Čo je LED dióda - podrobný opis vlastností a typov
LED diódy sú všade: v domácnostiach, autách, telefónoch. Možno ich použiť na rozjasnenie obrazoviek miniaplikácií alebo na vytvorenie energeticky úsporných zdrojov svetla. Teraz je nepostrádateľným zdrojom svetla. Pozrime sa na zariadenie a technické vlastnosti hlavných typov LED diód.
Čo je LED dióda
LED (z anglického Light Emitting Diode alebo LED) - polovodičový elektrický zdroj umelého svetla, vyrobený z polovodičových materiálov s p- a n-vodivosťou. Pomocou viacerých techník - nanášania masky, leptania, epitaxného nanášania atď. - sa vytvorí p-n prechod.
V polovodičových materiáloch typu p sú nosičmi prúdu "diery" - atómy v kryštáli polovodiča, ktorých dopovaním špeciálnymi kovmi vzniká nedostatok elektrónov. V n-materiáloch sú nosičmi prebytočné elektróny v kryštáli.
"Diera" je v skutočnosti nehybná. Má kladný náboj rovnajúci sa náboju elektrónu. Elektrón, ktorý "preskočí" z vonkajšej obežnej dráhy jedného atómu na vonkajšiu obežnú dráhu susedného atómu, presunie "dieru" opačným smerom.
Ako to funguje alebo čo svieti na dióde LED
Elektrický prúd v podobe protiprúdu nosičov elektrického náboja - "dier" - kladných "častíc" a elektrónov - záporných možno vyvolať pripojením konštantného napätia určitej veľkosti a polarity k p-n prechodu. Keď sa tieto toky stretnú v p-n prechode, rekombinujú alebo sa spoja. Do "diery" vstúpi voľný elektrón so zvýšenou energiou a zmizne.
Vpravo je n-polovodičová časť kryštálu "obohatená" o voľné elektróny a vľavo je p-polovodičová časť s kladnými "časticami" - "dierami".
Energia sa uvoľňuje vo forme svetelných kvánt. Tie sa vyžarujú, t. j. vyžarujú z konca kryštálu. Prúd kvánt dopadá na reflektor. Jeho leštený povrch odráža svetlo v požadovanom smere. Požadovaný smerový vzor svetelného toku je vytvorený špeciálnou konfiguráciou povrchu.
Napätie na napájanie prechodu sa privádza "+" na anódu diódy a "-" na katódu.
Dizajn
Líla farba znázorňuje substrát, ktorý pohlcuje teplo. Sivé lichobežníky predstavujú priečne rezy hliníkového kruhového reflektora. V strede modrej farby je čip LED so zlatými alebo striebornými drôtmi pripájanými k vývodom anódy a katódy.
Typy LED diód
LED diódy - pomerne "mladé" zariadenie. Ich konečná klasifikácia ešte nebola stanovená. Preto mnohí známi výrobcovia používajú vlastné systémy delenia.
Podľa jednej z nich sa LED diódy rozdeľujú do skupín podľa ich účelu takto:
- Ukazovateľ.
- Osvetlenie.
Indikátory LED sa vo svojom zoskupení delia na tieto typy.
DIP diódy .
Skratka je odvodená od slov Dual In-line Package alebo "dvojité radové usporiadanie". Zvyčajne sú to valce, ale existujú aj paraleloprúdy. Na spodnom konci sa nachádzajú drôtené axiálne vedenia, ktoré sú rovnobežné s hlavnou osou symetrie krytu. Katódový vodič je kratší ako anódový vodič.
Rozdelenie na typy podľa priemeru puzdra a objektívu na hornom konci. Priemery sa pohybujú od 2-3 mm do 20 mm a viac. Farba svietenia - ľubovoľná farba, existuje niekoľko odtieňov bielej.
Jeden typ bliká 2 farbami a má 3 vodiče.
Slamený klobúk.
Doslovný preklad slameného klobúka alebo brmbolca. Pri aplikácii na LED diódy – Puzdro vyzerá ako klobúk so zaobleným vrcholom.
Vidno rôzne dĺžky vývodov, pričom ten krátky je katóda. Viditeľné sú aj obmedzovače montážnej výšky. Pod šošovkou sa nachádza kryštál so žltým fosforom.
