Mikä on LED - yksityiskohtainen kuvaus ominaisuuksista ja tyypeistä

LED-valoja on kaikkialla: kodeissa, autoissa ja puhelimissa. Niitä voidaan käyttää laitteiden näyttöjen kirkastamiseen tai energiaa säästävien valonlähteiden luomiseen. Nyt se on välttämätön valonlähde. Tutustutaan seuraavaksi tärkeimpien LED-tyyppien laitteeseen ja teknisiin ominaisuuksiin.

Mikä on LED

LED (Light Emitting Diode, tai LED) - on kiinteän tilan sähköinen keinovalon lähde, joka on valmistettu p- ja n-johtavuuden puolijohdemateriaaleista. Käyttämällä useita tekniikoita - maskipinnoitus, syövytys, epitaksinen pinnoitus jne. - valmistetaan p-n-liitos.

P-tyypin puolijohdemateriaalissa virran kantajina ovat "reiät", jotka ovat puolijohdekiteen atomeja, joita seostamalla erityismetalleilla saadaan aikaan elektronien puute. n-materiaaleissa kantajina ovat kiteessä olevat ylimääräiset elektronit.

"Reikä" on itse asiassa paikallaan. Sen positiivinen varaus on yhtä suuri kuin elektronin varaus. Elektroni, joka "hyppää" yhden atomin ulkoradalta naapuriatomin ulkoradalle, siirtää "reikää" vastakkaiseen suuntaan.

Miten se toimii tai mitä LEDissä palaa?

Sähkövirta sähkövarauksen kantajien - "reikien" - positiivisten "hiukkasten" ja elektronien - negatiivisten hiukkasten - vastavirtavirran muodossa voidaan indusoida kytkemällä p-n-liitokseen vakiojännite, joka on tietyn suuruinen ja napaisuus. Kun nämä virtaukset kohtaavat p-n-liitoksessa, ne yhdistyvät tai sulautuvat. Vapaa elektroni, jonka energia on kasvanut, tulee "aukkoon" ja se katoaa.

Kaaviokuva valodiodista.

Oikealla on kiteen n-puolijohdeosa, joka on "rikastunut" vapailla elektroneilla, ja vasemmalla on p-puolijohdeosa, jossa on positiivisia "hiukkasia" eli "reikiä".

Energia vapautuu valon kvantteina.. Nämä emittoituvat eli säteilevät kiteen päästä. Kvanttien virta osuu heijastimeen. Sen kiillotettu pinta heijastaa valoa haluttuun suuntaan. Valovirran haluttu suuntakuvio muodostuu pinnan erityisellä kokoonpanolla.

Järjestelmä valon tuottamiseksi p-n-liitoksessa.

Jännite, jolla liitos kytketään, syötetään '+' diodin anodille ja '-' katodille.

Suunnittelu

Diodirakenne pystysuorassa osassa.

Lilanvärinen väri osoittaa lämpöä johtavan alustan. Harmaat trapetsit kuvaavat alumiinisen pyöreän heijastimen poikkileikkauksia. Sinisen keskellä on LED-siru, jonka anodin ja katodin nastoihin on juotettu kulta- tai hopealangat.

LED-tyypit

LEDit - melko "nuori" laite. Niiden lopullista luokitusta ei ole vielä vahvistettu. Tämän vuoksi monet tunnetut valmistajat käyttävät omia alajaottelujärjestelmiään.

Yhden näistä mukaan LEDit ryhmitellään käyttötarkoituksen mukaan seuraavasti:

1. Indikaattori.
2. Valaiseva.

Merkkivalo-LEDit jaetaan ryhmittelyssään seuraaviin tyyppeihin.

DIP-diodit .

Lyhenne on johdettu sanoista Dual In-line Package eli "kaksoisrivipaketti" tai "kaksoisrivijärjestely". Yleensä kotelot ovat sylintereitä, mutta on olemassa myös parallelepipedejä. Alapäässä on aksiaaliset johtimet, jotka ovat yhdensuuntaisia kotelon symmetrian pääakselin kanssa. Katodijohto on lyhyempi kuin anodijohto.

