Какво е светодиод - подробно описание на характеристиките и видовете

Светодиодите са навсякъде: в къщи, коли, телефони. С тяхна помощ се осигурява ярко осветление на екраните на джаджи, произвеждат се икономични източници на осветление. Сега те са незаменими източници на светлина. Помислете за устройството и техническите характеристики на основните видове светодиоди.

Какво е светодиод

LED (от английски Light Emitting Diode, или LED) е твърдотелен електрически източник на изкуствена светлина, направен от p- и n-проводникови полупроводникови материали. С помощта на няколко технологии - отлагане чрез маски, ецване, епитаксиално отлагане и др., се получава p-n преход.

В полупроводниковия материал p-тип носителите на ток са "дупки" - атоми на полупроводников кристал, в които чрез легиране със специални метали създават недостиг на електрони. В n-материалите носителите са излишните електрони в кристала.

"Дупката" е практически неподвижна. Той има положителен заряд, равен на заряда на електрона. Електронът, "скачайки" от външната орбита на един атом към външната орбита на съседния, премества "дупката" в обратна посока.

Принципът на действие или това, което свети в светодиода

Чрез свързване на постоянно напрежение с определена величина и полярност към p-n прехода, те предизвикват електрически ток в кръстовището под формата на обратен поток от носители на електрически заряд - „дупки“ - положителни „частици“ и електрони - отрицателни. Когато тези потоци се срещнат в p-n кръстовище, те рекомбинират или се сливат. Свободен електрон с повишена енергия влиза в „дупката“ и тя изчезва.

Схема на светодиода.

Вдясно е n-полупроводниковата част на кристала, "обогатена" със свободни електрони, вляво е p-полупроводниковата част с положителни "частици" - "дупки".

Енергията се отделя под формата на светлинни кванти. Те се излъчват, т.е. излъчвана от края на кристала. Потокът от кванти удря рефлектора. Полираната му повърхност отразява светлината в правилната посока. Специална конфигурация на повърхността формира необходимия насочен модел на светлинния поток.

Схема за получаване на светлина в p-n преход.

Напрежението за захранване на прехода се прилага "+" - към анода на диода и "-" - към катода.

Дизайн

Устройството на светодиода във вертикална секция.

Топлоотвеждащият субстрат е изобразен в люляк. Сиви трапеции - секции от рефлектор-рефлектор с пръстеновидна конфигурация, изработени от алуминий.В синия център има LED чип-кристал със свързани златни или сребърни проводници, запоени към анодните и катодните изводи.

Видове светодиоди

Светодиодите са доста "млади" устройства. Окончателната им класификация все още не е разработена. Поради това много известни производители използват свои собствени системи за подразделения.

Според един от тях светодиодите са групирани според предназначението си, както следва:

1. Индикатор.
2. Осветление.

Индикаторите в тяхната група са разделени на следните видове.

DIP диоди

Съкращението произлиза от Dual In-line Package или „двойно вградено разположение“. Обикновено корпусите са цилиндри, но има и паралелепипеди. В долния край има жични аксиални проводници, успоредни на основната ос на симетрия на тялото. Изходът на катода е по-къс от анода.

Вижда се изглед на DIP LED над печатната платка, запояване в метализираните отвори.

Разделението на видове - според диаметъра на корпуса и обектива в горния край. Диаметри от 2-3 до 20 мм и повече. Цвят на сияние - всеки, няколко нюанса на бялото.

Един от видовете - мигащ в 2 цвята, има 3 изхода.

Сламена шапка

Буквалният превод е сламена шапка или брил. Прилагане на светодиоди – тялото е като шапка със заоблен връх.

Вариант на DIP LED, наречен Slaw Hat или Slaw Hat.

Виждат се проводници с различна дължина, късият е катодът. Виждат се и ограничители на височината на монтаж. Под лещата има кристал с жълт фосфор.