Super Flux "Piranha"
Priamy preklad - super tok. Piranha sa do ruštiny prekladá ako piraňa. Názov Piranha je odvodený od kovových koncoviek v podobe úzkych pásikov. LED dióda bola vyrobená s odrezanými rohmi na koncoch vodičov pri razení, aby sa ľahšie zmestila do otvorov v doske plošných spojov. Vznikli tak ostré "zuby" dravých rýb.
Na kolíkoch boli vyrazené ramená - zarážky, ktoré určovali výšku puzdra nad doskou. Tým sa skrinka otvorila pre chladenie vzduchom zospodu. Kryštály na pasívne chladenie sú umiestnené na horných koncoch vývodov.
Umiestnením 2 alebo 3 čipov do puzdra sa zvýšil svetelný tok. Vďaka tomu je dióda jednou z najjasnejších LED diód.
Môžete vidieť kryštál "zakrytý" šošovkou a kužeľovité kolíky tvoriace montážnu výšku.
SMD
Skratka pre Surface Mounted Device, v preklade zariadenie na povrchovú montáž. Sú to obdĺžnikové plastové alebo keramické puzdrá. Svorky sú na spodnej a bočnej strane puzdra vo forme kontaktných plôšok.
Najčastejšie svieti, ale pri nízkom výkone môže byť aj indikačná. Kapacity sa pohybujú od mW (miliwattov) po W. Žiara - akákoľvek farba alebo odtieň bieleho svetla.
Prečítajte si tiež: Charakteristika SMD LED
OLED
Okrem polovodičových LED na báze polovodičových kovov - kremíka, germánia, arzenidu gália atď. existuje skupina LED na báze vrstiev organických zlúčenín. Nazývajú sa organické alebo OLED - organické svetelné diódy.
Podobne ako polovodičové diódy vyžarujú svetlo, ale nie pomocou polovodičovej štruktúry, ale pomocou tenkých vrstiev. Zatiaľ sa využíva najmä pri vývoji monochromatických displejov. Súčasnou nevýhodou farebných fólií OLED je rozdielna doba prevádzky fólií s rôznymi farbami luminiscencie. Minimálne je to asi 12-15 tisíc hodín.
Takéto LED diódy sa po zdokonalení budú široko používať v mobilných telefónoch, automobilových a námorných GPS navigátoroch, nočných zameriavačoch a zariadeniach na nočný lov a streľbu atď.
Video - prehľad: porovnanie QLED, OLED a LCD (IPS).
Vlákno
V rokoch 2012-2013 sa objavili nezvyčajné LED diódy, ktoré sa nazývajú Filament. V podstate ide o matrice COB vo forme dlhých valcov s priemerom 2-3 a dĺžkou 15-30 mm. Na sklenenom alebo zafírovom valci je nalepených 28-30 modrých kryštálov s inklúziami niekoľkých červených. Sú zapojené do po sebe nasledujúcich reťazcov a po kontrole správnej funkčnosti sú naplnené žltým fosforom.
Táto technológia vlákien sa nazýva Chip-On-Glass alebo COG.
Prefabrikované matrice COG sa umiestňujú na kovania bežných žiaroviek, inštalujú sa do pätice a sú uložené v sklenenej alebo plastovej žiarovke. Žiarovka je naplnená héliom na chladenie LED diód.
Výkon žiaroviek je 2-3 až 10-12 W. Svetelný tok zodpovedá svetelnej účinnosti bežných LED, ktorá je 80-100 lm/W.
Výsledkom je modernizácia žiarovky na LED. Žiarovka sa často nesprávne označuje ako LED žiarovka.
Pojem modernizácia pochádza z anglického retrofit. Ide o nové svetelné zdroje v puzdrách s tradičnými rozmermi.
Vyššie uvedené obrázky zobrazujú rôzne výkony a výrobcov LED žiarovky. V sklenenej žiarovke s päticou E27 sú žiarovkové moduly COL pripojené k žiarovkovému svietidlu.
Typ PCB Star
Skratka pre tento typ LED je odvodená od anglického výrazu Printed Circuit Board. V preklade ide o dosku s plošnými spojmi.
PCB Star diódová doska. Vyrába americká spoločnosť CREE, model XML. Žltý obdĺžnik je matica COB vysokovýkonnej diódy.
Doska je vyrobená z kovu, ktorý dobre vedie teplo, napr. z hliníka. Konfigurácia dosky je šesťlúčová hviezda. Matica COB LED je z výroby namontovaná v strede hviezdicovej dosky. Doska je natretá čiernou farbou, aby sa zvýšil pasívny odvod tepla z výkonného svetelného žiariča.
