Čo je to LED - podrobný popis charakteristík a typov
LED diódy sú všade: v domoch, autách, telefónoch. S ich pomocou je zabezpečené jasné osvetlenie obrazoviek gadgetov, vyrábajú sa ekonomické zdroje osvetlenia. Teraz sú nepostrádateľným zdrojom svetla. Zvážte zariadenie a technické vlastnosti hlavných typov LED diód.
Čo je to LED
LED (z anglického Light Emitting Diode alebo LED) je pevný elektrický zdroj umelého svetla vyrobený z p- a n-vodivých polovodičových materiálov. Použitím viacerých technológií – nanášanie cez masky, leptanie, epitaxné nanášanie atď., sa získa p-n spojenie.
V polovodičovom materiáli typu p sú nosičmi prúdu „diery“ – atómy polovodičového kryštálu, v ktorých dotovaním špeciálnymi kovmi vytvárajú nedostatok elektrónov. V n-materiáloch sú nosičmi prebytočné elektróny v kryštáli.
"Diera" je prakticky nehybná. Má kladný náboj rovný náboju elektrónu. Elektrón, ktorý „preskočí“ z vonkajšej dráhy jedného atómu na vonkajšiu dráhu susedného, posunie „dieru“ opačným smerom.
Princíp fungovania alebo čo svieti v LED
Pripojením konštantného napätia určitej veľkosti a polarity k p-n prechodu spôsobujú elektrický prúd v prechode vo forme protiprúdu nosičov elektrického náboja - „diery“ – kladné „častice“ a elektróny – záporné. Keď sa tieto prúdy stretnú v p-n križovatke, rekombinujú sa alebo sa zlúčia. Voľný elektrón so zvýšenou energiou vstúpi do „diery“ a zmizne.
Vpravo je n-polovodičová časť kryštálu, "obohatená" o voľné elektróny, vľavo je p-polovodičová časť s kladnými "časticami" - "dierami".
Energia sa uvoľňuje vo forme svetelných kvánt. Sú emitované, t.j. emitované z konca kryštálu. Tok kvanta dopadá na reflektor. Jeho leštený povrch odráža svetlo správnym smerom. Špeciálna konfigurácia povrchu vytvára požadovaný smerový obrazec svetelného toku.
Napätie na napájanie prechodu sa aplikuje "+" - na anódu diódy a "-" - na katódu.
Dizajn
Substrát odvádzajúci teplo je znázornený v lila. Šedé lichobežníky - časti reflexného reflektora-reflektor kruhového usporiadania vyrobeného z hliníka.V modrom strede je LED čip-kryštál s pripojenými zlatými alebo striebornými drôtmi prispájkovanými k vývodom anódy a katódy.
Typy LED diód
LED diódy sú celkom „mladé“ zariadenia. Ich konečná klasifikácia sa ešte nevypracovala. Preto mnohí známi výrobcovia používajú svoje vlastné deliace systémy.
Podľa jedného z nich sú LED diódy zoskupené podľa ich účelu takto:
- Indikátor.
- Osvetlenie.
Indikátory v ich skupine sú rozdelené do nasledujúcich typov.
DIP diódy
Skratka je odvodená od Dual In-line Package alebo „double in-line placement“. Zvyčajne sú to valce, ale existujú aj rovnobežnosteny. Na spodnom konci sú drôtové axiálne vývody rovnobežné s hlavnou osou symetrie telesa. Výstup katódy je kratší ako anóda.
Rozdelenie na typy - podľa priemeru púzdra a šošovky na hornom konci. Priemery od 2-3 do 20 mm a viac. Farba žiary - ľubovoľná, niekoľko odtieňov bielej.
Jeden z typov - blikanie v 2 farbách, má 3 výstupy.
Slamený klobúk
Doslovný preklad je slamený klobúk alebo bryl. Aplikácia na LED diódy – telo je ako klobúk so zaobleným vrchom.
Viditeľné sú vodiče rôznych dĺžok, krátky je katóda. Viditeľné sú aj obmedzovače výšky inštalácie. Pod šošovkou je kryštál so žltým fosforom.