Näkymä DIP-LEDistä piirilevyn yläpuolella, jossa näkyy juottaminen metalloituihin reikiin.

Jaottelu tyyppeihin kotelon halkaisijan ja linssin mukaan yläpäässä. Halkaisijat vaihtelevat 2-3 mm:stä 20 mm:iin tai enemmän. Hehkuväri - mikä tahansa väri, valkoisia sävyjä on useita.

Yksi tyyppi vilkkuu kahdella värillä ja siinä on 3 johtoa.

Olkihattu.

Kirjaimellinen käännös olkihatusta tai -reunasta. Kun sitä käytetään LEDeihin – Kotelo muistuttaa hattua, jossa on pyöristetty yläosa.

DIP-LEDin muunnos nimeltään Straw Hat tai "olkihattu".

Eri pituiset johdot ovat näkyvissä, joista lyhyt on katodi. Myös asennuskorkeuden rajoittimet ovat näkyvissä. Linssin alla on kristalli, jossa on keltaista fosforia.

Super Flux "Piranha"

Suora käännös - super flux. Piranha käännetään venäjäksi piranha. Nimi Piranha on peräisin kapeiden nauhojen muotoisista metallipäätteistä. LED valmistettiin niin, että johtojen päistä leikattiin kulmat pois leimauksen yhteydessä, jotta ne mahtuisivat helpommin piirilevyn reikiin. Näin syntyi petokalojen terävät "hampaat".

Olkapäät - pysäyttimet, jotka määrittävät kotelon korkeuden laudan yläpuolella - on leimattu nastoihin. Tämä avasi kotelon ilmajäähdytystä varten alhaaltapäin. Kiteet passiivista jäähdytystä varten on sijoitettu nastojen yläpäihin.

Asettamalla koteloon 2 tai 3 sirua valovirta kasvoi. Tämä tekee diodista yhden erittäin kirkkaimmista LEDeistä.

Piranha LED läpinäkyvässä kotelossa.

Näet linssin "peittämän" kristallin ja asennuskorkeuden kartiotapit.

SMD

Lyhenne sanoista Surface Mounted Device (pinta-asennettava laite). Ne ovat suorakaiteen muotoisia muovi- tai keraamisia koteloita. Liitännät ovat kotelon pohjassa ja sivulla kosketustyynyjen muodossa.

Useimmiten valaistu, mutta pienellä teholla voi olla myös merkkivalo. Kapasiteetit vaihtelevat mW:sta (milliwatista) W:hen. Hehku - mikä tahansa valkoisen valon väri tai sävy.

Lue myös: SMD LEDin ominaisuudet

OLED

Puolijohdemetalleihin - pii, germanium, galliumarsenidi jne. - perustuvien kiinteän tilan LEDien lisäksi on olemassa ryhmä orgaanisten yhdisteiden kalvoihin perustuvia LEDejä. Näitä kutsutaan orgaanisiksi tai OLED- eli orgaanisiksi valodiodiksi (Organic Light Emitting Diode).

Ne säteilevät valoa puolijohdediodien tavoin, mutta eivät kiinteän rakenteen vaan ohuiden kalvojen avulla. Toistaiseksi pääasiallinen sovellus on yksivärinäyttöjen kehittäminen. Värillisten OLED-kalvojen nykyiset haitat ovat eri värillisillä luminisenssikalvoilla varustettujen kalvojen erilaiset käyntiajat. Vähintään se on noin 12-15 tuhatta tuntia.

Kun tällaisia LED-valoja on parannettu, niitä käytetään laajalti matkapuhelimissa, autojen ja merenkulun GPS-navigaattoreissa, yönäytöksissä ja yömetsästys- ja ampumalaitteissa jne.

Video - yleiskatsaus: QLED-, OLED- ja LCD-näytön (IPS) vertailu.

Filamentti

Vuosina 2012-2013 oli epätavallisia ledejä, joita kutsutaan nimellä Filament. Ne ovat periaatteessa COB-matriiseja, jotka ovat pitkien sylinterien muodossa, joiden halkaisija on 2-3 ja pituus 15-30 mm. Lasi- tai safiirisylinteriin liimattu 28-30 sinistä kristallia, joissa on useita punaisia kristalleja. Ne kytketään peräkkäisiin ketjuihin, ja kun niiden moitteeton toiminta on tarkastettu, ne täytetään keltaisella fosforilla.

