Vad är en lysdiod - detaljerad beskrivning av egenskaper och typer
Lysdioder finns överallt: i hem, bilar, telefoner. De kan användas för att lysa upp skärmar eller för att skapa energisnåla ljuskällor. Nu är den en oumbärlig ljuskälla. Låt oss titta på anordningen och de tekniska egenskaperna hos de viktigaste typerna av lysdioder.
Vad är en LED
LED (från Light Emitting Diode, eller LED) - en fast elektrisk ljuskälla för artificiellt ljus, tillverkad av halvledarmaterial med p- och n-ledningsförmåga. Med hjälp av ett antal tekniker - maskdeposition, etsning, epitaxiell deponering etc. - skapas en p-n-övergång.
I ett halvledarmaterial av p-typ är strömbärarna "hål" - atomer i halvledarkristallen som genom dopning med speciella metaller skapar en brist på elektroner. I n-material är bärarna de överflödiga elektronerna i kristallen.
"Hålet är faktiskt stationärt. Den har en positiv laddning som är lika stor som elektronens laddning. En elektron som "hoppar" från en atoms yttre omloppsbana till en grannatoms yttre omloppsbana flyttar "hålet" i motsatt riktning.
Hur den fungerar eller vad som lyser på en lysdiod
Elektrisk ström i form av ett motströmsflöde av elektriska laddningsbärare - "hål" - positiva "partiklar" och elektroner - negativa partiklar - kan induceras genom att en konstant spänning av viss storlek och polaritet kopplas till en p-n-övergång. När dessa flöden möts i p-n-övergången rekombineras eller sammansmälter de. En fri elektron med ökad energi kommer in i hålet och det försvinner.
Till höger är kristallens n-halvledardel "berikad" med fria elektroner och till vänster är p-halvledardelen med positiva "partiklar" - "hål".
Energi frigörs i form av ljuskvanta.. Dessa strålar ut, dvs. strålar från kristallens ände. Kvantaströmmen träffar reflektorn. Den polerade ytan reflekterar ljuset i önskad riktning. Det önskade riktningsmönstret för ljusflödet bildas genom en speciell konfiguration av ytan.
Spänningen för att aktivera förbindelsen läggs på "+" till diodens anod och "-" till katoden.
Design
Den lila färgen visar det värmesänkande substratet. Gråa trapeters utgör tvärsektionerna i en cirkulär aluminiumreflektor. I mitten av den blåa lampan finns LED-chipet med guld- eller silvertrådar lödda till anod- och katodpinnarna.
Typer av lysdioder
Lysdioder - en ganska "ung" apparat. Deras slutliga klassificering har ännu inte fastställts. Därför använder många kända tillverkare sina egna indelningssystem.
Enligt en av dessa är lysdioder grupperade enligt sitt syfte enligt följande:
- Indikator.
- Upplysande.
Indikator-LED:erna i sin gruppering är indelade i följande typer.
DIP-dioder .
Förkortningen kommer från "Dual In-line Package" eller "dubbel in-line-arrangemang". Vanligtvis är husen cylindriska, men det finns också parallelepipeder. I den nedre änden finns axiella ledningar av tråd som är parallella med höljets huvudsakliga symmetriaxel. Katodledningen är kortare än anodledningen.
Indelning i olika typer efter diameter och lins i den övre delen. Diametrarna varierar från 2-3 mm till 20 mm eller mer. Glödfärg - vilken färg som helst, det finns flera vita nyanser.
Den ena typen blinkar i två färger och har tre ledningar.
Halmhatt.
En bokstavlig översättning av en halmhatt eller en brim. När den tillämpas på lysdioder – Höljet ser ut som en hatt med rundad topp.
Man kan se de olika långa ledningarna, den korta är katoden. Monteringshöjdsbegränsningarna är också synliga. Under linsen finns en kristall med gul fosfor.