Super Flux Piranha

Директен превод - superflow. Piranha - превод на руски - piranha. Името на светодиода се дължи на особеностите на металните проводници под формата на тесни ленти. За да се опрости монтажа в отворите на печатната платка, ъглите бяха отрязани в краищата на щифтовете по време на щамповане. Ето как се оказаха острите „зъби“ на хищна риба.

На изхода са щамповани „рамене“ - ограничители, които задават височината на кутията над дъската. Така че кутията беше отворена за въздушно охлаждане отдолу. В горните краища на проводниците бяха поставени кристали за пасивно охлаждане.

Поставяйки 2 или 3 чипа в кутията, те увеличиха потока светлина. И диодът попадна в групата на супер ярките.

LED тип "пирана" в прозрачен калъф.

Вижда се кристал, „покрит” от леща и стеснени изводи-форматори на височината на монтаж.

smd

Съкращение за Surface Mounted Device, в превод от английски - устройство, инсталирано на повърхността. Те изглеждат като правоъгълни кутии, изработени от пластмаса или керамика. Заключения - отдолу и отстрани на корпуса под формата на подложки.

Най-често - осветление, но при ниска мощност могат да бъдат и индикаторни. Мощности от mW (миливат) до W. Сиянието е всеки цвят или нюанс на бяла светлина.

Прочетете също: Характеристики на SMD светодиодите

OLED

Освен твърдотелни светодиоди на базата на полупроводникови метали - силиций, германий, галиев арсенид и др., има група светодиоди върху филми от органични съединения. Те се наричат ​​органични или OLED светодиоди - Organic Light Emitting Diode.

Те също, подобно на полупроводниковите диоди, излъчват светлина, но не с твърда структура, а с тънки филми. Докато основното приложение се намира в разработването на едноцветни дисплеи. Съществуващите недостатъци на цветните OLED фолиа са различното време на работа за филми с различни цветове на светене. Най-малкото това е около 12-15 хиляди часа.

След подобрение такива светодиоди ще се използват широко в мобилни телефони, автомобилни и корабни GPS навигатори, в нощни мерници и устройства за нощен лов и стрелба и др.

Видео преглед: сравнение на QLED, OLED и LCD (IPS).

Филамент

През 2012-2013гПоявиха се необичайни светодиоди, които те нарекоха Филамент. Всъщност това са COB матрици под формата на дълги цилиндри с диаметър 2-3 и дължина 15-30 mm. 28-30 сини кристала, разпръснати с няколко червени, се залепват върху стъклен или сапфирен цилиндър. Те са свързани в последователни вериги и след проверка на изправността се пълнят с жълт фосфор.

Тази технология за производство на модули с нишки се нарича Chip-On-Glass или COG.

Готовите COG-матрици се поставят върху арматурата на конвенционалните лампи с нажежаема жичка, монтирани в основата и поставени в стъклена или пластмасова колба. За охлаждане на светодиодите колбата се пълни с хелий.

Мощност на лампата - от 2-3 до 10-12 вата. Светлинният поток съответства на светлинната ефективност на конвенционалните светодиоди от 80-100 lm/W.

Резултатът е модернизирана LED лампа с нажежаема жичка. Лампата често неправилно се нарича LED лампа с нажежаема жичка.

Терминът retrofit идва от английски. retrofit - модернизация или модификация. Това са нови източници на светлина в корпуси с традиционни размери.

Нажежаема LED лампа в крушка "топка".

Лампа с нажежаема жичка с висока мощност в удължена крушка.

Цифрите по-горе са различни по мощност и производители LED лампи с нажежаема жичка. В стъклена колба с основа E27 модулите с нишка COL са фиксирани към фитингите с нажежаема жичка.

Вид PCB Star

Съкращението за светодиоди от този тип произлиза от английската фраза Printed Circuit Board. Неговият превод е печатна платка.

PCB Star тип диодна платка.

PCB Star тип диодна платка. Производител е американската компания CREE, модел XML диод. Жълтият правоъгълник е COB матрицата на силовия диод.

