Cos'è un LED - descrizione dettagliata delle caratteristiche e dei tipi
I LED sono ovunque: nelle case, nelle auto, nei telefoni. Possono essere usati per illuminare gli schermi dei gadget o per creare fonti di luce a risparmio energetico. Ora è una fonte di luce indispensabile. Vediamo il dispositivo e le caratteristiche tecniche dei principali tipi di LED.
Cos'è un LED
LED (da Light Emitting Diode, o LED) - una fonte elettrica a stato solido di luce artificiale, fatta da materiali semiconduttori di p- e n-conduttività. Utilizzando un certo numero di tecniche - deposizione di maschere, incisione, deposizione epitassiale, ecc - viene creata una giunzione p-n.
In un materiale semiconduttore di tipo p, i portatori di corrente sono "buchi" - atomi nel cristallo semiconduttore che, drogati con metalli speciali, creano una mancanza di elettroni. Nei materiali n, i portatori sono gli elettroni in eccesso nel cristallo.
"Il 'buco' è in realtà stazionario. Ha una carica positiva uguale alla carica dell'elettrone. Un elettrone che "salta" dall'orbita esterna di un atomo all'orbita esterna di un atomo vicino, sposta il "buco" nella direzione opposta.
Come funziona o cosa brilla su un LED
La corrente elettrica sotto forma di un flusso in controcorrente di portatori di carica elettrica - "buchi" - "particelle" positive ed elettroni - quelle negative - può essere indotta collegando una tensione costante di una certa grandezza e polarità a una giunzione p-n. Quando questi flussi si incontrano nella giunzione p-n, si ricombinano o si fondono. Un elettrone libero con energia aumentata entra nel "buco" e scompare.
A destra c'è la parte n-semiconduttore del cristallo 'arricchita' di elettroni liberi e a sinistra la parte p-semiconduttore con 'particelle' positive - 'buchi'.
L'energia viene rilasciata sotto forma di quanti di luce. Questi sono emessi, cioè irradiati dall'estremità del cristallo. Il flusso di quanti colpisce il riflettore. La sua superficie lucida riflette la luce nella direzione desiderata. Il modello direzionale desiderato del flusso luminoso è formato da una configurazione speciale della superficie.
La tensione per eccitare la giunzione è applicata '+' all'anodo del diodo e '-' al catodo.
Design
Il colore lilla mostra il substrato di dissipazione del calore. I trapezi grigi rappresentano sezioni di un riflettore riflettente in una configurazione circolare in alluminio. Al centro del blu c'è il chip LED con fili d'oro o d'argento saldati ai pin dell'anodo e del catodo.
Tipi di LED
LED - un dispositivo abbastanza "giovane". La loro classificazione finale non è ancora stata stabilita. Questo è il motivo per cui molti produttori famosi utilizzano i propri sistemi di suddivisione.
Secondo uno di questi, i LED sono raggruppati secondo il loro scopo come segue:
- Indicatore.
- Illuminante.
I LED indicatori nel loro raggruppamento sono divisi nei seguenti tipi.
Diodi DIP .
L'abbreviazione deriva da Dual In-line Package o "double in-line arrangement". Di solito gli alloggiamenti sono cilindri, ma ci sono anche parallelepipedi. All'estremità inferiore ci sono dei fili assiali che sono paralleli all'asse principale di simmetria dell'involucro. Il cavo del catodo è più corto di quello dell'anodo.
Divisione in tipi in base al diametro della cassa e alla lente nella parte superiore. I diametri vanno da 2-3mm a 20mm o più. Colore del bagliore - qualsiasi colore, ci sono diverse tonalità di bianco.
Un tipo è lampeggiante in 2 colori e ha 3 cavi.
Cappello di paglia.
Una traduzione letterale di un cappello di paglia o tesa. Se applicato ai LED – L'alloggiamento sembra un cappello con la parte superiore arrotondata.
Si possono vedere i cavi di diverse lunghezze, quello corto è il catodo. Sono visibili anche i limitatori di altezza di montaggio. Sotto la lente c'è un cristallo con fosforo giallo.