Tätä filamenttitekniikkaa kutsutaan nimellä Chip-On-Glass eli COG.

Esivalmistetut COG-matriisit asetetaan tavanomaisten hehkulamppujen varusteisiin, asennetaan kantaan ja koteloidaan lasi- tai muovikupuun. Lamppu on täytetty heliumilla ledien jäähdyttämiseksi.

Valaisimien teho on 2-3-10-12 W. Valovirta vastaa tavanomaisten LEDien valotehokkuutta, joka on 80-100 Lm/W.

Tuloksena on hehkulampun LED-päivitys. Lampusta käytetään usein virheellisesti nimitystä LED-hehkulamppu.

Termi retrofit tulee sanoista retrofit. Kyseessä ovat uudet valonlähteet, jotka on sijoitettu perinteisen kokoisiin koteloihin.

Philament LED-lamppu ilmapallolampussa.

Suuritehoinen hehkulamppu pitkänomaisessa polttimossa.

Yllä olevissa kuvissa esitetään eri tehot ja valmistajat. LED-hehkulamput. E27-kantaisessa lasilampussa hehkulangan COL-moduulit on kiinnitetty hehkulankakiinnikkeeseen.

Tyyppi PCB Star

Tämäntyyppisen ledin lyhenne on johdettu englanninkielisestä ilmaisusta Printed Circuit Board (painettu piirilevy). Se tarkoittaa painettua piirilevyä.

PCB Star-diodilevy.

PCB Star-diodilevy. Amerikkalaisen CREE-yhtiön tuottama malli XML. Keltainen suorakulmio on suuritehoisen diodin COB-matriisi.

Levy on valmistettu hyvin lämpöä johtavasta metallista, esimerkiksi alumiinista. Levyn kokoonpano on 6-palkkinen tähti. COB-LED-matriisi on asennettu tehtaalla tähtitaulun keskelle. Levy on maalattu mustaksi, jotta tehokkaan käyttövalon emitterin passiivinen lämmöntuotto lisääntyy.

Tehokkaat PCB Star -tyyppiset LEDit.

Vasemmalla olevat 6 "tähteä" ovat diodeja, joiden tehot ja valkoisen valon sävyt vaihtelevat. Kaksi alimmaista ovat tehokkaampia elementtejä, joissa on suuret keltaiset fosforiympyrät. Oikealla on 4 saraketta. - Diodit, jotka on tarkoitettu tasomaisesti asennettaviksi piirilevyn kontaktityynyjen pinnalle.

Mittapiirros suuritehoisesta tasomaisesta LEDistä tähtitaululla.

Mittapiirros suuritehoisesta tasomaisesta LEDistä tähtitaululla. Rakennekorkeus on 6,6 mm, diodin rungon halkaisija on 8 mm ja Star-levyn koko on 22 mm.

COB-LED-matriisi

Jos lämpöä johtavalla alustalla keinotekoinen kristalli safiiri tai pii liimata dielektrinen liimaa muutamia kymmeniä puolijohdekiteitä sininen hehku, kytke ne johtimet sarja-rinnakkain ryhmissä ja täytä alkuun keltainen fosfori, saamme LED-moduuli. Tämä on COB-matriisi. Lyhenne on johdettu englanninkielisestä sanayhdistelmästä Chip-On-Board. Se on käännetty muotoon "kiteet laudalla".

Keltaisella fosforilla täytetty pyöreä COB-ledimatriisi. Kehystä pitkin on ruskeita kosketustyynyjä virta- ja/tai ohjauspiirejä varten.