Платката е изработена от метал, който провежда топлината добре, като алуминий. Конфигурацията на платката е 6-лъчева звезда.COB LED масивът е фабрично монтиран в центъра на звездното табло. Платката е боядисана в черно, за да се подобри пасивното разсейване на топлината, което генерира мощно работещо светлинно излъчващо устройство.

Мощни светодиоди тип звезда за печатни платки.

6 "звезди" вляво - диоди с различна мощност и нюанси на бяла светлина. Долните два са по-мощни елементи с големи кръгове от жълт фосфор. Вдясно е колона от 4 броя. – диоди за планарен монтаж върху повърхността на подложки върху печатна платка.

Чертеж с размери на мощен планарен светодиод върху звездна дъска.

Чертеж с размери на мощен планарен светодиод върху звездна дъска. Височината на конструкцията е 6,6 мм, диаметърът на тялото на диода с плоски проводници е 8 мм, размерът на платката Star е 22 мм.

LED COB матрица

Ако няколко десетки сини полупроводникови кристали се залепят с диелектрично лепило върху топлопроводим субстрат, изработен от изкуствен сапфир или силициев кристал, свързани с проводници в последователно-паралелни групи и запълнени с жълт фосфор отгоре, получаваме LED модул. то COB матрица. Съкращението произлиза от английската фраза Chip-On-Board. Превежда се като "кристали на дъската".

LED кръгла COB-матрица, пълна с жълт фосфор. По протежение на "джантата" има кафяви контактни подложки за свързване на захранващи и/или управляващи вериги.

COB матриците използват LED чипове без опаковки без субстрати. Настаняването е изключително тясно. Тази технология произвежда значителна част от високомощните светодиоди, включително стотици кристали. Един добър охлаждащ радиатор с вентилатор, понякога използващ топлинни тръби, ви позволява да постигнете мощност от 150-200 W или повече в един случай.Матрицата осигурява насочен поток с ъгъл на разсейване от 100-150 градуса на ниво 0,7 от максимума на радиацията.

Класификация на типа

Видовете светодиоди включват:

• единични светодиоди на един чип с висока мощност (COB-матрица);
• чифт светодиоди в един пакет - индикаторни диоди, мигащи последователно в два цвята, например червено и жълто;
• триплети или триади от излъчватели на три основни цвята - червено, зелено и синьо или RGB: Червен - Червен, Зелен - Зелен, Син - Син.

Тричипов светодиод в SMD пакет за повърхностен монтаж на печатни платки.

Ако в трикристален светодиод има кристали със същия цвят на светене, имаме супер ярък светодиод. С различни цветове кристална светлина получаваме RGB триада или многоцветно контролирано светлинно излъчващо устройство.

SMD е съкращение от английската фраза Surface Mounted Device, устройство за повърхностен монтаж. Използва се за автоматизиране на поставянето и запояването на електронни компоненти върху печатни платки, вкл. и светодиоди. Използва се в ленти, линийки, модули и конвенционални печатни платки.

Основните цветове включват и двойка YB цветове - жълто, жълто и синьо, синьо. Има и други комбинации от цветове, които дават бяло при смесване.

Мощни COB светодиоди

Големите модели имат монтажни отвори в ъглите на корпуса. По-малките модели се запояват върху печатната платка.

В допълнение към обичайните характеристики на светодиодите, мощните модели добавят няколко допълнителни параметъра:

• номинална мощност, W;
• размер на чипа, мм;
• номинален работен ток на кристала или матрицата;
• експлоатационен живот, свързан със стандарти L 70, L80 и др.

Светодиоди с ниска мощност

По отношение на консумацията на енергия това са светодиоди от 0,05 до 0,5 W, работен ток - 20-60 mA (средна мощност - 0,5-3 W, ток 0,1-0,7 A, голям - повече от 3 W, ток 1 A и повече) .

Структурно светодиодите с ниска мощност включват няколко групи LED светлинни излъчватели:

• Светодиодите в SMD корпуси са обикновени и супер ярки;
• DIP диоди в цилиндрични корпуси - за монтаж в отвори в печатни платки;
• в калъфи тип пирани - за монтаж в дупки.