Super Flux Piranha
Priamy preklad - superflow. Piranha - preklad do ruštiny - piranha. Názov LED bol spôsobený zvláštnosťami kovových vodičov vo forme úzkych pásikov. Pre zjednodušenie inštalácie do otvorov dosky plošných spojov boli pri razení odrezané rohy na koncoch kolíkov. Takto dopadli ostré „zuby“ dravej ryby.
Na výstupe sú vyrazené „ramená“ - obmedzovače, ktoré nastavujú výšku puzdra nad doskou. Skriňa sa teda otvorila na chladenie vzduchom zospodu. Na horné konce vývodov boli umiestnené kryštály pre pasívne chladenie.
Umiestnením 2 alebo 3 čipov do puzdra zvýšili tok svetla. A dióda spadala do skupiny supersvietivých.
Je možné vidieť kryštál „prekrytý“ šošovkou a zúžené tvarovače vývodov vo výške inštalácie.
smd
Skratka pre Surface Mounted Device, preložená z angličtiny - zariadenie inštalované na povrchu. Vyzerajú ako obdĺžnikové puzdrá vyrobené z plastu alebo keramiky. Závery - zospodu a na strane puzdra vo forme podložiek.
Najčastejšie - osvetlenie, ale pri nízkom výkone môžu byť aj indikátorom. Výkony od mW (miliwatt) do W. Žiara je akákoľvek farba alebo odtieň bieleho svetla.
Prečítajte si tiež: Charakteristika SMD LED
OLED
Okrem pevných LED diód na báze polovodičových kovov - kremík, germánium, arzenid gália atď., Existuje skupina LED na filmoch organických zlúčenín. Nazývajú sa organické alebo OLED LED - Organic Light Emitting Diode.
Rovnako ako polovodičové diódy tiež vyžarujú svetlo, ale nie s pevnou štruktúrou, ale s tenkými vrstvami. Zatiaľ čo hlavné uplatnenie nachádza vo vývoji jednofarebných displejov. Existujúce nevýhody farebných OLED fólií sú rôzne prevádzkové časy pre fólie rôznych farieb žiary. Minimálne je to asi 12-15 tisíc hodín.
Po zlepšení budú takéto LED diódy široko používané v mobilných telefónoch, automobilových a lodných GPS navigátoroch, v nočných zameriavačoch a zariadeniach na nočný lov a streľbu atď.
Video recenzia: porovnanie QLED, OLED a LCD (IPS).
Vlákno
V rokoch 2012-2013objavili sa nezvyčajné LED diódy, ktoré nazvali Filament. V skutočnosti ide o COB matrice vo forme dlhých valcov s priemerom 2-3 a dĺžkou 15-30 mm. 28-30 modrých kryštálov preložených niekoľkými červenými je nalepených na sklenený alebo zafírový valec. Sú zapojené do sériových reťazí a po kontrole prevádzkyschopnosti sú vyplnené žltým fosforom.
Táto technológia výroby vláknových modulov sa nazýva Chip-On-Glass alebo COG.
Hotové matrice COG sú umiestnené na armatúrach bežných žiaroviek, inštalované v základni a umiestnené v sklenenej alebo plastovej banke. Na chladenie LED je banka naplnená héliom.
Výkon lampy - od 2-3 do 10-12 wattov. Svetelný tok zodpovedá svetelnej účinnosti bežných LED 80-100 lm/W.
Výsledkom je retrofit LED žiarovka. Svietidlo je často nesprávne označované ako LED žiarovka.
Termín retrofit pochádza z angličtiny. retrofit - modernizácia alebo úprava. Ide o nové svetelné zdroje v krytoch s tradičnými rozmermi.
Vyššie uvedené údaje sa líšia výkonom a výrobcami vláknové LED žiarovky. V sklenenej banke so základňou E27 sú vláknové moduly COL pripevnené k vláknitým tvarovkám.
Druh PCB Star
Skratka pre LED diódy tohto typu je odvodená od anglického slovného spojenia Printed Circuit Board. Jeho preklad je doska plošných spojov.
PCB diódová doska hviezdicového typu. Výrobcom je americká spoločnosť CREE, XML diódový model. Žltý obdĺžnik je matica COB výkonovej diódy.
Doska je vyrobená z kovu, ktorý dobre vedie teplo, ako je hliník. Konfigurácia dosky je 6-lúčová hviezda.Pole COB LED je z výroby namontované v strede hviezdnej dosky. Doska je natretá čiernou farbou, aby sa zlepšil pasívny odvod tepla, ktorý generuje výkonné zariadenie vyžarujúce pracovné svetlo.