COB-matriiseissa käytetään ydinmatonta LED-sirua ilman alustaa. Järjestely on erittäin tiheä. Suuri osa suuritehoisista LED-valonlähteistä valmistetaan tällä tekniikalla, mukaan lukien sadat kiteet. Hyvällä tuulettimella varustetulla jäähdytyselementillä, jossa joskus käytetään lämpöputkia, voidaan saavuttaa 150-200 W tai enemmän yhdessä paketissa. Matriisi tarjoaa suuntautuneen säteilyvirran 100-150 asteen hajontakulmalla 0,7 suurimmalla säteilytasolla.

Tyypillinen luokitus

LED-tyyppejä voivat olla:

• yhden sirun LEDit yhdellä suuritehoisella sirulla (COB-matriisi)
• LED-parit yhdessä pakkauksessa - LED-merkkivalot, jotka vilkkuvat vuorotellen kahdella värillä, esim. punaisella ja keltaisella.
• kolminkertaiset tai kolminkertaiset säteilijät, joissa on kolme pääväriä. - punainen, vihreä ja sininen tai RGB .Punainen, vihreä, sininen.

Kolmen sirun LED SMD-paketissa asennettavaksi piirilevyn pinnalle.

Jos kolmikiteisessä ledissä on samanvärisiä kiteitä, saadaan superkirkas led. Erivärisillä kiteillä varustettuja RGB-kolmioita tai monivärisiä ohjattavia valonlähettimiä.

SMD on lyhenne sanoista Surface Mounted Device (pinta-asennettava laite). Käytetään elektroniikkakomponenttien, kuten LEDien, sijoittamisen ja juottamisen automatisointiin piirilevyillä. Sitä käytetään nauhoissa, nauhoissa, moduuleissa ja tavanomaisissa piirilevyissä.

Perusväreihin kuuluu YB-väripari keltainen ja sininen. On olemassa muitakin väriyhdistelmiä, jotka antavat sekoittamisen jälkeen valkoisen värin.

Tehokkaat COB LEDit

Suuremmissa malleissa on kiinnitysreiät kotelon kulmissa. Pienemmät mallit voidaan asentaa juottamalla ne piirilevylle.

LEDien tavanomaisten ominaisuuksien lisäksi suuritehoisiin malleihin on lisätty useita lisäparametreja:

• teho, W;
• lastun koko, mm;
• sirun tai matriisin nimellinen toimintavirta;
• L 70, L80 jne. standardeihin liittyvä käyttöikä.

Vähävirtaiset LEDit

Tehonkulutuksen osalta LEDit ovat 0,05-0,5 W, käyttövirta - 20-60 mA (keskimääräinen teho - 0,5-3 W, virta 0,1-0,7 A, korkea - yli 3 W, virta 1 A ja enemmän).

Rakenteellisesti pienitehoiset LEDit sisältävät useita LED-valonlähteiden ryhmiä:

• SMD tavanomaiset ja erittäin kirkkaat LEDit;
• DIP-diodit sylinterimäisissä pakkauksissa - asennettavaksi levyn reikiin;
• Piranha-pakkauksissa - asennettavaksi aukkoihin.

Vähävirtaiset LEDit eri koteloissa.

Kuvassa on LEDit ylhäältä alaspäin:

1. Sylinterimäiset DIP-kotelot - joissa on joustavat johtimet juottamista varten levyn reikiin.
2. Piranha-tyyppisissä koteloissa, eli Superfluxissa, juotetaan reikiin.
3. Tasomaisissa tappikoteloissa asennettavaksi yksi- ja kaksipuolisille piirilevytyynyille tai laminoituihin levykuoppiin.

LED-ominaisuudet

LEDit kuvataan useiden parametrien avulla. Tärkeimmät niistä ovat

• valovoima ja energiatehokkuus - Lm ja Lm/W;
• valovirran divergenssikulma - 0,5 tai 0,7 astetta - tavanomaisissa malleissa 120-140 astetta, indikaattorikäyttöisissä malleissa 15-45 astetta.
• käyttöteho, W - pieni - enintään 0,5, keskisuuri - 0,5-3, suuri - yli 3;
• Toimintavirta diodin läpi, mA tai A;
• valkoisen valon väri tai sävy, värilämpötilaKelvin, K - 2000-2500 K - lämmin valkoinen ja 6500-9500 K - kylmä valkoinen.

