LEDとは - 特性と種類の詳細な説明
LED は、家、車、電話など、どこにでもあります。それらは、ガジェットの明るいバックライト画面を提供し、費用対効果の高い光源を生成します。今では欠かすことのできない光源となっています。主なタイプのLEDのデバイスと技術的特性を考慮してください。
LEDとは
LED (Light Emitting Diode、または LED から) - p および n 導電性の半導体材料で作られた人工光の固体電源。マスクスパッタリング、エッチング、エピタキシャル堆積などのいくつかの技術を使用して、pn接合が生成されます。
p 型半導体材料では、電流キャリアは「正孔」 (半導体結晶の原子) であり、電子が不足するように特殊な金属がドープされています。 n 型材料では、キャリアは結晶内の余分な電子です。
「穴」は実際には静止しています。それは電子の電荷に等しい正の電荷を持っています。電子は、ある原子の外側の軌道から隣接する原子の外側の軌道に「ジャンプ」し、「正孔」を反対方向に移動します。
それがどのように機能するか、またはLEDで何が光るか
電荷担体 - 「正孔」 - 正の「粒子」と電子 - 負のものの逆流の形の電流は、特定の大きさと極性の定電圧を pn 接合に接続することによって誘導できます。これらのフラックスが pn ジャンクションで出会うと、再結合または合体します。エネルギーが高まった自由電子が「正孔」に入り、消滅します。
右側は自由電子で「濃縮」された結晶の n 半導体部分で、左側は正の「粒子」 - 「正孔」を含む p 半導体部分です。
エネルギーは光の量子の形で放出されます.それらは放出されます。つまり、結晶の端から放出されます。量子の流れはリフレクターに当たります。その磨かれた表面は、希望する方向に光を反射します。光束の望ましい指向性パターンは、表面の特殊な構成によって形成されます。
ジャンクションに通電するための電圧は、ダイオードのアノードに「+」、カソードに「-」が適用されます。
デザイン
ライラック色はヒートシンク基板を示しています。灰色の台形は、アルミニウムの円形構成の反射反射鏡のセクションです。青の中心 - 金または銀のワイヤーが接続されたLEDチップクリスタルが、アノードとカソードのピンにはんだ付けされています。
LEDの種類
LED - かなり「若い」デバイスです。それらの最終的な分類はまだ形成されていません。したがって、多くの有名なメーカーは独自のサブディビジョン システムを使用しています。
それらの1つによると、LEDは目的別に次のようにグループ化されています。
- インジケータ。
- イルミネーション。
グループ内のインジケータ LED は、次のタイプに分類されます。
DIP ダイオード。
この略語は、デュアル インライン パッケージまたは「ダブル インライン配置」に由来します。体は通常円柱ですが、平行六面体もあります。下端では、ワイヤの軸リードはケースの主対称軸に平行です。陰極リードは陽極リードより短い。
型分けはケース径と先端のレンズによる。直径は 2 ～ 3 ～ 20 mm 以上です。グローの色は任意の色で、いくつかの白い色合いがあります。
1タイプは2色点滅で3芯です。
麦わら帽子。
直訳は麦わら帽子またはブリルです。 LEDへの応用 – ハウジングは、上部が丸みを帯びた帽子のように見えます。
長さの異なるリードが見えますが、短い方がカソードです。取り付け高さリミッターも確認できます。レンズの下には、黄色の蛍光体を含むクリスタルがあります。
スーパーフラックス「ピラニア」
直訳 - スーパーフラックス。ピラニア - ロシア語に翻訳された - ピラニア。 LED という名前は、細いストリップの形をした金属端子の特徴から付けられました。基板の穴に挿入しやすいように、打ち抜き時にリードの角を切り落としました。これにより、捕食魚の鋭い「歯」が生まれました。
「肩」 - ボード上のケースの高さを設定するリミッター - がピンに刻印されていました。これにより、下から空冷するケースが開かれました。ピンの上端には、パッシブ冷却用のクリスタルが配置されています。
ケースにチップを2～3個入れることで、光束を増やしました。そして、ダイオードは超高輝度グループにあります。
レンズと取り付け高さのテーパーピンフォーマーによって「覆われた」クリスタルを見ることができます。
SMD
英語から翻訳されたSurface Mounted Deviceの略語 - 表面実装デバイス。それらは、長方形のプラスチックまたはセラミックのハウジングのように見えます。端子は、接触パッドの形でハウジングの底部と側面にあります。
ほとんどの場合 - 点灯しますが、低電力ではインジケーターになります。容量は、mW (ミリワット) から W までの範囲です。グロー - 白色光の任意の色または色合い。
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有機EL
シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素などの半導体金属に基づく固体LEDに加えて、有機化合物のフィルム上のLEDのグループがあります。それらは、有機またはOLED-LED - 有機発光ダイオードと呼ばれます。
また、半導体ダイオードと同様に、固体構造ではなく薄膜によって発光します。これまでのところ、主な用途はモノクロディスプレイの開発です。カラーOLEDフィルムの既存の欠点-異なる色の発光のフィルムの持続時間は異なります。最低でも約12〜15千時間です。
このような LED は、完成後、携帯電話、自動車および船舶の GPS ナビゲーター、ナイト サイト、夜間の狩猟や射撃用のデバイスなどで広く使用されます。
ビデオ - 概要: QLED、OLED、および LCD (IPS) の比較。
フィラメント
2012 年から 2013 年にかけて、フィラメントと呼ばれる珍しい LED が登場しました。それらは、直径 2 ～ 3、長さ 15 ～ 30 mm の長い円筒形の COB マトリックスです。ガラスまたはサファイアシリンダーに、28〜30個の青い結晶を接着し、いくつかの赤い水しぶきを付けました。それらは連続したチェーンで接続されており、保守性を確認した後、黄色の蛍光体が充填されています。
フィラメント モジュールを作成するこの技術は、Chip-On-Glass または COG と呼ばれます。
プレハブCOGマトリックスは、従来の白熱灯のアーマチュアに配置され、ベースに取り付けられ、ガラスまたはプラスチック電球に配置されます。電球には、LED を冷却するためのヘリウムが充填されています。
ランプの電力は 2 ～ 3 ～ 10 ～ 12 ワットです。光束は、従来のLEDの発光効率80～100Lm/Wに相当します。
その結果、白熱電球のLED化が実現しました。多くの場合、ランプは誤って LED 白熱電球と呼ばれます。
レトロフィットという用語は、英語のレトロフィット (近代化または修正) に由来します。これらは、従来の寸法のハウジングに収められた新しい光源です。
上の写真は、さまざまなワット数とメーカーを示しています LEDフィラメントランプ. E27 ベースのガラス電球では、フィラメント COL モジュールがフィラメント固定具に取り付けられています。
PCBスター種
このタイプの LED の略語は、英単語のコンビネーション プリント サーキット ボードに由来します。その訳はプリント基板です。
PCB スター ダイオード ボード。メーカーはアメリカのCREE社、Model XMLダイオードです。黄色の長方形は、ハイパワー ダイオードの COB マトリックスです。
基板はアルミなどの熱伝導の良い金属でできています。ボードの構成は6ビームスターです。 COB LED マトリックスは工場出荷時にスターボードの中央に取り付けられています。ボードは黒く塗装されており、高出力の動作発光デバイスによって生成される受動的な熱放散を増加させます。
左側の 6 つの「星」は、さまざまな電力と白色光の色合いのダイオードです。一番下の 2 つは、黄色の蛍光体の大きな円を持つ、より強力な要素です。右側は4個の列です。 - プリント回路基板の接触パッドの表面に平面実装するためのダイオード。
スターボード上の高出力平面 LED の寸法図。構造の高さは 6.6 mm、平面ピン付きダイオードのボディ直径は 8 mm、Star ボードのサイズは 22 mm です。
COB LEDマトリックス
サファイアまたはシリコンの人工結晶の熱伝導性基板上に誘電体接着剤を接着する場合、数十個の半導体結晶が青色に輝き、それらの導体を直並列グループに接続し、上部の黄色蛍光体を充填すると、LED モジュールが得られます。これは COB マトリックス.この略語は、英単語の組み合わせ Chip-On-Board に由来します。「盤上の水晶」と訳されます。
COB マトリックスは、基板なしでコアレス LED チップ結晶を使用します。配置は非常に密集しています。この技術は、何百もの結晶を含む高出力 LED の大部分を製造するために使用されています。場合によってはヒート パイプを使用するファン吹きの優れたヒートシンクは、1 つのパッケージで 150 ～ 200 ワット以上を達成できます。マトリックスは、最大放射の 0.7 で 100 ～ 150 度の分散角を持つ指向性フラックスを提供します。
典型的な分類
LED のタイプには次のものがあります。
- シングル LED 単一の高出力結晶 (COB マトリックス) 上。
- 1つのパッケージにLEDのペア - 赤と黄の2色で交互に点滅するインジケータLED
- 三原色のエミッターのトリプレットまたはトライアド - 赤、緑、青または RGB .赤、緑、青。
3 結晶 LED に同じ色の結晶がある場合、超高輝度 LED になります。さまざまな色の光の結晶を使用して、RGBトライアド、またはマルチカラー制御の発光デバイスがあります。
