O que é um LED - descrição detalhada das características e tipos
Os LEDs estão em todo o lado: em casas, carros, telefones. Podem ser utilizados para iluminar ecrãs de gadgets, ou ser utilizados para criar fontes de luz economizadoras de energia. Agora é uma fonte indispensável de luz. Vejamos o dispositivo e as características técnicas dos principais tipos de LED.
O que é um LED
LED (de Díodo Emissor de Luz, ou LED) - uma fonte eléctrica de estado sólido de luz artificial, feita de materiais semicondutores de p- e n-condutividade. Usando uma série de técnicas - deposição com máscara, gravura, deposição epitaxial, etc. - é produzida uma junção p-n.
Num material semicondutor do tipo p, os portadores de corrente são 'buracos' - átomos no cristal semicondutor que, por dopagem com metais especiais, criam uma falta de electrões. Nos n-materiais, os portadores são os elétrons em excesso no cristal.
"O 'buraco' está de facto estacionário. Tem uma carga positiva igual à carga do electrão. Um electrão 'saltando' da órbita exterior de um átomo para a órbita exterior de um átomo vizinho, move o 'buraco' na direcção oposta.
Como funciona ou o que brilha num LED
A corrente eléctrica sob a forma de um fluxo de contracorrente de portadores de carga eléctrica - "furos" - "partículas" positivas e electrões - os negativos podem ser induzidos ligando uma tensão constante de certa magnitude e polaridade à junção p-n. Quando estes fluxos se encontram na junção p-n, eles recombinam ou fundem-se. Um electrão livre com aumento de energia entra no 'buraco' e desaparece.
À direita está a parte n-semicondutor do cristal 'enriquecido' com electrões livres e à esquerda está a parte p-semicondutor com 'partículas' positivas - 'buracos'.
A energia é libertada sob a forma de quanta de luz. Estes são emitidos, ou seja, irradiados a partir da extremidade do cristal. O fluxo de quanta atinge o reflector. A sua superfície polida reflecte a luz na direcção desejada. O padrão direccional desejado do fluxo luminoso é formado por uma configuração especial da superfície.
A voltagem para energizar a junção é aplicada '+' ao ânodo do díodo, e '-' ao cátodo.
Desenho
A cor lilás mostra o substrato de afundamento térmico. Os trapézios cinzentos representam as secções transversais de um reflector circular de alumínio. No centro do azul está o chip LED com fios dourados ou prateados soldados aos pinos do ânodo e do cátodo.
Tipos de LEDs
LEDs - um dispositivo bastante "jovem". A sua classificação final ainda não foi estabelecida. É por esta razão que muitos fabricantes bem conhecidos utilizam os seus próprios sistemas de subdivisão.
De acordo com um destes, os LEDs são agrupados de acordo com o seu objectivo, como se segue:
- Indicador.
- Iluminante.
Os LEDs indicadores no seu agrupamento estão divididos nos seguintes tipos.
Diodos DIP .
A abreviatura é derivada de Dual In-line Package ou "double in-line arrangement" (Pacote em linha dupla). Normalmente as caixas são cilindros, mas também existem paralelepípedos. Na extremidade inferior há cabos axiais de fio que são paralelos ao eixo principal de simetria do recinto. O chumbo catódico é mais curto do que o chumbo anódico.
Divisão em tipos por diâmetro da caixa e lente na extremidade superior. Os diâmetros variam de 2-3mm a 20mm ou mais. Cor brilhante - qualquer cor, há várias tonalidades brancas.
Um tipo está a piscar em 2 cores e tem 3 pistas.
Chapéu de palha.
Uma tradução literal de um chapéu de palha ou brim. Quando aplicado a LEDs – A caixa parece um chapéu com uma tampa arredondada.
As pistas de diferentes comprimentos podem ser vistas, a curta é o catódico. Os limitadores de altura de montagem também são visíveis. Por baixo da lente encontra-se um cristal com fósforo amarelo.