On olemassa muitakin eritelmiä, mutta niitä käytetään harvemmin. Esimerkiksi ledin voltti-ampeeri-ominaisuus eli VAR on liitoskohdan läpi kulkevan virran käyrä sovelletun käyttöjännitteen funktiona. Sitä käytetään LEDin toimintatilan sähköisissä laskelmissa.

Mitat .

LEDin mitat määräytyvät sen kotelon mittojen mukaan. SMD-koteloiden osalta pituus, leveys ja paksuus. Kaksi ensimmäistä arvoa on sisällytetty nimitykseen, esimerkiksi SMD2835, jossa kaksi numeroparia ovat 2,8 mm - leveys ja 3,5 mm - pituus. Rungon paksuus selviää diodin kuvauksesta tai datalehdestä.

Mitat . SMD3528 и SMD2835. Oikealla alhaalla oleva harmaa kulma on katodia osoittava avain.

Sylinterimäisten DIP-diodien tärkeitä ominaisuuksia ovat kotelon halkaisija ja sen korkeus linssin kanssa. Johtimien pituus ja valmistajan suositukset niiden taivuttamisesta ennen asennusta on otettava huomioon.

Aallonpituus

LEDien aallonpituuden kaltaista ominaisuutta käytetään hyvin harvoin. Yleisemmin kutsutaan luminisenssin aallonpituudeksi.

Diodin aallonpituus mitataan nanometreinä (nm). Sitä ei aina ilmoiteta tuotteen tietolehdessä.

Merkintä ja värikoodaus

Jokaisella valmistajalla on oma merkintänsä LEDeistä. Esimerkiksi LED:n LED-WW-SMD5050 -nimityksessä sen aakkos- ja numero-osat on tulkittu:

• LED - LED;
• WW - Warm White - lämmin valkoinen 2700-3500 K;
• SMD - kotelo pinta-asennusta varten;
• 5050 - pakkauksen mitat millimetrien kymmenesosina - 5,0×5,0.

Valkoisen valon sävyjen lyhenteet:

• DW - Päivänvalkoinen (4000-5000 K);
• W - Valkoinen, puhtaan valkoinen (6000-8000 K);
• CW tai WC - Cool White (8000-10000 K);
• WSC - White Super Cool - valkoinen erittäin viileä, värilämpötila 15 000 K, jossa on tyypillinen sinertävä sävy;
• NW - Neutraali valkoinen - 5000 K.

LEDeille ja väreille on olemassa muitakin nimityksiä, sillä järjestelmää ei ole vielä täysin standardoitu, joten valmistajat käyttävät valkoisen valon sävyistä erilaisia numeerisia arvoja ja nimityksiä.

Graafinen ja aakkosellinen esitys kaaviossa

Anodi eli LEDin plus-osa on sähkökaavioissa kolmio. Katodi (miinus) on merkitty katkoviivalla.

LED AL307:n ulkonäkö ja sen merkintä piirustuksissa ja kaavioissa.

Usein käytetty lyhenne on latinankielinen lyhenne HL.

LED-jännitetaulukko

Sen varmistamiseksi, että LED toiminnassa kaikki sen suunnittelun ja valmistustekniikan antamat ominaisuudet, sen on tarjottava suunnitteluvirtalähde. Aseta esimerkiksi sen anodille ja katodille jännite, joka on hieman suurempi kuin p-n-liitoksen etujännite. Ylimääräinen jännite on "sammutettava" sarjaan kytketyllä vastuksella. vastus. Vastusta kutsutaan virranrajoitusvastukseksi. Sitä käytetään estämään virran ylittyminen p-n-liitoksessa.

LEDissä on kaksi kosketinta - anodi ja katodi, katodi on lyhyempi kuin anodi. Jos pituus on sama, niin määrittää ne peukalonaulalla. Jos valo näkyy, se tarkoittaa, että katsot anodia.

Pöytä. Värillisen LEDin p-n-liitoksen suora jännite.