Super Flux "Piranha"
Direkt översättning - superflöde. Piranha översätts till ryska med piranha. Namnet Piranha kommer från metallterminalerna i form av smala remsor. Lysdioden tillverkades med hörnen bortklippta i trådarnas ändar vid stansningen för att göra det lättare att passa in i hålen i kretskortet. Detta resulterade i de vassa "tänderna" hos en rovfisk.
Skulderna - de stopp som fastställer lådans höjd över brädan - var stämplade på pinnarna. Detta öppnade fallet för luftkylning underifrån. Kristaller för passiv kylning är placerade på stiftets övre ändar.
Genom att placera 2 eller 3 chips i höljet ökades ljusflödet. Detta gör dioden till en av de mest ljusstarka lysdioderna.
Du kan se kristallen som "täcks" av linsen och de avsmalnande stiften som bildar monteringshöjden.
SMD
Förkortning för Surface Mounted Device (ytmonterad enhet), översätts till ytmonterad enhet. De är rektangulära höljen av plast eller keramik. Terminaler finns på botten och på sidan av höljet i form av kontaktplattor.
Oftast lyser den, men kan också lysa vid låg effekt. Kapaciteten varierar från mW (milliwatts) till W. Glöd - alla färger eller nyanser av vitt ljus.
Läs också: Egenskaper för SMD LED
OLED
Förutom fasta lysdioder baserade på halvledarmetaller - kisel, germanium, galliumarsenid etc. - finns det en grupp lysdioder på filmer av organiska föreningar. Dessa kallas organiska eller OLED:er - Organic Light Emitting Diode (organiska lysdioder).
Liksom halvledardioder avger de ljus, men inte med en fast struktur utan med tunna filmer. Hittills har den viktigaste tillämpningen varit utvecklingen av monokroma bildskärmar. De nuvarande nackdelarna med färgade OLED-filmer är de olika löptiderna för filmerna med olika färger av luminescens. Minst 12-15 tusen timmar.
När dessa lysdioder väl har förbättrats kommer de att användas i stor utsträckning i mobiltelefoner, GPS-navigatorer för bilar och fartyg, mörkersikten och anordningar för nattjakt och skytte osv.
Video - översikt: jämförelse av QLED, OLED och LCD (IPS).
Filament
Under 2012-2013 fanns det ovanliga lysdioder, som kallas Filament. De är i princip COB-matriser i form av långa cylindrar med en diameter på 2-3 mm och en längd på 15-30 mm. På en glas- eller safircylinder limmas 28-30 blå kristaller med flera röda kristaller. De ansluts till varandra i kedjor och fylls med gul fosfor efter kontroll av att de fungerar korrekt.
Denna filamentteknik kallas Chip-On-Glass (COG).
Prefabricerade COG-matriser placeras på fästena till konventionella glödlampor, installerade i en sockel och inrymda i en glas- eller plastlampa. Lampan är fylld med helium för att kyla lysdioderna.
Lampornas effekt är 2-3 till 10-12 W. Ljusflödet motsvarar ljusutnyttjandet hos konventionella lysdioder som är 80-100 Lm/W.
Resultatet är en LED-eftermontering av en glödlampa. Lampan kallas ofta felaktigt för en LED-glödlampa.
Termen retrofit kommer från retrofit. Det är nya ljuskällor i höljen med traditionella dimensioner.
Figurerna ovan visar olika watt och tillverkare. LED-glödlampor. I en glödlampa med E27-sockel är filament COL-modulerna fästa vid filamentfästet.
Typ PCB Star
Förkortningen för denna typ av lysdioder kommer från den engelska frasen Printed Circuit Board. Det betyder "tryckt kretskort".
PCB Star diode board. Tillverkad av det amerikanska företaget CREE, modell XML. Den gula rektangeln är COB-matrisen för högeffektdioden.
Plattan är tillverkad av en metall som leder värme bra, t.ex. aluminium. Styrelsens konfiguration är en stjärna med sex balkar. COB LED-matrisen är fabriksmonterad i mitten av stjärnbrädan. Kortet är svartmålat för att öka den passiva värmeavledningen från den kraftfulla ljusgivaren.