Super Fluxo "Piranha
Tradução directa - super fluxo. A piranha é traduzida para russo como piranha. O nome Piranha deriva dos terminais metálicos sob a forma de tiras estreitas. O LED foi produzido com cantos cortados nas extremidades dos fios quando da estampagem para facilitar a colocação dos furos na placa de circuito. Isto resultou nos "dentes" afiados de um peixe predador.
Os ombros - os batentes que fixam a altura da caixa acima do quadro - foram carimbados nos pinos. Isto abriu o caso para o arrefecimento do ar por baixo. Os cristais para arrefecimento passivo são colocados nas extremidades superiores dos pinos.
Ao colocar 2 ou 3 fichas na caixa, o fluxo luminoso foi aumentado. Isto torna o diodo um dos LEDs mais brilhantes.
É possível ver o cristal "coberto" pela lente e os pinos cónicos que formam a altura de montagem.
SMD
Abreviatura para Surface Mounted Device, traduzido para Surface Mounted Device. São caixas rectangulares de plástico ou cerâmica. Os terminais encontram-se no fundo e na lateral da caixa sob a forma de almofadas de contacto.
Na maioria das vezes iluminado, mas a baixa potência também pode ser indicativo. As capacidades variam de mW (milliwatts) a W. Brilho - qualquer cor ou tonalidade de luz branca.
Leia também: Características SMD LED
OLED
Para além dos LEDs de estado sólido baseados em metais semicondutores - silício, germânio, arsenieto de gálio, etc., existe um grupo de LEDs em películas de compostos orgânicos. Estes são chamados de orgânicos ou OLED - Diodo Emissor de Luz Orgânico.
Tal como os díodos semicondutores, emitem luz, mas não com uma estrutura de estado sólido, mas com películas finas. Até agora, a principal aplicação está no desenvolvimento de ecrãs monocromáticos. As desvantagens existentes dos filmes OLED coloridos são os diferentes tempos de execução dos filmes com diferentes cores de luminescência. No mínimo são cerca de 12-15 mil horas.
Estes LED, uma vez melhorados, serão amplamente utilizados em telemóveis, GPS-navigadores automóveis e marítimos, miras nocturnas e dispositivos para caça e tiroteio nocturno, etc.
Vídeo - visão geral: comparação de QLED, OLED e LCD (IPS).
Filamento
Em 2012-2013 havia LEDs pouco usuais, que se chamam Filamento. Basicamente são matrizes de COB em forma de cilindros longos com diâmetro 2-3 e comprimento 15-30 mm. Sobre um cilindro de vidro ou safira colado 28-30 cristais azuis com inclusões de vários vermelhos. São ligados em cadeias consecutivas e, após verificação do seu correcto funcionamento, são preenchidos com fósforo amarelo.
Esta tecnologia de filamento é chamada Chip-On-Glass ou COG.
As matrizes pré-fabricadas COG são colocadas nos acessórios das lâmpadas incandescentes convencionais, instaladas numa base e alojadas numa lâmpada de vidro ou plástico. A lâmpada está cheia de hélio para arrefecer os LEDs.
A potência das lâmpadas é de 2-3 a 10-12 W. O fluxo luminoso corresponde à eficiência luminosa dos LED convencionais que é de 80-100 Lm/W.
O resultado é um reequipamento LED de uma lâmpada incandescente. A lâmpada é muitas vezes incorrectamente referida como uma lâmpada incandescente de LED.
O termo retrofit vem de retrofit. Estas são novas fontes de luz em habitações com dimensões tradicionais.
Os números acima mostram diferentes potências e fabricantes Lâmpadas de filamento LED. Numa lâmpada de vidro com base E27, os módulos de filamento COL são fixados à fixação do filamento.
Tipo PCB Star
A abreviatura para este tipo de LED deriva da frase em inglês "Printed Circuit Board". Traduz-se para placa de circuito impresso.
Placa de díodo PCB Star. Produzido pela empresa americana CREE, Modelo XML. O rectângulo amarelo é a matriz COB do díodo de alta potência.
A placa é feita de um metal que conduz bem o calor, por exemplo, o alumínio. A configuração do quadro é uma estrela de 6 feixes. A matriz COB LED é montada na fábrica no centro da placa estelar. O quadro é pintado de preto para aumentar a dissipação de calor passivo do poderoso emissor de luz corrente.