Lue myös: Kuinka tietää, kuinka monta volttia LED on

LED-sovellukset

LEDien käyttöalueet laajenevat jatkuvasti. Alun perin niitä käytettiin valonilmaisimina kytkentäpiireissä tai elektronisten laitteiden toiminnassa. Esimerkiksi lähettimen kytkeminen päälle, siirtyminen suuremmalle tai pienemmälle teholle jne. Voisi lukita automaattisen aktivoinnin, esim. kutsumerkin ilmestyessä tai huomion herättämiseksi. Käytettiin vilkkuvia tai yksivärisiä LED-valoja - punaisia, keltaisia, vihreitä ja sinisiä.

Pienikokoiset erittäin kirkkaat DIP-LEDit kytkettiin sarjaan ja rinnakkaisketjuihin, ja niitä syötettiin suoraan 220 voltin verkkovirrasta. Sijoittamalla nämä peräkkäiset diodiryhmät läpinäkyvään PVC-putkeen ja tiivistämällä ne läpinäkyvällä tiivisteellä saimme "joustava neon" - valoisa "nippu". Se voidaan asettaa altaan reunalle, polun reunalle, koristamaan talon kattoa tai puutarhassa olevaa puuta.

Joustavan neonin käyttö.

Joustavien monikerroslevyjen ja pinta-asennukseen tarkoitettujen SMD-koteloiden käyttöönotto on johtanut joustavien LED-nauhat..

Aluksi ne olivat sisätilojen koristelu. SMD-diodien lisääntynyt teho ja niiden tiheys piirilevyllä mahdollistivat sen, että LED-nauhoja voitiin käyttää ensin apuvalaistuksessa ja myöhemmin päävalaistuksessa. Pölyltä ja kosteudelta suojautumisen lisääntyminen johti siihen, että nauhoja alettiin käyttää koristevalaistuksessa ja myöhemmin perusulkovalaistuksessa.

Samaan aikaan kehitettiin LED-lamput korvaamaan hehkulamput valaisimissa - seinävalaisimissa, kattokruunuissa ja pöytävalaisimissa. Jälkiasennuslamput - hehkulamppujen ja loisteputkien täydelliset analogit muodon, polttimon koon ja syöttöjännitteen osalta - ilmestyivät. Hehkulamppujen asteittainen korvaaminen LED-valaisimilla alkoi. Samaan aikaan lopetettiin LL-lamppujen tuotanto - ensin 100 W tai enemmän, sitten 75, 60 jne.

Suuritehoisten yksittäisten ledien, erityisesti Emitter- tai PCB Star-pakettien, kehittäminen edisti sisäänrakennetuilla paristoilla varustettujen taskulamppujen syntymistä. Kirkkaus ja luminesenssi yhden latausjakson jälkeen oli moninkertainen aiempaan verrattuna.

Erinomainen LED:ien hallittavuus elektronisesti - säätimet ja himmentimet - kirkkaussäätimien avulla on voitu käyttää tehokkaita projektoreita katujen ja kaupunkien aukioiden valodynaamisessa valaistuksessa millä tahansa maan alueella.

Sovelletaan rakennusten koristevalaistukseen.

LED-nauhat, kuten RGB, RGBW ja RGBW ansiosta oli mahdollista paitsi saada aikaan voimakas valkoinen valonsuihku myös vaihdella sen valkoista väriä laajalla alueella lämpimän kellertävästä sinertävään ja viileän siniseen.

Uusien valonlähteiden hallittavuuden ansiosta niitä käytetään laajalti valomainonnassa - "ryömintälinjoissa", valonäytöissä, infonäytöissä jne. Näitä kirkkaita värillisiä ja valkoisia valonlähteitä käytetään julkisivu- ja kattomainoksissa - litteissä ja tilavissa kirjaimissa ja piirroksissa, tuotemerkkien nimissä, tavaramerkkien kuvissa ja paljon muuta.

Kaikki nämä mallit kestävät paljon pidempään kuin perinteisten lamppujen vastaavat mallit, eivätkä ne vaadi juuri lainkaan huoltoa ja kuluttavat moninkertaisesti vähemmän virtaa. LEDien ja valodiodien vaatimukset kasvavat jatkuvasti. LEDien kustannukset laskevat ja sovellukset laajenevat.