De 6 "stjärnorna" till vänster är dioder med olika watt och olika nyanser av vitt ljus. De två nedersta är mer kraftfulla element med stora gula fosforcirklar. Till höger, en kolumn med 4. - Dioder för planmontering på ytan av kontaktytorna på kretskortet.
Måttlig ritning av en planar lysdiod med hög effekt på ett stjärnbräde. Konstruktionshöjden är 6,6 mm, dioddiodens diameter med plana stift är 8 mm, Star boardets storlek är 22 mm.
COB-LED-matris
Om man på ett värmeledande substrat av en konstgjord kristall av safir eller kisel för att limma dielektriskt lim några dussin halvledarkristaller med blått sken, kopplar ihop dem med ledare i serie-parallella grupper och fyller den övre gula fosforen, får vi en LED-modul. Detta är COB-matris. Förkortningen kommer från den engelska ordkombinationen Chip-On-Board. Det kan översättas med "kristaller på en tavla".
COB-matriser använder ett kärnlöst LED-chip utan substrat. Arrangemanget är extremt tätt. En stor del av de högeffektiva lysdioderna tillverkas med denna teknik, inklusive hundratals kristaller. En bra fläktassisterad kylfläns, ibland med hjälp av heatpipes, kan uppnå 150-200 W eller mer i ett enda paket. Matrisen ger riktat flöde med en spridningsvinkel på 100-150 grader vid 0,7 av den maximala strålningsnivån.
Typisk klassificering
Typer av lysdioder kan vara:
- lysdioder i ett enda chip på ett enda högpresterande chip (COB-matris).
- par lysdioder i ett paket - Indikatorljusdioder som blinkar omväxlande i två färger, t.ex. röd och gul.
- Tripletter eller triader av emittenter med tre huvudfärger. - röd, grön och blå eller RGB .Rött, grönt, blått.
Om den trekristalliga lysdioden har kristaller av samma färg har vi en superlysande lysdiod. Med olika färgade kristaller har vi RGB-triader eller flerfärgade kontrollerade ljusemitterande enheter.
SMD är en förkortning för Surface Mounted Device. Används för automatisering av placering och lödning av elektroniska komponenter på tryckta kretskort, inklusive lysdioder. Det används i band, remsor, moduler och konventionella kretskort.
Grundfärgerna omfattar YB-färgparet gul och blå. Det finns andra färgkombinationer som ger en vit färg efter blandning.
Kraftfulla COB-ljusdioder
De större modellerna har fästhål i hörnen på höljet. De mindre modellerna kan monteras genom lödning på ett kretskort.
Förutom de vanliga egenskaperna hos lysdioder har flera ytterligare parametrar lagts till i modellerna med hög effekt:
- effekt, W;
- Chipstorlek, mm;
- Chipets eller matrisens nominella driftström;
- livslängd enligt standarderna L 70, L80 osv.
Lysdioder med låg effekt
När det gäller strömförbrukning finns lysdioder från 0,05 till 0,5 W, driftström - 20-60 mA (genomsnittlig effekt - 0,5-3 W, ström 0,1-0,7 A, hög - mer än 3 W, ström 1 A och mer).
Låg effekt lysdioder består strukturellt sett av flera grupper av lysdioder:
- SMD konventionella och superljusstarka lysdioder;
- DIP-dioder i cylindriska förpackningar - för montering i hål i kretskortet;
- i piranha-förpackningar - för montering i öppningar.
Bilden visar lysdioderna uppifrån och ner:
- Cylindriska DIP-höljen - med flexibla ledningar för lödning i hålen i kretskortet.
- I kapslar av piranha-typ, även kallade Superflux, löder du in i hålen.
- I plana stifthöljen för montering på enkel- och dubbelsidiga PCB-pads eller i "brunnarna" på flerskiktsskivor.