As 6 "estrelas" à esquerda são díodos de diferentes potências e tonalidades de luz branca. Os dois no fundo são elementos mais poderosos com grandes círculos de fósforo amarelo. À direita, uma coluna de 4. - Díodos para montagem plana na superfície das almofadas de contacto na placa de circuito.
Desenho dimensional de um LED planar de alta potência numa placa estelar. A altura de construção é de 6,6 mm, o diâmetro do corpo do díodo com pinos planos é de 8 mm, o tamanho da placa Star é de 22 mm.
Matriz de COB-LED
Se sobre um substrato termocondutor de um cristal artificial de safira ou silício para colar cola dieléctrica algumas dúzias de cristais semicondutores brilham a azul, ligá-los a condutores em grupos série-paralela e preencher o fósforo amarelo superior, obtemos um módulo LED. Isto é Matriz COB. A abreviatura é derivada da combinação da palavra inglesa Chip-On-Board. É traduzido como 'cristais num quadro'.
As matrizes COB utilizam um chip LED sem núcleo sem substrato. O arranjo é extremamente denso. Uma grande proporção de LED de alta potência é produzida utilizando esta tecnologia, incluindo centenas de cristais. Um bom dissipador de calor assistido por ventilador, por vezes utilizando tubos de calor, pode atingir 150-200 W ou mais num único pacote. A matriz fornece um fluxo direccional com um ângulo de dispersão de 100-150 graus a 0,7 do nível máximo de radiação.
Classificação Típica
Os tipos de LEDs podem incluir:
- LEDs de chip único num único chip de alta potência (matriz COB)
- pares de LEDs num só pacote - LEDs indicadores que piscam alternadamente em duas cores, por exemplo, vermelho e amarelo
- trigémeos ou tríades de emissores com três cores principais - vermelho, verde e azul ou RGB .Vermelho, Verde, Azul.
Se o LED de três cristais tiver cristais da mesma cor, temos um LED super-brilhante. Com cristais de diferentes cores temos tríades RGB ou dispositivos de emissão de luz controlada multicolorida.
SMD é uma abreviatura de Surface Mounted Device (Dispositivo Montado à Superfície). Utilizado para a automatização da colocação e soldadura de componentes electrónicos em placas de circuitos impressos, incluindo LEDs. É utilizado em fitas, tiras, módulos e placas de circuitos impressos convencionais.
As cores básicas incluem o par de cores YB Amarelo e Azul. Existem outras combinações de cores que dão uma cor branca após a mistura.
Poderosos LEDs COB
Os modelos maiores têm orifícios de fixação nos cantos da caixa. Os modelos mais pequenos podem ser montados por soldadura sobre uma placa de circuito impresso.
Para além das características habituais dos LED, vários parâmetros adicionais são acrescentados aos modelos de alta potência:
- potência nominal, W;
- tamanho do chip, mm;
- corrente nominal de funcionamento do chip ou matriz;
- vida útil associada às normas L 70, L80, etc.
LEDs de baixa potência
Em termos de consumo de energia são LEDs de 0,05 a 0,5 W, corrente operacional - 20-60 mA (potência média - 0,5-3 W, corrente 0,1-0,7 A, alta - mais de 3 W, corrente 1 A e mais).
Estruturalmente, os LEDs de baixa potência incluem vários grupos de emissores de luz LED:
- LEDs convencionais e super-brilhantes SMD;
- Diodos DIP em embalagens cilíndricas - para montagem em furos de cartão;
- em embalagens de piranha - para montagem em aberturas.
A imagem mostra os LEDs de cima para baixo:
- Caixas cilíndricas DIP - com fios flexíveis para soldar em orifícios de placa.
- Em recintos do tipo piranha, também conhecidos por Superflux, solda em buracos.
- Em caixas de pinos planas para montagem em placas de PCB de uma e duas faces ou nos "poços" de placas multicamadas.