Šesť "hviezdičiek" na ľavej strane sú diódy s rôznym výkonom a odtieňom bieleho svetla. Dva v spodnej časti sú výkonnejšie prvky s veľkými žltými fosforovými kruhmi. Vpravo je stĺpec 4. - Diódy na plošnú montáž na povrch kontaktných plôšok na doske plošných spojov.
Rozmerový nákres vysokovýkonnej planárnej LED na hviezdicovej doske. Konštrukčná výška je 6,6 mm, priemer tela diódy s plošnými kolíkmi je 8 mm, veľkosť dosky Star je 22 mm.
Matica COB-LED
Ak na tepelne vodivý substrát z umelého kryštálu zafíru alebo kremíka nalepíme dielektrické lepidlo s niekoľkými desiatkami polovodičových kryštálov s modrou žiarou, spojíme ich vodičmi do sériovo-paralelných skupín a vrch vyplníme žltým fosforom, dostaneme LED modul. Toto je Matica COB. Skratka je odvodená od anglického slovného spojenia Chip-On-Board. V preklade to znamená "kryštály na doske".
Matrice COB používajú bezrámikový čip LED bez substrátu. Usporiadanie je mimoriadne husté. Touto technológiou sa vyrába veľká časť vysokovýkonných LED vrátane stoviek kryštálov. Dobrý chladič s ventilátorom, niekedy s použitím tepelných trubíc, môže dosiahnuť 150-200 W alebo viac v jednom balení. Matrica poskytuje smerový tok s uhlom rozptylu 100-150 stupňov pri 0,7 maximálnej úrovne žiarenia.
Typická klasifikácia
Medzi typy LED diód môžu patriť:
- jednočipové LED diódy na jednom výkonnom čipe (matica COB)
- páry LED diód v jednom balení - indikačné LED diódy, ktoré blikajú striedavo dvoma farbami, napr. červenou a žltou
- trojice alebo trojice žiaričov s tromi hlavnými farbami - červená, zelená a modrá alebo RGB .Červená, zelená, modrá.
Ak má trojkryštálová LED dióda kryštály rovnakej farby, máme superjasnú LED diódu. S rôznymi farebnými kryštálmi máme RGB triády alebo viacfarebné zariadenia s riadeným vyžarovaním svetla.
SMD je skratka pre povrchovo montované zariadenie. Používa sa na automatizáciu umiestňovania a spájkovania elektronických komponentov na doskách s plošnými spojmi vrátane LED diód. Používa sa v páskach, pásikoch, moduloch a bežných doskách s plošnými spojmi.
Medzi základné farby patrí dvojica farieb YB - žltá a modrá. Existujú aj iné farebné kombinácie, ktoré po zmiešaní poskytujú bielu farbu.
Výkonné LED diódy COB
Väčšie modely majú upevňovacie otvory v rohoch krytu. Menšie modely sa dajú namontovať spájkovaním na dosku s plošnými spojmi.
Okrem bežných vlastností LED sa do modelov s vysokým výkonom pridáva niekoľko ďalších parametrov:
- menovitý výkon, W;
- veľkosť čipu, mm;
- menovitý prevádzkový prúd čipu alebo matrice;
- životnosť spojená s normami L 70, L80 atď.
LED diódy s nízkou spotrebou
Z hľadiska spotreby energie sú LED diódy od 0,05 do 0,5 W, prevádzkový prúd - 20-60 mA (priemerný výkon - 0,5-3 W, prúd 0,1-0,7 A, vysoký - viac ako 3 W, prúd 1 A a viac).
Z konštrukčného hľadiska obsahujú nízkoenergetické LED diódy niekoľko skupín LED svetelných žiaričov:
- SMD konvenčné a superjasné LED diódy;
- DIP diódy vo valcových obaloch - na montáž do otvorov v doske;
- v obaloch piranha - na montáž do otvorov.
Na obrázku sú zobrazené LED diódy zhora nadol:
- Valcové puzdrá DIP - s flexibilnými drôtovými vodičmi na spájkovanie do otvorov na doske.
- V krytoch typu piranha, alias Superflux, spájkujte do otvorov.
- V planárnych puzdrách na montáž na jednostranné a obojstranné podložky PCB alebo do jamiek laminovaných dosiek.