LED-funktioner
Lysdioder beskrivs med ett antal parametrar. De viktigaste är följande
- Ljusstyrka och energieffektivitet - Lm och Lm/W;
- Ljusflödets divergensvinkel - 0,5 eller 0,7 grader - i konventionella modeller från 120 till 140 grader, i indikatorstyrda modeller - från 15 till 45 grader.
- driftseffekt, W - liten - upp till 0,5, medelstor - 0,5-3, stor - mer än 3;
- driftström genom dioden, mA eller A;
- färg eller nyans av vitt ljus, färgtemperaturKelvin, K - från 2000-2500 K - varmvitt och upp till 6500-9500 K - kallvitt.
Det finns andra specifikationer, men de används mer sällan. Till exempel är volt-ampere-karakteristiken (VAR) för en lysdiod kurvan för strömmen genom förbindelsen som en funktion av den tillämpade driftsspänningen. Den används vid elektriska beräkningar av driftläget för en lysdiod.
Mått .
En lysdiods dimensioner bestäms av dimensionerna på dess hölje. För SMD-höljen är det längd, bredd och tjocklek. De två första värdena är inbäddade i beteckningen, till exempel SMD2835, där två sifferpar är 2,8 mm - bredd och 3,5 mm - längd. Du kan få reda på kroppens tjocklek från beskrivningen eller databladet för diod.
För cylindriska DIP-dioder är de viktiga egenskaperna höljets diameter och dess höjd med linsen. Ledningarnas längd och tillverkarens rekommendationer för att böja dem före montering måste beaktas.
Våglängd
En sådan egenskap hos lysdioder som våglängd används mycket sällan. Vanligare benämnt som ljusets våglängd.
| Färgton av färg | Våglängd, nm |
|---|---|
| Infrarött (osynligt) | 760-880 |
| röd | 620-760 |
| apelsin | 585-620 |
| gul | 575-585 |
| gulgrön | 555-575 |
| grönt | 510-555 |
| blå | 480-510 |
| blå | 450-480 |
| violett | 390-450 |
| Ultraviolett (osynligt) | 10-390 |
En diods våglängd mäts i nanometer (nm). Det anges inte alltid i produktdatabladet.
Märkning och färgkodning
Varje tillverkare har sin egen märkning av lysdioder. LED-WW-SMD5050 har till exempel en avkodning av alfabetiska och numeriska element:
- LED - LED;
- WW - Warm White - varmvitt 2700-3500 K;
- SMD - hölje för ytmontering;
- 5050 - förpackningens mått i tiondels millimeter - 5,0×5,0.
Förkortningar för nyanser av vitt ljus:
- DW - Dagvitt (4000-5000 K);
- W - Vit, rent vit (6000-8000 K);
- CW eller WC - Cool White (8000-10000 K);
- WSC - White Super Cool - White Super Cool, färgtemperatur 15 000 K med en karakteristisk blåaktig nyans;
- NW - Neutralt vitt - 5000 K.
Det finns andra beteckningar för lysdioder och färger, systemet är ännu inte helt standardiserat, så tillverkarna använder olika numeriska värden och namn för olika nyanser av vitt ljus.
Grafisk och alfabetisk representation i schemat.
Anoden, dvs. lysdiodens plus, representeras i elektriska diagram av en triangel. Katoden (minus) visas med ett streck.
Spänningstabell för LED
För att se till att lysdioden i drift har alla de egenskaper som ges av dess konstruktion och tillverkningsteknik, måste den förses med en designad strömförsörjning. Applicera till exempel en spänning på dess anod och katod, som kommer att vara något högre än spänningen i p-n-övergången. Överspänningen måste "utjämnas" med ett seriekopplat motstånd. motstånd. Motståndet kallas för ett strömbegränsande motstånd. Den används för att förhindra att strömmen överskrider p-n-övergången.