Características dos LEDs
Os LEDs são descritos por uma série de parâmetros. As mais importantes são
- intensidade luminosa e eficiência energética - Lm e Lm/W;
- ângulo de divergência de fluxo luminoso - 0,5 ou 0,7 graus - nos modelos convencionais de 120 a 140 graus, nos modelos accionados por indicadores - de 15 a 45 graus
- potência de funcionamento, W - pequena - até 0,5, média - 0,5-3, grande - mais de 3;
- Corrente de funcionamento através do díodo, mA ou A;
- cor ou tonalidade de luz branca, temperatura de corKelvin, K - de 2000-2500 K - branco quente e até 6500-9500 K - branco frio.
Existem outras especificações, mas são utilizadas com menos frequência. Por exemplo, a característica do VAR, ou VAR, de um LED é a curva da corrente através da junção, em função da tensão de funcionamento aplicada. É utilizado nos cálculos eléctricos do modo de funcionamento de um LED.
Dimensões .
As dimensões de um LED são determinadas pelas dimensões da sua caixa. Para as caixas SMD é o comprimento, largura e espessura. Os dois primeiros valores estão incorporados na designação, por exemplo, SMD2835, onde dois pares de dígitos são 2,8 mm - largura e 3,5 mm - comprimento. Pode obter a espessura do corpo a partir da descrição ou ficha de dados do díodo.
Para os diodos DIP cilíndricos as características importantes são o diâmetro da caixa e a sua altura com lente. O comprimento dos cabos de arame e as recomendações do fabricante para os dobrar antes da montagem devem ser tidos em conta.
Comprimento de onda
Uma característica dos LEDs como o comprimento de onda é muito raramente utilizada. Mais comummente referido como comprimento de onda da luminescência.
| Tonalidade da cor | Comprimento de onda, nm |
|---|---|
| Infravermelho (invisível) | 760-880 |
| vermelho | 620-760 |
| laranja | 585-620 |
| amarelo | 575-585 |
| amarelo-esverdeado | 555-575 |
| verde | 510-555 |
| azul | 480-510 |
| azul | 450-480 |
| violeta | 390-450 |
| Ultravioleta (invisível) | 10-390 |
O comprimento de onda de um diodo é medido em nanómetros - nm. Nem sempre é indicado na ficha de produto.
Marcação e codificação por cores
Cada fabricante tem a sua própria marcação de LEDs. Por exemplo, na designação do LED - LED-WW-SMD5050, os seus elementos alfabéticos e numéricos são decifrados:
- LED - LED;
- WW - Branco Quente - branco quente 2700-3500 K;
- SMD - caixa para montagem à superfície;
- 5050 - dimensões da embalagem em décimos de milímetros - 5,0×5,0.
Abreviaturas para as tonalidades de luz branca:
- DW - Dia Branco (4000-5000 K);
- W - Branco, branco puro (6000-8000 K);
- CW ou WC - Branco Frio (8000-10000 K);
- WSC - Branco Super Cool - branco super fresco, temperatura de cor 15 000 K com uma tonalidade azulada característica;
- NW - Branco Neutro - 5000 K.
Existem outras designações para LEDs e cores, o sistema ainda não está totalmente normalizado, pelo que os fabricantes utilizam valores numéricos e nomes diferentes para as tonalidades de luz branca.
Representação gráfica e alfabética no esquema
O ânodo, também conhecido como o mais do LED nos diagramas eléctricos, é representado por um triângulo. O cátodo (menos) é mostrado com um traço cruzado.
Tabela de tensão LED
Para assegurar que o LED em funcionamento todas as características dadas pela sua concepção e tecnologia de fabrico, precisa de fornecer alimentação eléctrica de concepção. Por exemplo, aplicar uma voltagem ao seu ânodo e cátodo, que será ligeiramente mais alta do que a voltagem da junção p-n para a frente. O excesso de tensão tem de ser "extinto" com uma resistência ligada em série. resistor. O resistor é chamado de resistência limitadora de corrente. É utilizado para evitar que a corrente exceda a junção p-n.
Um LED tem dois pinos de contacto - ânodo e cátodo, o cátodo é mais curto do que o ânodo. Se o comprimento for o mesmo, então determinar com uma tachinha. Se aparecer uma luz significa que está a olhar para o ânodo.