Светодиоди с ниска мощност в различни опаковки.

На снимката светодиодите отгоре надолу:

1. В цилиндрични DIP опаковки - с гъвкави проводници за запояване в отворите на платката.
2. В случаите от типа на пирани те също са Superflux, запояващи през дупките.
3. В случаи с равнинни проводници за монтаж на контактни площадки на едно- и двустранни печатни платки или в „кладенци” на многослойни платки.

Характеристики на светодиодите

Светодиодите се описват с много параметри. Най-важните от тях:

• интензитет на светлината и енергийна ефективност - Lm и Lm / W;
• ъгълът на отклонение на светлинния поток при нива от 0,5 или 0,7, градуса - за обикновените от 120 до 140 градуса, за индикаторни модели - от 15 до 45 градуса;
• мощност, консумирана по време на работа, W - малка - до 0,5, средна - 0,5-3, голяма - повече от 3;
• работен ток през диода, mA или A;
• цвят или нюанс на бяла светлина Цветна температура, градуси по Келвин, K - от 2000-2500 K - топло бяло и до 6500-9500 K - студено бяло.

Има и други характеристики, но те се използват по-рядко. Например, характеристиката ток-напрежение, I-V характеристиката на светодиода е крива на тока през един възел спрямо работното напрежение, приложено към него. Използва се при електрически изчисления на режима на работа на светодиода.

Размери

Размерите на светодиода се определят от размерите на неговия корпус.За SMD корпуси - дължина, ширина, дебелина. Първите две стойности са вградени в обозначението, например SMD2835, където две двойки числа са 2,8 мм - ширина и 3,5 мм - дължина. Дебелината на корпуса трябва да бъде взета от описанието или паспорта за диода.

Размери SMD3528 и SMD2835. В долния десен ъгъл сив ъгъл е ключ, обозначаващ катода.

За цилиндричните DIP диоди важни характеристики са диаметърът на корпуса и височината му с леща. В този случай е необходимо да се вземе предвид дължината на проводниците и препоръките на производителя за огъването им преди монтажа.

Дължина на вълната

Такава характеристика на светодиодите като дължина на вълната се използва много рядко. Често наричан цвят на блясъка.

Дължината на вълната на сиянието на диода се измерва в нанометри - nm. Не винаги е посочено в паспортните данни на продукта.

Обозначение и цветна маркировка

Всеки производител има своя собствена маркировка на светодиоди. Например, в обозначението на светодиода - LED-WW-SMD5050, неговите буквени и цифрови елементи са декодирани:

• LED - LED;
• WW - цвят на сияние Warm White - топло бяло 2700-3500 K;
• SMD - пакет за повърхностен монтаж;
• 5050 - размери на тялото в десети от милиметъра - 5,0 × 5,0.

Варианти на съкращения за нюанси на бяла светлина:

• DW - Day White - бял ден (4000-5000 K);
• W - Бяло, чисто бяло (6000-8000 K);
• CW или WC - Cool White - студено бяло (8000-10 000 K);
• WSC - White Super Cool - супер студено бяло, цветна температура 15 000 K с характерен синкав оттенък;
• NW - Неутрално бяло - неутрално бяло - 5000 K.

Има и други обозначения за светодиоди и цветове, системата все още не е напълно стандартизирана, така че производителите използват различни числови стойности и имена за нюанси на бяла светлина.

Графично и азбучно изображение на диаграмата

Анодът, известен също като плюс на светодиода, е показан като триъгълник на електрическите вериги. Катод (минус) - напречно тире.

Външният вид на светодиода AL307 и неговото обозначение в чертежите и диаграмите.

Често използвано съкращение е латинското съкращение HL.