Super Flux "Piranha"
Traduzione diretta - super flusso. Piranha è tradotto in russo come piranha. Il nome Piranha deriva dai terminali metallici in forma di strisce strette. Il LED è stato prodotto con gli angoli tagliati alle estremità dei fili durante lo stampaggio per facilitare l'inserimento nei fori del circuito. Questo ha portato ai "denti" affilati di un pesce predatore.
Le spalle - i fermi che fissano l'altezza della cassa sopra la tavola - erano impressi sui perni. Questo ha aperto il case per il raffreddamento ad aria dal basso. I cristalli per il raffreddamento passivo sono posti sulle estremità superiori dei perni.
Mettendo 2 o 3 chip nell'alloggiamento, il flusso luminoso è stato aumentato. Questo rende il diodo uno dei LED più luminosi.
Si può vedere il cristallo "coperto" dalla lente e i perni rastremati-formatori dell'altezza di montaggio.
SMD
Abbreviazione di Surface Mounted Device, si traduce in Dispositivo montato in superficie. Sono alloggiamenti rettangolari in plastica o ceramica. I terminali sono sul fondo e sul lato dell'alloggiamento sotto forma di pastiglie di contatto.
Il più delle volte illuminato, ma a bassa potenza può anche indicare. Le capacità vanno da mW (milliwatt) a W. Luminescenza - qualsiasi colore o sfumatura di luce bianca.
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OLED
Oltre ai LED a stato solido basati su metalli semiconduttori - silicio, germanio, arseniuro di gallio, ecc, c'è un gruppo di LED su film di composti organici. Questi sono chiamati organici o OLED - Organic Light Emitting Diode.
Come i diodi semiconduttori, emettono luce, ma non con una struttura a stato solido, bensì con film sottili. Finora, l'applicazione principale è nello sviluppo di display monocromatici. Gli attuali svantaggi dei film OLED colorati sono i diversi tempi di esecuzione dei film con diversi colori di luminescenza. Come minimo sono circa 12-15 mila ore.
Tali LED, una volta migliorati, saranno ampiamente utilizzati nei telefoni cellulari, nei navigatori GPS per automobili e marine, nei mirini notturni e nei dispositivi per la caccia e il tiro notturno, ecc.
Video - panoramica: confronto tra QLED, OLED e LCD (IPS).
Filamento
Nel 2012-2013 ci sono stati LED insoliti, che sono chiamati Filament. Fondamentalmente sono matrici COB in forma di lunghi cilindri con diametro 2-3 e lunghezza 15-30 mm. Su un cilindro di vetro o zaffiro incollato 28-30 cristalli blu con inclusioni di alcuni rossi. Sono collegati in catene consecutive e, dopo averne verificato il corretto funzionamento, vengono riempiti di fosforo giallo.
Questa tecnologia di filamento è chiamata Chip-On-Glass o COG.
Le matrici COG prefabbricate sono collocate sui raccordi delle tradizionali lampade a incandescenza, installate in una base e alloggiate in un bulbo di vetro o di plastica. La lampadina è riempita di elio per raffreddare i LED.
La potenza delle lampade è da 2-3 a 10-12 W. Il flusso luminoso corrisponde all'efficienza luminosa dei LED convenzionali che è di 80-100 Lm/W.
Il risultato è un retrofit LED di una lampadina a incandescenza. La lampada è spesso indicata erroneamente come una lampadina a incandescenza a LED.
Il termine "retrofit" deriva da "retrofit". Si tratta di nuove sorgenti luminose in alloggiamenti di dimensioni tradizionali.
Le figure qui sopra mostrano diversi wattaggi e produttori Lampade a filamento LED. In una lampadina di vetro con base E27 i moduli COL del filamento sono attaccati all'apparecchio.
Tipo PCB Star
L'abbreviazione di questo tipo di LED deriva dalla frase inglese Printed Circuit Board. Si traduce in circuito stampato.
Scheda PCB Star diode. Prodotto dalla società americana CREE, modello XML. Il rettangolo giallo è la matrice COB del diodo ad alta potenza.
La scheda è fatta di un metallo che conduce bene il calore, per esempio l'alluminio. La configurazione della scheda è una stella a 6 raggi. La matrice LED COB è montata in fabbrica al centro della scheda a stella. La scheda è dipinta di nero per aumentare la dissipazione passiva del calore del potente emettitore di luce in funzione.