SMD - Surface Mounted Device の略。 LEDをはじめとするプリント基板への電子部品の実装やはんだ付けの自動化に使用されます。リボン、ストリップ、モジュール、および従来のプリント回路基板で使用されます。
基本色には、YB - イエロー、イエロー、ブルー、ブルーのペアが含まれます。混合後に白色を与える他の色の組み合わせがあります。
強力な COB LED
より大きなモデルには、ハウジングのコーナーに取り付け穴があります。小さいモデルは、プリント回路基板にはんだ付けによって取り付けられます。
高出力モデルの LED の通常の特性に加えて、いくつかの追加パラメータが追加されています。
- 定格電力、W;
- チップサイズ、mm;
- クリスタルまたはマトリックスの定格動作電流;
- 規格 L 70、L80 などに関連する耐用年数
低電力 LED
消費電力の値によると、LEDは0.05〜0.5 W、動作電流は20〜60 mAです（平均電力 - 0.5〜3 W、電流0.1〜0.7 A、大 - 3 W以上、電流1 A以上）。
構造的に、低電力 LED には LED 発光体のいくつかのグループが含まれます。
- SMD の従来型および超高輝度 LED。
- 基板の穴に取り付けるための円筒形パッケージの DIP タイプ ダイオード。
- 「ピラニア」パッケージ - 穴に取り付けるため。
写真は、LED を上から下に示しています。
- DIP タイプの円筒形パッケージ - 基板の穴にはんだ付けするためのフレキシブル ワイヤ リード付き。
- ピラニアタイプのエンクロージャー、別名スーパーフラックスでは、穴にはんだ付けします。
- 片面および両面 PCB のコンタクト パッドまたは多層基板の「ウェル」に取り付けるための平面ピンの場合。
LEDの特長
LED は、いくつかのパラメーターによって記述されます。最も重要なものは次のとおりです。
- 光強度とエネルギー効率 - Lm と Lm/W;
- 0.5または0.7度での光束の発散角、度 - 従来のモデルでは120から140度、インジケータモデルでは - 15から45度
- 動作電力、W - 小 - 最大 0,5、中 - 0,5-3、大 - 3 以上。
- ダイオードを流れる動作電流、mA または A;
- 白色光の色または色合い、 色温度ケルビン、K - 2000-2500 K - 温白色、6500-9500 K まで - 冷白色。
他にも特徴はありますが、あまり使われていません。たとえば、LED の電圧-アンペア特性 (VAR) は、接合部を流れる電流が印加される動作電圧に依存する曲線です。これは、LED 動作モードの電気計算で使用されます。
寸法。
LEDの寸法は、そのハウジングの寸法によって決まります。 SMD ハウジングの場合 - 長さ、幅、厚さ。最初の 2 つの値は指定に埋め込まれています。たとえば、SMD2835 では、2 組の数字が幅 2.8 mm、長さ 3.5 mm です。本体の厚さは、ダイオードの説明またはパスポートから取得する必要があります。
円筒形の DIP ダイオードの重要な特徴は、ハウジングの直径とレンズを含めた高さです。ワイヤ リードの長さと、取り付け前の曲げに関するメーカーの推奨事項を考慮してください。
波長
波長などの LED の特性はほとんど使用されません。多くの場合、発光の色と呼ばれます。
| 色合い | 波長、nm |
|---|---|
| 赤外線（見えない） | 760-880 |
| 赤 | 620-760 |
| オレンジ | 585-620 |
| 黄色 | 575-585 |
| 黄緑 | 555-575 |
| 緑 | 510-555 |
| 青い | 480-510 |
| 青い | 450-480 |
| 紫の | 390-450 |
| 紫外線（目に見えない） | 10-390 |
ダイオードの波長は、ナノメートル - nm 単位で測定されます。製品データシートで常に指定されているわけではありません。
名称と色分け
各メーカーには、独自の LED ラベルがあります。たとえば、LED の指定 - LED-WW-SMD5050 では、アルファベットと数字の要素が解読されます。
- LED - LED;
- WW - ウォーム ホワイト - ウォーム ホワイト 2700-3500 K;
- SMD - 表面実装用ハウジング。
- 5050 - 10 分の 1 ミリ単位のパッケージ寸法 - 5.0×5.0。
白色光の色合いの略語オプション:
- DW - デイホワイト (4000-5000 K);
- W - ホワイト、ピュアホワイト (6000-8000 K);
- CW または WC - クールホワイト - クールホワイト (8000-10 000 K);
- WSC - ホワイト スーパー クール - ホワイト スーパー クール、色温度 15,000 K、特徴的な青みがかった色合い。
- NW - ニュートラル ホワイト - ニュートラル ホワイト - 5000 K.