En lysdiod har två stift - anoden och katoden, och katoden är kortare än anoden. Om längden är densamma, då fastställa dem med en häftklämma. Om det lyser betyder det att du tittar på anoden.
Tabell. Direktspänning i p-n-övergången i en färgad lysdiod.
| Färg för glöd | Driftspänning, direktspänning, V |
|---|---|
| vit | 3,5 |
| röd | 1,63–2,03 |
| apelsin | 2,03–2,1 |
| gul | 2,1–2,18 |
| grönt | 1,9–4,0 |
| blå | 2,48–3,7 |
| violett | 2,76–4 |
| infraröd | upp till 1,9 |
| ultraviolett | 3,1–4,4 |
Läs också: Hur man vet hur många volt en lysdiod har
LED-tillämpningar
Användningsområdena för lysdioder utökas ständigt. Ursprungligen användes de som ljusindikatorer i kopplingskretsar eller vid drift av elektronisk utrustning. Till exempel, slå på en sändare, byta till högre eller lägre effekt osv. Kan låsa automatisk aktivering, t.ex. när en anropssignal visas eller för att väcka uppmärksamhet. Blinkande eller enfärgade lysdioder - röda, gula, gröna, blå - användes.
Små superljusstarka DIP-lysdioder kopplades ihop i serie-parallell-kedjor och matades direkt från ett 220 V-nät. Genom att placera dessa på varandra följande grupper av dioder i ett genomskinligt PVC-rör och försegla dem med ett genomskinligt tätningsmedel fick vi "flexibel neon" - en lysande "bunt". Den kan läggas på poolkanten, på kanten av stigen, dekorera husets tak eller ett träd i trädgården.
Tillkomsten av flexibla flerskiktskort och SMD-höljen för ytmontering har lett till utvecklingen av flexibla LED-remsor..
I början var de ett sätt att dekorera inredningsutrymmen. SMD-diodernas ökade effekt och deras täthet på kretskortet gjorde det möjligt att börja använda LED-remsor först för extrabelysning och senare för huvudbelysning. Den ökade graden av damm- och fuktskydd ledde till att remsorna började användas för dekorativ belysning och senare för grundläggande utomhusbelysning.
Samtidigt utvecklades LED-lampor för att ersätta glödlampor i lampor - vägglampor, ljuskronor och bordslampor. Retrofitlampor - kompletta analoger till glödlampor och lysrör när det gäller form, glödlampstorlek och matningsspänning - dök upp. Man började successivt byta ut glödlampor mot LED-lampor. Samtidigt upphörde tillverkningen av LLs - först 100 W eller mer, sedan 75, 60 osv.
Utvecklingen av enstaka lysdioder med hög effekt, särskilt i Emitter- eller PCB Star-paketet, bidrog till att det nu finns ficklampor med inbyggda batterier. Briljans och luminescens efter en enda laddningscykel var många gånger större än tidigare.
Utmärkt LED-styrbarhet med elektroniska medel - styrenheter och dimrar - har gjort det möjligt att använda kraftfulla projektorer för ljusdynamisk belysning av gator och torg i städer och tätorter i alla delar av landet.
LED-remsor som t.ex. RGB, RGBW och RGBW gjorde det möjligt att inte bara få en kraftfull ström av vitt ljus, utan också att variera dess vita färg inom ett brett område från varmt gulaktigt till blått och kallt blått.
De nya ljuskällornas kontrollerbarhet gör att de används i stor utsträckning för ljusreklam - "crawl lines", ljusdisplayer, informationsskärmar osv. Dessa ljusa färgade och vita ljuskällor används i fasad- och takreklam - platta och volymetriska bokstäver och ritningar, varumärkesnamn, varumärkesbilder och mycket mer.
Och alla dessa konstruktioner fungerar mycket längre än analoger till konventionella lampor, nästan utan underhåll och förbrukar samtidigt många gånger mindre el. Specifikationerna för lysdioder och lysdioder ökar stadigt. Kostnaden för lysdioder sjunker och användningsområdena ökar.
