Qué es un LED: descripción detallada de sus características y tipos
Los LED están en todas partes: en las casas, en los coches, en los teléfonos. Pueden utilizarse para iluminar las pantallas de los aparatos o para crear fuentes de luz que ahorren energía. Ahora es una fuente de luz indispensable. Veamos el dispositivo y las características técnicas de los principales tipos de LED.
Qué es un LED
LED (de Light Emitting Diode, o LED): fuente eléctrica de luz artificial en estado sólido, fabricada con materiales semiconductores de conductividad p y n. Utilizando una serie de técnicas -deposición de máscara, grabado, deposición epitaxial, etc.- se produce una unión p-n.
En un material semiconductor de tipo p, los portadores de corriente son "agujeros", es decir, átomos del cristal semiconductor que, mediante el dopaje con metales especiales, crean una falta de electrones. En los materiales n, los portadores son los electrones sobrantes en el cristal.
"El 'agujero' es en realidad estacionario. Tiene una carga positiva igual a la carga del electrón. Un electrón que "salta" de la órbita exterior de un átomo a la órbita exterior de un átomo vecino, mueve el "agujero" en la dirección opuesta.
Cómo funciona o qué brilla en un LED
La corriente eléctrica en forma de flujo contracorriente de portadores de carga eléctrica - "agujeros" - "partículas" positivas y electrones - negativas puede ser inducida conectando una tensión constante de cierta magnitud y polaridad a la unión p-n. Cuando estos flujos se encuentran en la unión p-n, se recombinan o fusionan. Un electrón libre con mayor energía entra en el "agujero" y éste desaparece.
A la derecha está la parte n-semiconductora del cristal "enriquecida" con electrones libres y a la izquierda la parte p-semiconductora con "partículas" positivas - "agujeros".
La energía se libera en forma de cuantos de luz. Estos se emiten, es decir, se irradian desde el extremo del cristal. La corriente de cuantos golpea el reflector. Su superficie pulida refleja la luz en la dirección deseada. El patrón direccional deseado del flujo luminoso se forma mediante una configuración especial de la superficie.
La tensión para energizar la unión se aplica '+' al ánodo del diodo, y '-' al cátodo.
Diseño
El color lila muestra el sustrato disipador de calor. Los trapecios grises representan las secciones transversales de un reflector circular de aluminio. En el centro del azul se encuentra el chip LED con cables de oro o plata soldados a las patillas del ánodo y del cátodo.
Tipos de LEDs
LEDs - un dispositivo bastante "joven". Todavía no se ha establecido su clasificación definitiva. Por ello, muchos fabricantes conocidos utilizan sus propios sistemas de subdivisión.
Según uno de ellos, los LED se agrupan según su finalidad de la siguiente manera:
- Indicador.
- Iluminando.
Los LEDs indicadores en su agrupación se dividen en los siguientes tipos.
Diodos DIP .
La abreviatura deriva de Dual In-line Package o "disposición doble en línea". Normalmente las carcasas son cilindros, pero también hay paralelepípedos. En el extremo inferior hay cables axiales que son paralelos al eje principal de simetría de la caja. El cable del cátodo es más corto que el del ánodo.
División en tipos por diámetro de caja y lente en el extremo superior. Los diámetros oscilan entre 2-3mm y 20mm o más. Color de brillo: cualquier color, hay varios tonos de blanco.
Un tipo es intermitente en 2 colores y tiene 3 cables.
Sombrero de paja.
Una traducción literal de un sombrero de paja o ala. Cuando se aplica a los LEDs – La carcasa parece un sombrero con la parte superior redondeada.
Se pueden ver los cables de diferentes longitudes, el corto es el cátodo. Los limitadores de altura de montaje también son visibles. Debajo de la lente hay un cristal con fósforo amarillo.
Super Flux "Piraña"
Traducción directa: súper flujo. Piraña se traduce al ruso como piraña. El nombre de Piraña deriva de los terminales metálicos en forma de tiras estrechas. El LED se fabricó con las esquinas cortadas en los extremos de los cables al estamparse para facilitar el encaje de los agujeros en la placa de circuito. Esto dio lugar a los afilados "dientes" de un pez depredador.