Funkcie LED
LED diódy sú opísané niekoľkými parametrami. Najdôležitejšie z nich sú
- svietivosť a energetická účinnosť - Lm a Lm/W;
- uhol rozptylu svetelného toku - 0,5 alebo 0,7 stupňa, stupňov - v bežných modeloch od 120 do 140 stupňov, v modeloch s indikátorom - od 15 do 45 stupňov
- prevádzkový výkon, W - malý - do 0,5, stredný - 0,5-3, veľký - viac ako 3;
- prevádzkový prúd cez diódu, mA alebo A;
- farba alebo odtieň bieleho svetla, teplota fariebKelvin, K - od 2000-2500 K - teplá biela a do 6500-9500 K - studená biela.
Existujú aj iné špecifikácie, ale tie sa používajú menej často. Napríklad voltampérová charakteristika alebo VAR LED je krivka prúdu prechádzajúceho cez spoj v závislosti od použitého prevádzkového napätia. Používa sa pri elektrických výpočtoch prevádzkového režimu LED.
Rozmery .
Rozmery LED sú dané rozmermi jej puzdra. Pre puzdrá SMD je to dĺžka, šírka a hrúbka. Prvé dve hodnoty sú vložené do označenia, napríklad SMD2835, kde dva páry číslic sú 2,8 mm - šírka a 3,5 mm - dĺžka. Hrúbku telesa môžete zistiť z opisu alebo z údajov diódy.
Pri valcových DIP diódach sú dôležité charakteristiky priemer puzdra a jeho výška so šošovkou. Je potrebné zohľadniť dĺžku vodičov a odporúčania výrobcu na ich ohýbanie pred montážou.
Vlnová dĺžka
Taká vlastnosť LED ako vlnová dĺžka sa používa veľmi zriedkavo. Častejšie sa označuje ako vlnová dĺžka luminiscencie.
| Odtieň farby | Vlnová dĺžka, nm |
|---|---|
| Infračervené (neviditeľné) | 760-880 |
| červená | 620-760 |
| oranžová | 585-620 |
| žltá | 575-585 |
| žlto-zelená | 555-575 |
| zelená | 510-555 |
| modrá | 480-510 |
| modrá | 450-480 |
| fialová | 390-450 |
| Ultrafialové žiarenie (neviditeľné) | 10-390 |
Vlnová dĺžka diódy sa meria v nanometroch - nm. Nie vždy je to uvedené v technickom liste výrobku.
Označovanie a farebné kódovanie
Každý výrobca má vlastné označenie LED diód. Napríklad v označení LED - LED-WW-SMD5050 sa dešifrujú jej abecedné a číselné prvky:
- LED - LED;
- WW - Warm White - teplá biela 2700-3500 K;
- SMD - puzdro na povrchovú montáž;
- 5050 - rozmery obalu v desatinách milimetra - 5,0 × 5,0.
Skratky pre odtiene bieleho svetla:
- DW - denná biela (4000-5000 K);
- W - biela, čistá biela (6000-8000 K);
- CW alebo WC - studená biela (8000-10000 K);
- WSC - White Super Cool - biela superchladná, farebná teplota 15 000 K s charakteristickým modrastým odtieňom;
- NW - neutrálna biela - 5000 K.
Existujú aj iné označenia pre LED diódy a farby, systém ešte nie je úplne štandardizovaný, takže výrobcovia používajú rôzne číselné hodnoty a názvy pre odtiene bieleho svetla.
Grafické a abecedné znázornenie v schéme
Anóda, teda plus LED diódy, je v elektrických schémach znázornená trojuholníkom. Katóda (mínus) je znázornená krížikom.
Tabuľka napätia LED
Aby sa zabezpečilo, že LED dióda v prevádzke všetky vlastnosti dané jej konštrukciou a výrobnou technológiou, je potrebné zabezpečiť návrh napájania. Napríklad na jeho anódu a katódu pridajte napätie, ktoré bude o niečo vyššie ako napätie dopredného p-n prechodu. Prebytočné napätie sa musí "zrušiť" sériovo zapojeným rezistorom. rezistor. Rezistor sa nazýva rezistor obmedzujúci prúd. Používa sa na zabránenie prekročenia prúdu na p-n prechode.