Таблица на напрежението на светодиодите

За да може светодиодът да осигури по време на работа всички характеристики, определени от неговия дизайн и технология на производство, той трябва да бъде снабден с изчислено захранване. Например, приложите напрежение към неговия анод и катод, което ще бъде малко повече от директното напрежение на p-n прехода. Излишното напрежение трябва да бъде "угасено" последователно включен резистор. Резисторът се нарича токоограничаващ резистор. Той служи за предотвратяване на излишния ток през p-n прехода.

Светодиодът има два контактни проводника - анод и катод, катодът е по-къс от анода. Ако дължината е същата, тогава дефинирай Можете да ги използвате с батерия за пръсти. Ако има светлина, значи имате анод пред вас.

Таблица. Право напрежение на p-n прехода на цветния светодиод.

Прочетете също: Как да разберете колко волта има светодиод

Приложение на светодиоди

Обхватът на светодиодите непрекъснато се разширява. Първоначално те са били използвани като светлинни индикатори във вериги за включване или работа на електронно оборудване.Например включване на предавателя, превключване на повишена или намалена мощност и т.н. Те биха могли да коригират автоматичното активиране, например, когато се появи сигнал за повикване или за привличане на внимание. Използвани са мигащи или едноцветни светодиоди - червен, жълт, зелен, син.

Малки по размер супер ярки DIP светодиоди бяха свързани в последователно-паралелни вериги и захранвани директно от мрежа 220 V. Чрез поставянето на такива серийни групи от диоди в прозрачна гъвкава PVC тръба и запълването им с прозрачен уплътнител, получихме "гъвкав неон"- светещ" турникет. Може да се постави покрай басейна, бордюра на пътеката, да украси покрива на къщата или дърво в градината.

Използване на гъвкав неон.

Появата на гъвкави многослойни плоскости и SMD пакети за повърхностен монтаж доведе до създаването на гъвкави LED ленти.

Първоначално това бяха средства за декоративна вътрешна украса. Увеличаването на мощността на SMD диодите и плътността на тяхното разположение на платката направи възможно започването на използване на LED ленти, първо за спомагателно, а след това за основно осветление. Увеличаването на степента на защита от прах и влага на лентите доведе до използването им за декоративно осветление, а след това и за основно осветление в улични условия.

В същото време се разработват LED лампи, които да заменят лампите с нажежаема жичка в лампи - аплици, полилеи и настолни лампи. Появиха се ретрофитни лампи - пълни аналози на лампи с нажежаема жичка и луминесцентни тръби по форма, размер на крушката и захранващо напрежение. Започна постепенната подмяна на лампите с нажежаема жичка с LED преоборудване. В същото време производството на LN беше спряно - първо 100 W или повече, след това 75, 60 и т.н.

Разработването на мощни единични светодиоди, особено в пакета Emitter или PCB Star, допринесе за появата на фенерчета с вградена батерия. Яркостта и продължителността на сиянието след един цикъл на зареждане бяха няколко пъти по-високи от предишните модели.

Отлична управляемост на светодиодите чрез електронни средства - контролери и димери - димери, позволяващи използването на мощни прожектори при светлинно-динамично осветление на улици и площади на градове и населени места във всеки регион на страната.

Приложение в декоративното осветление на сгради.

Тип LED лента RGB, RGBW и RGBWW направи възможно не само получаването на мощни потоци бяла светлина, но и промяната на нейния бял нюанс в широк диапазон от жълтеникаво топъл до синкаво и синьо студено.

Управляемостта на новите източници на светлина дава възможност за широкото им използване в светеща реклама - "пълзящи линии", светлинни дисплеи, информационни екрани и др. Използвайте тези ярки цветни и бели източници на светлина във фасадна реклама и на покриви - плоски и триизмерни букви и чертежи, имена на марки, изображения на търговски марки и много други.

И всички тези дизайни работят много по-дълго от своите колеги на конвенционалните лампи, не изискват почти никаква поддръжка и консумират много пъти по-малко електроенергия. Техническите характеристики на светодиодите и осветителното оборудване непрекъснато нарастват. Цената на светодиодите намалява, а приложението се разширява.