Los hombros -los topes que fijan la altura de la caja sobre el tablero- están estampados en los pasadores. Esto abrió la caja para la refrigeración por aire desde abajo. Los cristales para la refrigeración pasiva se colocan en los extremos superiores de las clavijas.
Colocando 2 o 3 chips en la carcasa, se incrementaba el flujo luminoso. Esto hace que el diodo sea uno de los LED más brillantes.
Se puede ver el cristal "cubierto" por la lente y los pasadores-formadores cónicos de la altura de montaje.
SMD
Abreviatura de Surface Mounted Device, se traduce como dispositivo montado en superficie. Son carcasas rectangulares de plástico o cerámica. Los terminales están en la parte inferior y en el lateral de la carcasa en forma de almohadillas de contacto.
La mayoría de las veces se ilumina, pero a baja potencia también puede indicar. Las capacidades van de mW (milivatios) a W. Brillo: cualquier color o tono de luz blanca.
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OLED
Además de los LED de estado sólido basados en metales semiconductores -silicio, germanio, arseniuro de galio, etc.-, existe un grupo de LED sobre películas de compuestos orgánicos. Se denominan orgánicos u OLED (Organic Light Emitting Diode).
Al igual que los diodos semiconductores, emiten luz, pero no con una estructura de estado sólido, sino con películas delgadas. Hasta ahora, la principal aplicación es el desarrollo de pantallas monocromáticas. Las desventajas existentes de las películas OLED de colores son los diferentes tiempos de ejecución de las películas con diferentes colores de luminiscencia. Como mínimo son unas 12-15 mil horas.
Estos LED, una vez mejorados, se utilizarán ampliamente en teléfonos móviles, navegadores GPS para automóviles y embarcaciones, visores nocturnos y dispositivos para la caza y el tiro nocturno, etc.
Vídeo - resumen: comparación de QLED, OLED y LCD (IPS).
Filamento
En 2012-2013 hubo LEDs inusuales, que se llaman Filamento. Básicamente son matrices de COB en forma de cilindros largos con un diámetro de 2-3 y una longitud de 15-30 mm. Sobre un cilindro de vidrio o zafiro pegado 28-30 cristales azules con inclusiones de varios rojos. Se conectan en cadenas consecutivas y, tras comprobar su correcto funcionamiento, se llenan de fósforo amarillo.
Esta tecnología de filamentos se denomina Chip-On-Glass o COG.
Las matrices COG prefabricadas se colocan en los accesorios de las lámparas incandescentes convencionales, se instalan en una base y se alojan en una bombilla de vidrio o plástico. La bombilla se llena de helio para enfriar los LED.
La potencia de las lámparas es de 2-3 a 10-12 W. El flujo luminoso corresponde a la eficacia luminosa de los LED convencionales, que es de 80-100 Lm/W.
El resultado es un retrofit LED de una bombilla incandescente. A menudo se denomina incorrectamente bombilla incandescente LED.
El término "retrofit" viene de "retrofit". Se trata de nuevas fuentes de luz en carcasas de dimensiones tradicionales.
Las cifras anteriores muestran diferentes potencias y fabricantes Lámparas de filamento LED. En una bombilla de cristal con casquillo E27, los módulos COL de filamento se fijan al soporte de filamento.
Tipo PCB Estrella
La abreviatura de este tipo de LED se deriva de la frase inglesa Printed Circuit Board. Se traduce en placa de circuito impreso.
Placa de diodos PCB Star. Producido por la empresa americana CREE, modelo XML. El rectángulo amarillo es la matriz COB del diodo de alta potencia.
La placa está hecha de un metal que conduce bien el calor, por ejemplo, el aluminio. La configuración del tablero es una estrella de 6 rayos. La matriz de LEDs COB viene montada de fábrica en el centro de la placa estrella. La placa está pintada de negro para aumentar la disipación pasiva del calor del potente emisor de luz en funcionamiento.