LEDと色には他の指定があり、システムはまだ最終的に標準化されていないため、メーカーは異なる数値と白色光の色合いの名前を使用しています.
ダイアグラム内のグラフィカルおよびアルファベット表記
アノード、つまり電気回路図の LED のプラスは、三角形として示されています。陰極 (マイナス) はクロス ダッシュで示されます。
LED電圧表
動作中に LED がその設計および製造技術によって指定されたすべての機能を確実に実行できるようにするには、設計電源を提供する必要があります。たとえば、そのアノードとカソードに電圧を印加します。これは、pn接合の直流電圧よりもわずかに高くなります。過剰な電圧は、直列接続された抵抗で「消滅」する必要があります 抵抗器.この抵抗器を電流制限抵抗器と呼びます。電流が pn 接合を超えないようにするために使用されます。
LED には、アノードとカソードの 2 つの接続ピンがあり、カソードはアノードよりも短くなっています。長さが同じなら 決定 画鋲電池付き。光があれば陽極です。
テーブル。カラー発光ダイオードの pn 接合の直流電圧。
| 輝きの色 | 動作、直流電圧、V |
|---|---|
| 白い | 3,5 |
| 赤 | 1,63–2,03 |
| オレンジ | 2,03–2,1 |
| 黄色 | 2,1–2,18 |
| 緑 | 1,9–4,0 |
| 青い | 2,48–3,7 |
| 紫の | 2,76–4 |
| 赤外線 | 1.9まで |
| 紫外線 | 3,1–4,4 |
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LED アプリケーション
LEDの応用分野は常に拡大しています。当初、それらは電子機器のスイッチングまたは操作の回路で光インジケータとして使用されていました。たとえば、送信機の電源を入れたり、高出力または低出力に切り替えたりします。たとえば、呼び出し信号が表示されたときや注意を引くために、自動切り替えを修正できます。点滅または単色の LED (赤、黄、緑、青) が使用されました。
小型の超高輝度 DIP LED を直並列チェーンで接続し、220 V 回路から直接給電しました。これらのダイオードの連続したグループを透明な PVC チューブに配置し、透明なシーラントで密閉することで、"柔軟なネオン」 - 明るい「バンドル」。プールの端、小道の縁石に置いたり、家の屋根や庭の木を飾ったりできます。
柔軟な多層基板と表面実装用の SMD ハウジングの出現により、柔軟な基板が作成されました。 LEDストリップ。.
当初は、建物の内部を装飾する手段でした。 SMDダイオードの電力とボード上の配置密度を高めることで、最初に補助照明、次にメイン照明にLEDストリップを使用できるようになりました。ストリップの防塵および防湿の程度を高めると、装飾照明、そしてメインの街路照明に使用されるようになりました。
同時に、ウォールランプ、シャンデリア、テーブルランプなど、ランプの白熱灯に代わるLEDランプが開発されていました。改造ランプ - 白熱灯と蛍光管の形状、電球のサイズ、電源電圧の完全な類似物が登場しました。 LEDレトロフィットのための白熱灯の段階的な交換が始まりました。同時に、LEDの生産が停止しました-最初は100 W以上、次に75、60など。
特にエミッタまたは PCB スター パッケージでの高出力単一 LED の開発は、内蔵バッテリを備えた懐中電灯の出現に貢献しました。 1回の充電サイクル後の輝度と発光持続時間は、以前のモデルの数倍優れていました。
電子的手段によるLEDの優れた制御性 - コントローラーと 調光器 - 輝度コントローラーにより、国のどの地域の都市や町の通りや広場の光動的照明で強力なプロジェクターを使用することができました。
などのLEDストリップ RGB、RGBW、RGBW 強力な白色光が得られるだけでなく、温かみのある黄みがかった色から青みがかった冷たげな青まで、幅広い範囲で白色を変化させることが可能になりました。
新しい光源の制御性により、「クロールライン」、ライトボード、情報画面などの軽い広告で広く使用できます。これらの明るい色と白色の光源は、ファサードの広告や屋根で使用されています。フラットで立体的な文字や絵、ブランド名、商標画像などです。
そして、これらすべての設計は、従来のランプのアナログよりもはるかに長く動作し、ほとんどメンテナンスが不要で、同時に何倍も少ない電力を消費します。 LED と照明器具の技術的特性は常に成長しています。 LEDのコストは低下し、アプリケーションは拡大しています。