6 "hviezd" vľavo - diódy rôzneho výkonu a odtieňov bieleho svetla. Spodné dva sú výkonnejšie prvky s veľkými kruhmi žltého fosforu. Na pravej strane je stĺpec so 4 kusmi. – diódy pre plošnú montáž na povrch podložiek na doske plošných spojov.
Rozmerový nákres výkonnej rovinnej LED na hviezdnej tabuli. Výška konštrukcie je 6,6 mm, priemer tela diódy s planárnymi vývodmi je 8 mm, veľkosť dosky Star je 22 mm.
LED COB Matrix
Ak sa niekoľko desiatok modrých polovodičových kryštálov nalepí dielektrickým lepidlom na teplovodivú podložku z umelého zafírového alebo kremíkového kryštálu, spojí vodičmi do sériovo-paralelných skupín a navrchu vyplní žltým fosforom, dostaneme LED modul. to COB matrica. Skratka je odvodená od anglického slovného spojenia Chip-On-Board. Prekladá sa ako „kryštály na doske“.
COB matrice používajú bezobalové LED čipy bez substrátov. Ubytovanie je mimoriadne tesné. Táto technológia produkuje významnú časť vysokovýkonných LED diód, vrátane stoviek kryštálov. Dobrý chladič chladený ventilátorom, niekedy pomocou tepelných trubíc, vám umožňuje dosiahnuť výkon 150-200 W alebo viac v jednom prípade.Matrica poskytuje smerový tok s uhlom rozptylu 100-150 stupňov na úrovni 0,7 od maxima žiarenia.
Typová klasifikácia
Typy LED diód zahŕňajú:
- jednotlivé LED diódy na jednom vysokovýkonnom čipe (COB-matica);
- pár LED v jednom balení - indikačné diódy blikajú striedavo v dvoch farbách, napríklad červená a žltá;
- trojice alebo triády žiaričov troch základných farieb - červená, zelená a modrá príp RGB: červená - červená, zelená - zelená, modro - modrá.
Ak sú v trojkryštálovej LED kryštály rovnakej farby, máme super jasnú LED. S rôznymi farbami krištáľového svetla získame RGB triádu alebo viacfarebné riadené zariadenie vyžarujúce svetlo.
SMD je skratka pre anglické slovné spojenie Surface Mounted Device, zariadenie na povrchovú montáž. Používa sa na automatizáciu umiestňovania a spájkovania elektronických súčiastok na dosky plošných spojov, vr. a LED diódy. Používa sa na pásky, pravítka, moduly a konvenčné dosky plošných spojov.
Medzi hlavné farby patrí aj dvojica farieb YB – Žltá, žltá a Modrá, modrá. Existujú aj iné kombinácie farieb, ktoré pri zmiešaní dávajú bielu.
Výkonné COB LED diódy
Veľké modely majú montážne otvory v rohoch puzdra. Menšie modely sú prispájkované na dosku plošných spojov.
Okrem bežných charakteristík LED pridávajú výkonné modely niekoľko ďalších parametrov:
- menovitý výkon, W;
- veľkosť čipu, mm;
- menovitý prevádzkový prúd kryštálu alebo matrice;
- životnosť spojená s normami L 70, L80 atď.
LED diódy nízkej spotreby
Z hľadiska spotreby energie sú to LED od 0,05 do 0,5 W, prevádzkový prúd - 20-60 mA (priemerný výkon - 0,5-3 W, prúd 0,1-0,7 A, veľké - viac ako 3 W, prúd 1 A a viac) .
Štrukturálne nízkoenergetické LED diódy zahŕňajú niekoľko skupín LED svetelných žiaričov:
- LED diódy v puzdrách SMD sú bežné a super jasné;
- DIP diódy vo valcových puzdrách - pre montáž do otvorov v doskách plošných spojov;
- v puzdrách typu pirane - na montáž do otvorov.
Na obrázku sú LED diódy zhora nadol:
- Vo valcových DIP baleniach - s ohybnými vodičmi na spájkovanie do otvorov dosky.
- V puzdrách typu pirane sú aj Superflux, spájkované cez otvory.