Las 6 "estrellas" de la izquierda son diodos de diferentes potencias y tonos de luz blanca. Los dos de la parte inferior son elementos más potentes con grandes círculos de fósforo amarillo. A la derecha, una columna de 4. - Diodos para montaje plano en la superficie de las almohadillas de contacto de la placa de circuito.
Dibujo dimensional de un LED planar de alta potencia en una placa de estrella. La altura de construcción es de 6,6 mm, el diámetro del cuerpo del diodo con patillas planas es de 8 mm, el tamaño de la placa Star es de 22 mm.
Matriz COB-LED
Si en un sustrato térmicamente conductor de un cristal artificial de zafiro o silicio para pegar pegamento dieléctrico unas pocas docenas de cristales semiconductores brillo azul, conectarlos con conductores en grupos en serie-paralelo y llenar la parte superior de fósforo amarillo, se obtiene un módulo de LED. Esto es Matriz COB. La abreviatura deriva de la combinación de palabras inglesas Chip-On-Board. Se traduce como "cristales en una tabla".
Las matrices COB utilizan un chip LED sin núcleo y sin sustrato. La disposición es extremadamente densa. Una gran parte de los LED de alta potencia se fabrican con esta tecnología, incluyendo cientos de cristales. Un buen disipador de calor asistido por ventilador, que a veces utiliza tubos de calor, puede alcanzar 150-200 W o más en un solo paquete. La matriz proporciona un flujo direccional con un ángulo de dispersión de 100-150 grados a 0,7 del nivel máximo de radiación.
Clasificación típica
Los tipos de LEDs pueden incluir:
- LEDs de un solo chip en un único chip de alta potencia (matriz COB)
- pares de LEDs en un solo paquete - LEDs indicadores que parpadean alternativamente en dos colores, por ejemplo, rojo y amarillo
- tripletas o tríadas de emisores con tres colores principales - rojo, verde y azul o RGB .Rojo, Verde, Azul.
Si el LED de tres cristales tiene cristales del mismo color, tenemos un LED superbrillante. Con cristales de diferentes colores tenemos tríadas RGB o dispositivos de emisión de luz controlada multicolor.
SMD es la abreviatura de Surface Mounted Device (dispositivo de montaje superficial). Se utiliza para la automatización de la colocación y la soldadura de componentes electrónicos en placas de circuitos impresos, incluidos los LED. Se utiliza en cintas, tiras, módulos y placas de circuito impreso convencionales.
Los colores básicos incluyen la pareja de colores YB, amarillo y azul. Hay otras combinaciones de colores que dan un color blanco después de la mezcla.
Potentes LEDs COB
Los modelos más grandes tienen agujeros de fijación en las esquinas de la carcasa. Los modelos más pequeños se pueden montar soldando en una placa de circuito impreso.
Además de las características habituales de los LED, se añaden varios parámetros adicionales a los modelos de alta potencia:
- potencia, W;
- tamaño de la viruta, mm;
- corriente nominal de funcionamiento del chip o de la matriz;
- vida útil asociada a las normas L 70, L80, etc.
LEDs de bajo consumo
En términos de consumo de energía son los LED de 0,05 a 0,5 W, corriente de funcionamiento - 20-60 mA (potencia media - 0,5-3 W, corriente 0,1-0,7 A, alta - más de 3 W, corriente 1 A y más).
Estructuralmente, los LED de baja potencia incluyen varios grupos de emisores de luz LED:
- LEDs SMD convencionales y superbrillantes;
- Diodos DIP en paquetes cilíndricos - para el montaje en los agujeros de la placa;
- en paquetes de pirañas - para el montaje en aberturas.
La imagen muestra los LEDs de arriba a abajo:
- Cajas DIP cilíndricas: con cables flexibles para soldar en los orificios de la placa.
- En los recintos tipo piraña, también conocidos como Superflux, se suelda en los agujeros.
- En carcasas de clavijas planas para el montaje en placas de circuito impreso de una o dos caras o en los "pozos" de las placas multicapa.