LED dióda má dva kontaktné kolíky - anódu a katódu, pričom katóda je kratšia ako anóda. Ak je dĺžka rovnaká, potom určiť ich pripevniť pomocou príchytky na palec. Ak sa objaví svetlo, znamená to, že sa pozeráte na anódu.
Tabuľka. Priame napätie p-n prechodu farebnej LED.
| Farba žiary | Prevádzkové, priame napätie, V |
|---|---|
| biela | 3,5 |
| červená | 1,63–2,03 |
| oranžová | 2,03–2,1 |
| žltá | 2,1–2,18 |
| zelená | 1,9–4,0 |
| modrá | 2,48–3,7 |
| fialová | 2,76–4 |
| infračervené | do 1,9 |
| ultrafialové žiarenie | 3,1–4,4 |
Prečítajte si tiež: Ako zistiť, koľko voltov má LED dióda
Aplikácie LED
Oblasti použitia LED sa neustále rozširujú. Pôvodne sa používali ako svetelné indikátory v spínacích obvodoch alebo pri prevádzke elektronických zariadení. Napríklad zapnutie vysielača, prepnutie na vyšší alebo nižší výkon atď. Mohlo by dôjsť k automatickej aktivácii zámku, napr. pri výskyte signálu hovoru alebo pri upútaní pozornosti. Používali sa blikajúce alebo jednofarebné LED diódy - červená, žltá, zelená, modrá.
Malé superjasné LED diódy DIP boli zapojené do sériovo-paralelných reťazcov a napájané priamo zo siete 220 V. Umiestnením týchto po sebe idúcich skupín diód do priehľadnej PVC-trubice a ich utesnením priehľadným tmelom sme získali "flexibilný neón" - svetelný "zväzok". Môže byť položený na okraji bazéna, na obrubníku cesty, zdobiť strechu domu alebo strom v záhrade.
Nástup flexibilných viacvrstvových dosiek a puzdier SMD na povrchovú montáž viedol k vývoju flexibilných LED pásy..
Na začiatku boli prostriedkom na výzdobu interiérov. Zvýšený výkon SMD diód a ich hustota na doske umožnili začať používať LED pásiky najprv na pomocné a neskôr na hlavné osvetlenie. Zvýšenie stupňa ochrany proti prachu a vlhkosti viedlo k používaniu pásov na dekoratívne osvetlenie a neskôr na základné vonkajšie osvetlenie.
V rovnakom čase sa vyvíjali LED žiarovky, ktoré nahradili žiarovky v svietidlách - nástenných lampách, lustroch, stolových lampách. Objavili sa retrofitové žiarovky - úplné analógie žiaroviek a žiariviek z hľadiska tvaru, veľkosti žiarovky a napájacieho napätia. Začala sa postupná výmena žiaroviek za LED žiarovky. Zároveň sa prestali vyrábať LL - najprv 100 W a viac, potom 75, 60 atď.
Vývoj vysokovýkonných jednotlivých LED diód, najmä v balení Emitter alebo PCB Star, prispel k vzniku bateriek so zabudovanými batériami. Brilantnosť a luminiscencia po jednom nabíjacom cykle bola mnohonásobne väčšia ako v minulosti.
Vynikajúca ovládateľnosť LED elektronickými prostriedkami - regulátory a stmievače - ovládače jasu, umožnili použitie výkonných projektorov pri svetelno-dynamickom osvetlení ulíc a námestí miest a obcí v ktoromkoľvek regióne krajiny.
LED pásy, ako napr. RGB, RGBW a RGBW umožnil nielen získať silný prúd bieleho svetla, ale aj meniť jeho bielu farbu v širokom rozsahu od teplej žltkastej po modrastú a studenú modrú.
Vďaka ovládateľnosti nových svetelných zdrojov sa tieto zdroje široko využívajú v svetelnej reklame - "bežecké linky", svetelné displeje, informačné obrazovky atď. Tieto jasné farebné a biele svetelné zdroje sa používajú vo fasádnych a strešných reklamách - ploché a objemové písmená a kresby, názvy značiek, obrázky ochranných známok a mnoho ďalšieho.
A všetky tieto konštrukcie vydržia oveľa dlhšie ako ich náprotivky na bežných žiarovkách, nevyžadujú takmer žiadnu údržbu a spotrebujú mnohonásobne menej energie. Špecifikácie LED a svetelných diód sa neustále zvyšujú. Náklady na LED diódy sa znižujú a ich použitie sa rozširuje.
