzigen Ladezyklus war um ein Vielfaches höher als in der Vergangenheit.
Hervorragende elektronische Steuerbarkeit der LED - Steuergeräte und Dimmer - Helligkeitsregler, hat den Einsatz von leistungsstarken Projektoren in der lichtdynamischen Beleuchtung von Straßen und Plätzen von Städten und Gemeinden in jeder Region des Landes ermöglicht.
LED-Streifen wie z.B. RGB, RGBW und RGBW ermöglichte es nicht nur, einen starken weißen Lichtstrom zu erhalten, sondern auch seine weiße Farbe in einem weiten Bereich von warmem Gelb bis zu bläulichem und kühlem Blau zu variieren.
Die Kontrollierbarkeit der neuen Lichtquellen ermöglicht eine breite Anwendung in der Lichtwerbung - "laufende Linien", Lichtanzeigen, Informationsbildschirme usw. Diese hellen farbigen und weißen Lichtquellen werden in der Fassaden- und Dachwerbung eingesetzt - flache und volumetrische Buchstaben und Zeichnungen, Markennamen, Markenbilder und vieles mehr.
Und alle diese Konstruktionen halten viel länger als ihre Pendants in konventionellen Lampen, erfordern fast keine Wartung und verbrauchen ein Vielfaches an Energie. Die Anforderungen an LEDs und Leuchtdioden werden immer höher. Die Kosten für LEDs sinken und die Anwendungsbereiche werden immer größer.