Características de los LEDs
Los LEDs se describen mediante una serie de parámetros. Los más importantes son
- intensidad luminosa y eficiencia energética - Lm y Lm/W;
- ángulo de divergencia del flujo luminoso - 0,5 o 0,7 grados, grados - en los modelos convencionales de 120 a 140 grados, en los modelos indicadores - de 15 a 45 grados
- potencia de funcionamiento, W - pequeño - hasta 0,5, medio - 0,5-3, grande - más de 3;
- corriente de funcionamiento a través del diodo, en mA o A;
- color o tono de la luz blanca, temperatura del colorKelvin, K - desde 2000-2500 K - blanco cálido y hasta 6500-9500 K - blanco frío.
Existen otras especificaciones, pero se utilizan con menos frecuencia. Por ejemplo, la característica voltio-amperio, o VAR, de un LED es la curva de la corriente que atraviesa la unión en función de la tensión de funcionamiento aplicada. Se utiliza en los cálculos eléctricos del modo de funcionamiento de un LED.
Dimensiones .
Las dimensiones de un LED vienen determinadas por las dimensiones de su carcasa. En el caso de las carcasas SMD, se trata de la longitud, la anchura y el grosor. Los dos primeros valores están incluidos en la designación, por ejemplo, SMD2835, donde dos pares de dígitos son 2,8 mm - anchura y 3,5 mm - longitud. Puedes obtener el grosor del cuerpo en la descripción o en la hoja de datos del diodo.
Para los diodos DIP cilíndricos, las características importantes son el diámetro de la carcasa y su altura con la lente. Hay que tener en cuenta la longitud de los cables y las recomendaciones del fabricante para doblarlos antes del montaje.
Longitud de onda
Una característica de los LED como la longitud de onda se utiliza muy raramente. Más comúnmente denominada longitud de onda de la luminiscencia.
| Tono de color | Longitud de onda, nm |
|---|---|
| Infrarrojo (invisible) | 760-880 |
| rojo | 620-760 |
| naranja | 585-620 |
| amarillo | 575-585 |
| amarillo-verde | 555-575 |
| verde | 510-555 |
| azul | 480-510 |
| azul | 450-480 |
| violeta | 390-450 |
| Ultravioleta (invisible) | 10-390 |
La longitud de onda de un diodo se mide en nanómetros - nm. No siempre se indica en la ficha técnica del producto.
Marcado y codificación por colores
Cada fabricante tiene su propia marca de LEDs. Por ejemplo, en la designación del LED - LED-WW-SMD5050 se descifran sus elementos alfabéticos y numéricos:
- LED - LED;
- WW - Warm White - blanco cálido 2700-3500 K;
- SMD: carcasa para montaje en superficie;
- 5050 - dimensiones del envase en décimas de milímetro - 5,0×5,0.
Abreviaturas de tonos de luz blanca:
- DW - Blanco Día (4000-5000 K);
- W - Blanco, blanco puro (6000-8000 K);
- CW o WC - Blanco frío (8000-10000 K);
- WSC - White Super Cool - blanco superfrío, temperatura de color 15 000 K con un tinte azulado característico;
- NW - Blanco neutro - 5000 K.
Existen otras denominaciones para los LED y los colores, el sistema aún no está totalmente estandarizado, por lo que los fabricantes utilizan diferentes valores numéricos y nombres para los tonos de luz blanca.
Representación gráfica y alfabética en el esquema
El ánodo, es decir, el positivo del LED en los diagramas eléctricos, está representado por un triángulo. El cátodo (negativo) se muestra con una cruz.
Tabla de tensiones de los LEDs
Para garantizar que el LED en funcionamiento todas las características dadas por su diseño y la tecnología de fabricación, que necesita para proporcionar la fuente de alimentación de diseño. Por ejemplo, aplique una tensión a su ánodo y cátodo, que será ligeramente superior a la tensión de la unión p-n delantera. El exceso de tensión debe "apagarse" con una resistencia conectada en serie. resistencia. La resistencia se llama resistencia limitadora de corriente. Se utiliza para evitar que la corriente supere la unión p-n.
Un LED tiene dos patillas: el ánodo y el cátodo, el cátodo es más corto que el ánodo. Si la longitud es la misma, entonces determinar con una chincheta. Si aparece una luz significa que está mirando el ánodo.