Le 6 "stelle" sulla sinistra sono diodi di diversi wattaggi e tonalità di luce bianca. I due in basso sono elementi più potenti con grandi cerchi di fosforo giallo. A destra, una colonna di 4. - Diodi per il montaggio planare sulla superficie delle piazzole di contatto sul circuito.
Disegno dimensionale di un LED planare ad alta potenza su una scheda a stella. L'altezza di costruzione è di 6,6 mm, il diametro del corpo del diodo con pin planari è di 8 mm, la dimensione della scheda Star è di 22 mm.
Matrice COB-LED
Se su un substrato termicamente conduttivo di un cristallo artificiale di zaffiro o silicio per incollare il dielettrico incollare alcune decine di cristalli semiconduttori blu bagliore, collegarli con conduttori in gruppi serie-parallelo e riempire il fosforo giallo superiore, si ottiene un modulo LED. Questo è Matrice COB. L'abbreviazione deriva dalla combinazione di parole inglese Chip-On-Board. Viene tradotto come "cristalli su una tavola".
Le matrici COB utilizzano un chip LED senza nucleo e senza substrato. La disposizione è estremamente densa. Gran parte dei LED ad alta potenza sono prodotti con questa tecnologia, tra cui centinaia di cristalli. Un buon dissipatore di calore assistito da una ventola, a volte utilizzando tubi di calore, può raggiungere 150-200 W o più in un singolo pacchetto. La matrice fornisce un flusso direzionale con un angolo di dispersione di 100-150 gradi a 0,7 del livello massimo di radiazione.
Classificazione tipica
I tipi di LED possono includere:
- LED a chip singolo su un singolo chip ad alta potenza (matrice COB)
- coppie di LED in un unico pacchetto - LED indicatori che lampeggiano alternativamente in due colori, per esempio rosso e giallo
- triplette o triadi di emettitori con tre colori principali - rosso, verde e blu o RGB .Rosso, Verde, Blu.
Se il LED a tre cristalli ha cristalli dello stesso colore, abbiamo un LED super-luminoso. Con cristalli di diversi colori abbiamo triadi RGB o dispositivi di emissione di luce multicolore controllata.
SMD è l'abbreviazione di Surface Mounted Device. Utilizzato per l'automazione del posizionamento e della saldatura di componenti elettronici su circuiti stampati, compresi i LED. È usato in nastri, strisce, moduli e circuiti stampati convenzionali.
I colori di base comprendono la coppia di colori YB Giallo e Blu. Ci sono altre combinazioni di colori che danno un colore bianco dopo la miscelazione.
Potente LED COB
I modelli più grandi hanno dei fori di fissaggio negli angoli dell'alloggiamento. I modelli più piccoli possono essere montati mediante saldatura su un circuito stampato.
Oltre alle solite caratteristiche dei LED, diversi parametri aggiuntivi sono aggiunti ai modelli ad alta potenza:
- potenza nominale, W;
- dimensione del chip, mm;
- corrente nominale di funzionamento del chip o della matrice;
- durata di vita associata alle norme L 70, L80, ecc.
LED a bassa potenza
In termini di consumo di energia sono LED da 0,05 a 0,5 W, corrente di funzionamento - 20-60 mA (potenza media - 0,5-3 W, corrente 0,1-0,7 A, alta - più di 3 W, corrente 1 A e più).
Strutturalmente, i LED a bassa potenza includono diversi gruppi di emettitori di luce LED:
- LED SMD convenzionali e super-luminosi;
- Diodi DIP in pacchetti cilindrici - per il montaggio nei fori della scheda;
- in pacchetti piranha - per il montaggio in aperture.
L'immagine mostra i LED dall'alto in basso:
- Contenitori DIP cilindrici - con fili flessibili per la saldatura nei fori della scheda.
- Nelle custodie tipo piranha, alias Superflux, saldare nei fori.
- In alloggiamenti di pin planari per il montaggio su piazzole PCB mono e bifacciali o nei "pozzi" di schede multistrato.