Tabela. Tensão directa da junção p-n de um LED colorido.
| Cor cintilante | Funcionamento, tensão directa, V |
|---|---|
| branco | 3,5 |
| vermelho | 1,63–2,03 |
| laranja | 2,03–2,1 |
| amarelo | 2,1–2,18 |
| verde | 1,9–4,0 |
| azul | 2,48–3,7 |
| violeta | 2,76–4 |
| infravermelho | até 1,9 |
| ultravioleta | 3,1–4,4 |
Leia também: Como saber quantos volts é um LED
Aplicações LED
Os campos de aplicação dos LEDs estão em constante expansão. Originalmente, eram utilizados como indicadores luminosos em circuitos de comutação ou no funcionamento de equipamento electrónico. Por exemplo, ligar um transmissor, mudar para uma potência mais alta ou mais baixa, etc. Pode bloquear a activação automática, por exemplo, quando aparece um sinal de chamada ou para atrair a atenção. Foram utilizados LEDs intermitentes ou unicolores - vermelho, amarelo, verde, azul -.
LEDs DIP super-brilhantes de pequeno tamanho foram ligados em cadeias série-paralelas e alimentados directamente a partir de uma rede eléctrica de 220 V. Ao colocar estes grupos consecutivos de díodos num tubo de PVC transparente e selá-los com um selante transparente, obtemos "néon flexível" - um "feixe" luminoso. Pode ser colocado na beira da piscina, na calçada do caminho, decorar o telhado da casa ou uma árvore no jardim.
O advento de placas flexíveis multicamadas e caixas SMD para montagem à superfície levou ao desenvolvimento de Tiras de LED..
No início, eram um meio de decorar espaços interiores. O aumento da potência dos díodos SMD e a sua densidade no quadro permitiram começar a utilizar tiras de LED primeiro para a iluminação auxiliar e depois para a iluminação principal. O aumento da protecção contra a poeira e humidade levou à utilização de tiras de LED para iluminação decorativa e mais tarde para iluminação exterior básica.
Ao mesmo tempo, as lâmpadas LED estavam a ser desenvolvidas para substituir as lâmpadas incandescentes em candeeiros - candeeiros de parede, candelabros, candeeiros de mesa. Apareceram lâmpadas Retrofit - análogas completas de lâmpadas incandescentes e tubos fluorescentes na forma, tamanho da lâmpada e tensão de alimentação. Iniciou-se uma substituição gradual das lâmpadas incandescentes para retroajustes de LED. Ao mesmo tempo, a produção de LLs foi interrompida - inicialmente 100 W ou mais, depois 75, 60, etc.
O desenvolvimento de LEDs únicos de alta potência, especialmente no pacote Emitter ou PCB Star, contribuiu para o aparecimento de tochas com baterias incorporadas. O brilho e a luminescência após um único ciclo de carga foi muitas vezes maior do que no passado.
Excelente controlabilidade dos LED por meios electrónicos - controladores e dímeros - controladores de luminosidade, permitiu a utilização de projectores potentes na iluminação ligeiro-dinâmica de ruas e praças de cidades e vilas em qualquer região do país.
Tiras de LED tais como RGB, RGBW e RGBW tornou possível não só obter um poderoso fluxo de luz branca, mas também variar a sua cor branca dentro de uma vasta gama desde o amarelado quente ao azul azulado e ao azul frio.
A controlabilidade das novas fontes de luz torna-as amplamente utilizadas em publicidade ligeira - "linhas de rastejamento", visores de luz, ecrãs de informação, etc. Estas fontes de luz branca e colorida são utilizadas em anúncios de fachadas e telhados - letras e desenhos planos e volumétricos, nomes de marcas, imagens de marcas registadas e muito mais.
E todos estes desenhos duram muito mais tempo do que os das lâmpadas convencionais, não requerendo quase nenhuma manutenção e consumindo muitas vezes menos energia. As especificações para LEDs e díodos emissores de luz estão a aumentar constantemente. O custo dos LEDs está a diminuir e as aplicações estão a expandir-se.