Tabla. Tensión directa de la unión p-n de un LED de color.
| Color de brillo | Tensión directa de funcionamiento, V |
|---|---|
| blanco | 3,5 |
| rojo | 1,63–2,03 |
| naranja | 2,03–2,1 |
| amarillo | 2,1–2,18 |
| verde | 1,9–4,0 |
| azul | 2,48–3,7 |
| violeta | 2,76–4 |
| infrarrojos | hasta 1,9 |
| ultravioleta | 3,1–4,4 |
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Aplicaciones LED
Los campos de aplicación de los LED se amplían constantemente. Inicialmente, se utilizaban como indicadores luminosos en los circuitos de conmutación o en el funcionamiento de los equipos electrónicos. Por ejemplo, encender un transmisor, cambiar a mayor o menor potencia, etc. Podría bloquear la activación automática, por ejemplo, cuando aparece una señal de llamada o para llamar la atención. Se utilizaron LEDs intermitentes o de un solo color -rojo, amarillo, verde, azul-.
Los LEDs DIP superbrillantes de pequeño tamaño se conectaron en cadenas en serie-paralelo y se alimentaron directamente de una fuente de alimentación de 220 V. Colocando estos grupos consecutivos de diodos en un tubo de PVC transparente y sellándolos con un sellador transparente, conseguimos "neón flexible", un "fardo" luminoso. Puede colocarse en el borde de la piscina, en el bordillo del camino, decorar el techo de la casa o un árbol del jardín.
La llegada de las placas multicapa flexibles y de las carcasas SMD para el montaje en superficie ha propiciado el desarrollo de Tiras de LED..
Al principio eran un medio para decorar los espacios interiores. La mayor potencia de los diodos SMD y su densidad en la placa permitieron empezar a utilizar tiras de LED primero para la iluminación auxiliar y después para la principal. El aumento de la protección contra el polvo y la humedad hizo que las tiras se utilizaran para la iluminación decorativa y, posteriormente, para la iluminación básica de exteriores.
Al mismo tiempo, se desarrollaron lámparas LED para sustituir a las incandescentes en las lámparas: apliques, candelabros, lámparas de mesa. Aparecieron las lámparas retrofit, análogos completos de las lámparas incandescentes y los tubos fluorescentes en cuanto a forma, tamaño de la bombilla y tensión de alimentación. Se inició la sustitución gradual de las bombillas incandescentes por las de tipo LED. Al mismo tiempo, se interrumpió la producción de LL, primero de 100 W o más, luego de 75, 60, etc.
El desarrollo de los LEDs individuales de alta potencia, especialmente en el paquete Emitter o PCB Star, contribuyó a la aparición de linternas con baterías incorporadas. El brillo y la luminiscencia después de un solo ciclo de carga era mucho mayor que en el pasado.
Excelente capacidad de control de los LED por medios electrónicos: controladores y atenuadores - controladores de luminosidad, ha permitido el uso de potentes proyectores en la iluminación lumínico-dinámica de calles y plazas de ciudades y pueblos de cualquier región del país.
Tiras de LEDs como RGB, RGBW y RGBW permitió no sólo obtener un potente chorro de luz blanca, sino también variar su color blanco dentro de una amplia gama que va desde el amarillento cálido hasta el azulado y el azul frío.
La capacidad de control de las nuevas fuentes de luz hace que se utilicen ampliamente en la publicidad lumínica: "líneas de carrera", pantallas luminosas, pantallas informativas, etc. Estas fuentes de luz blanca y de colores brillantes se utilizan en anuncios de fachadas y tejados: letras y dibujos planos y volumétricos, nombres de marcas, imágenes de marcas comerciales y mucho más.
Y todos estos diseños duran mucho más que sus homólogos de las lámparas convencionales, ya que casi no requieren mantenimiento y consumen muchas veces menos energía. Las especificaciones de los LED y los diodos emisores de luz no dejan de aumentar. El coste de los LED está disminuyendo y las aplicaciones se están ampliando.