- V puzdrách s planárnymi vývodmi pre montáž na kontaktné plôšky jednostranných a obojstranných dosiek plošných spojov alebo do "jamiek" viacvrstvových dosiek.
Charakteristika LED diód
LED diódy sú opísané mnohými parametrami. Najdôležitejšie z nich:
- intenzita svetla a energetická účinnosť - Lm a Lm / W;
- uhol divergencie svetelného toku na úrovniach 0,5 alebo 0,7 stupňov - pre bežné od 120 do 140 stupňov, pre modely indikátorov - od 15 do 45 stupňov;
- výkon spotrebovaný počas prevádzky, 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 Farebná teplota, stupne Kelvina, K - od 2000-2500 K - teplá biela a do 6500-9500 K - studená biela.
Existujú aj iné charakteristiky, ale používajú sa menej často. Napríklad charakteristika prúd-napätie, I-V charakteristika LED je krivka prúdu cez križovatku oproti prevádzkovému napätiu, ktoré je na ňu aplikované. Používa sa pri elektrických výpočtoch prevádzkového režimu LED.
Rozmery
Rozmery LED sú určené rozmermi jej krytu.Pre SMD puzdrá - dĺžka, šírka, hrúbka. Prvé dve hodnoty sú vložené do označenia, napríklad SMD2835, kde dva páry čísel sú 2,8 mm - šírka a 3,5 mm - dĺžka. Hrúbka puzdra musí byť prevzatá z popisu alebo pasu pre diódu.
Pre cylindrické DIP diódy sú dôležitými charakteristikami priemer puzdra a jeho výška so šošovkou. V tomto prípade je potrebné vziať do úvahy dĺžku vodičov a odporúčania výrobcu na ich ohýbanie pred inštaláciou.
Vlnová dĺžka
Takáto charakteristika LED, ako je vlnová dĺžka, sa používa veľmi zriedka. Často sa nazýva farba žiary.
| Farebný odtieň | Vlnová dĺžka, nm |
|---|---|
| infračervené (neviditeľné) | 760-880 |
| červená | 620-760 |
| Oranžová | 585-620 |
| žltá | 575-585 |
| žltá zelená | 555-575 |
| zelená | 510-555 |
| Modrá | 480-510 |
| Modrá | 450-480 |
| fialový | 390-450 |
| UV (neviditeľné) | 10-390 |
Vlnová dĺžka žiary diódy sa meria v nanometroch – nm. Nie je to vždy uvedené v pasových údajoch produktu.
Označenie a farebné označenie
Každý výrobca má svoje vlastné označenie LED diód. Napríklad v označení LED - LED-WW-SMD5050 sú dekódované jej abecedné a číselné prvky:
- LED - LED;
- WW - farba žiaru Warm White - teplá biela 2700-3500 K;
- SMD - balík pre povrchovú montáž;
- 5050 - rozmery tela v desatinách milimetra - 5,0 × 5,0.
Varianty skratiek pre odtiene bieleho svetla:
- DW - Day White - biely deň (4000-5000 K);
- W - Biela, čisto biela (6000-8000 K);
- CW alebo WC - Cool White - studená biela (8000-10 000 K);
- WSC - White Super Cool - super studená biela, teplota farby 15 000 K s charakteristickým modrastým nádychom;
- NW - Neutral White - neutrálna biela - 5000 K.
Existujú aj iné označenia LED a farieb, systém ešte nie je úplne štandardizovaný, takže výrobcovia používajú rôzne číselné hodnoty a názvy pre odtiene bieleho svetla.
Grafický a abecedný obrázok na diagrame
Anóda, známa aj ako plus LED, je na elektrických obvodoch znázornená ako trojuholník. Katóda (mínus) - priečna pomlčka.
Tabuľka napätia LED
Aby LED počas prevádzky poskytovala všetky charakteristiky špecifikované jej dizajnom a technológiou výroby, je potrebné, aby bola vybavená vypočítaným napájaním. Napríklad aplikujte napätie na jeho anódu a katódu, ktoré bude o niečo väčšie ako priame napätie p-n prechodu. Nadmerné napätie by malo byť "uhasené" v sérii súčasťou rezistora. Rezistor sa nazýva rezistor obmedzujúci prúd. Slúži na zabránenie nadmerného prúdu cez p-n prechod.