Caratteristiche dei LED
I LED sono descritti da una serie di parametri. I più importanti sono
- intensità luminosa ed efficienza energetica - Lm e Lm/W;
- angolo di divergenza del flusso luminoso - 0,5 o 0,7 gradi - nei modelli convenzionali da 120 a 140 gradi, nei modelli guidati da indicatori - da 15 a 45 gradi
- potenza operativa, W - piccola - fino a 0,5, media - 0,5-3, grande - più di 3;
- Corrente di funzionamento attraverso il diodo, mA o A;
- colore o tonalità di luce bianca, temperatura di coloreKelvin, K - da 2000-2500 K - bianco caldo e fino a 6500-9500 K - bianco freddo.
Ci sono altre specifiche, ma sono usate meno frequentemente. Per esempio, la caratteristica volt-ampere, o VAR, di un LED è la curva della corrente attraverso la giunzione in funzione della tensione operativa applicata. Si usa nei calcoli elettrici della modalità di funzionamento di un LED.
Dimensioni.
Le dimensioni di un LED sono determinate dalle dimensioni del suo alloggiamento. Per gli alloggiamenti SMD è lunghezza, larghezza e spessore. I primi due valori sono incorporati nella designazione, per esempio, SMD2835, dove due coppie di cifre sono 2,8 mm - larghezza e 3,5 mm - lunghezza. Puoi ottenere lo spessore del corpo dalla descrizione o dalla scheda tecnica del diodo.
Per i diodi DIP cilindrici le caratteristiche importanti sono il diametro dell'alloggiamento e la sua altezza con la lente. Bisogna tener conto della lunghezza dei cavi e delle raccomandazioni del produttore per piegarli prima del montaggio.
Lunghezza d'onda
Una caratteristica dei LED come la lunghezza d'onda è usata molto raramente. Più comunemente indicato come lunghezza d'onda della luminescenza.
| Tonalità di colore | Lunghezza d'onda, nm |
|---|---|
| Infrarosso (invisibile) | 760-880 |
| rosso | 620-760 |
| arancione | 585-620 |
| giallo | 575-585 |
| giallo-verde | 555-575 |
| verde | 510-555 |
| blu | 480-510 |
| blu | 450-480 |
| viola | 390-450 |
| Ultravioletto (invisibile) | 10-390 |
La lunghezza d'onda di un diodo si misura in nanometri - nm. Non è sempre indicato nella scheda tecnica del prodotto.
Marcatura e codifica dei colori
Ogni produttore ha la sua marcatura di LED. Per esempio, il LED-WW-SMD5050 ha una decifrazione dei suoi elementi alfabetici e numerici:
- LED - LED;
- WW - Warm White - bianco caldo 2700-3500 K;
- SMD - alloggiamento per il montaggio in superficie;
- 5050 - dimensioni del pacchetto in decimi di millimetri - 5.0×5.0.
Abbreviazioni per le sfumature di luce bianca:
- DW - Day White (4000-5000 K);
- W - Bianco, bianco puro (6000-8000 K);
- CW o WC - Cool White (8000-10000 K);
- WSC - White Super Cool - bianco super cool, temperatura di colore 15 000 K con una caratteristica sfumatura bluastra;
- NW - Bianco neutro - 5000 K.
Ci sono altre denominazioni per i LED e i colori, il sistema non è ancora completamente standardizzato, quindi i produttori usano diversi valori numerici e nomi per le tonalità di luce bianca.
Rappresentazione grafica e alfabetica nello schema
L'anodo, ovvero il più del LED negli schemi elettrici è rappresentato da un triangolo. Il catodo (meno) è indicato con un trattino trasversale.
Tabella della tensione dei LED
Per garantire che il LED in funzione tutte le caratteristiche date dalla sua tecnologia di progettazione e produzione, ha bisogno di fornire alimentazione design. Per esempio, applicare una tensione al suo anodo e catodo, che sarà leggermente superiore alla tensione della giunzione p-n in avanti. L'eccesso di tensione deve essere "spento" con una resistenza collegata in serie. resistenza. Il resistore è chiamato resistore limitatore di corrente. Si usa per evitare che la corrente superi la giunzione p-n.
Un LED ha due pin di contatto - anodo e catodo, il catodo è più corto dell'anodo. Se la lunghezza è la stessa, allora determinare con una puntina da disegno. Se appare una luce significa che state guardando l'anodo.
Tabella. Tensione diretta della giunzione p-n di un LED colorato.
| Colore del bagliore | Funzionamento, tensione diretta, V |
|---|---|
| bianco | 3,5 |
| rosso | 1,63–2,03 |
| arancione | 2,03–2,1 |
| giallo | 2,1–2,18 |
| verde | 1,9–4,0 |
| blu | 2,48–3,7 |
| viola | 2,76–4 |
| infrarossi | fino a 1,9 |
| ultravioletto | 3,1–4,4 |
Leggi anche: Come sapere quanti volt ha un LED
Applicazioni LED
I campi di applicazione dei LED sono in continua espansione. In origine, erano utilizzati come indicatori luminosi nei circuiti di commutazione o nel funzionamento di apparecchiature elettroniche. Per esempio, accendere un trasmettitore, passare a una potenza maggiore o minore, ecc. Potrebbe bloccare l'attivazione automatica, ad esempio quando appare un segnale di chiamata o per attirare l'attenzione. Sono stati utilizzati LED lampeggianti o monocolore - rosso, giallo, verde, blu.
I LED DIP super-luminosi di piccole dimensioni sono stati collegati in catene serie-parallelo e alimentati direttamente da una rete di 220 V. Mettendo questi gruppi consecutivi di diodi in un tubo di PVC trasparente e sigillandoli con un sigillante trasparente, abbiamo ottenuto "neon flessibile"un "fascio" luminoso. Può essere posato sul bordo della piscina, sul cordolo del sentiero, decorare il tetto della casa o un albero nel giardino.
L'avvento delle schede flessibili multistrato e degli alloggiamenti SMD per il montaggio in superficie ha portato allo sviluppo di schede flessibili Strisce LED..
All'inizio erano un mezzo per decorare gli spazi interni. L'aumento della potenza dei diodi SMD e la loro densità sulla scheda hanno permesso di iniziare a utilizzare le strisce LED prima per l'illuminazione ausiliaria e poi per quella principale. L'aumento della protezione dalla polvere e dall'umidità ha portato all'uso delle strisce per l'illuminazione decorativa e più tardi per l'illuminazione esterna di base.
Allo stesso tempo, le lampade a LED sono state sviluppate per sostituire le lampade a incandescenza nelle lampade - lampade da parete, lampadari, lampade da tavolo. Le lampade retrofit - analoghi completi delle lampade a incandescenza e dei tubi fluorescenti in forma, dimensione della lampadina e tensione di alimentazione - sono apparse. È iniziata una graduale sostituzione delle lampadine a incandescenza con retrofit LED. Allo stesso tempo, la produzione di LL è stata interrotta - all'inizio 100 W o più, poi 75, 60, ecc.
Lo sviluppo di LED singoli ad alta potenza, specialmente nel pacchetto Emitter o PCB Star, ha contribuito alla nascita di torce con batterie integrate. La brillantezza e la luminescenza dopo un singolo ciclo di carica erano molte volte maggiori che in passato.
Eccellente controllabilità dei LED per via elettronica - controllori e dimmer - controllori di luminosità, ha permesso l'uso di potenti proiettori nell'illuminazione luminoso-dinamica di strade e piazze di città e paesi in qualsiasi regione del paese.
Strisce di LED come RGB, RGBW e RGBW ha permesso non solo di ottenere un potente flusso di luce bianca, ma anche di variare il suo colore bianco in un'ampia gamma dal giallo caldo al blu e al blu freddo.
La controllabilità delle nuove fonti di luce le rende ampiamente utilizzate nella pubblicità luminosa - "running lines", display luminosi, schermi informativi, ecc. Queste brillanti fonti di luce colorata e bianca sono utilizzate nella pubblicità su facciate e tetti - lettere e disegni piatti e volumetrici, marchi, immagini di marchi e molto altro.
E tutti questi design durano molto più a lungo delle controparti delle lampade convenzionali, non richiedono quasi nessuna manutenzione e consumano molte volte meno energia. Le specifiche dei LED e dei diodi emettitori di luce sono in costante aumento. Il costo dei LED sta diminuendo e le applicazioni si stanno espandendo.