LED má dva kontaktné vodiče - anódu a katódu, katóda je kratšia ako anóda. Ak je dĺžka rovnaká, potom definovať Môžete ich používať s prstovou batériou. Ak je svetlo, potom máte pred sebou anódu.
Tabuľka. Dopredné napätie p-n prechodu farebnej LED.
| Žiarivá farba | Prevádzkové napätie, jednosmerné, V |
|---|---|
| biely | 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 |
| fialový | 2,76–4 |
| infračervené | do 1.9 |
| UV | 3,1–4,4 |
Prečítajte si tiež: Ako zistiť, koľko voltov má LED
Aplikácia LED diód
Rozsah LED diód sa neustále rozširuje. Spočiatku sa používali ako svetelné indikátory v obvodoch na zapínanie alebo ovládanie elektronických zariadení.Napríklad zapnutie vysielača, prepnutie na zvýšený alebo znížený výkon atď. Mohli by opraviť automatickú aktiváciu, napríklad keď sa objaví signál volania alebo upútať pozornosť. Používali sa blikajúce alebo jednofarebné LED diódy – červená, žltá, zelená, modrá.
Malé superjasné DIP LED diódy boli zapojené do sériovo-paralelných reťazcov a napájané priamo zo siete 220 V. Umiestnením takýchto sériových skupín diód do priehľadnej ohybnej PVC trubice a ich naplnením priehľadným tmelom sme získali „flexibilný neón"- svietiaci" turniket. Môže byť položený pozdĺž boku bazéna, obrubníka cesty, ozdobiť strechu domu alebo strom v záhrade.
Nástup flexibilných viacvrstvových dosiek a SMD obalov na povrchovú montáž viedol k vytvoreniu flexibilných LED pásy.
Spočiatku to boli prostriedky na dekoratívnu výzdobu interiéru. Zvýšenie výkonu SMD diód a hustoty ich umiestnenia na doske umožnilo začať používať LED pásy, najprv pre pomocné a potom pre hlavné osvetlenie. Zvýšenie stupňa ochrany proti prachu a vlhkosti pások viedlo k ich použitiu na dekoratívne osvetlenie a potom na hlavné osvetlenie v podmienkach ulice.
Súčasne sa vyvíjali LED svietidlá, ktoré nahradili žiarovky v svietidlách - svietniky, lustre a stolové lampy. Objavili sa retrofitové svietidlá - úplné analógy žiaroviek a žiariviek z hľadiska tvaru, veľkosti žiarovky a napájacieho napätia. Začala sa postupná výmena žiaroviek za LED retrofity. Zároveň bola zastavená výroba LN - najskôr 100 W alebo viac, potom 75, 60 atď.
Vývoj výkonných samostatných LED diód, najmä v balení Emitter alebo PCB Star, prispel k vzniku bateriek so vstavanou batériou. Jas a trvanie žiary po jednom cykle nabíjania boli niekoľkonásobne vyššie ako u predchádzajúcich modelov.
Výborná ovládateľnosť LED elektronickými prostriedkami - ovládačmi a stmievače - stmievače, umožňovali použitie výkonných reflektorov pri svetelno-dynamickom osvetlení ulíc a námestí miest a obcí v ktoromkoľvek regióne krajiny.
Typ LED pásika RGB, RGBW a RGBWW umožnilo nielen získať silné prúdy bieleho svetla, ale aj zmeniť jeho biely odtieň v širokom rozsahu od žltkastého teplého až po modrastý a modrý studený.
Ovládateľnosť nových svetelných zdrojov umožňuje ich široké využitie vo svetelnej reklame – „plazivé línie“, svetelné displeje, informačné obrazovky a pod. Použite tieto žiarivo farebné a biele svetelné zdroje vo fasádnej reklame a na strechách - ploché a trojrozmerné písmená a kresby, názvy značiek, obrázky ochranných známok a mnoho ďalšieho.
A všetky tieto konštrukcie fungujú oveľa dlhšie ako ich náprotivky na bežných lampách, nevyžadujú takmer žiadnu údržbu a spotrebúvajú mnohonásobne menej elektriny. Technické vlastnosti LED a osvetľovacích zariadení neustále rastú. Náklady na LED diódy klesajú a aplikácia sa rozširuje.
