Vad är en LED - en detaljerad beskrivning av egenskaperna och typerna

Lysdioder finns överallt: i hus, bilar, telefoner. Med deras hjälp tillhandahålls ljus belysning av gadgetskärmar, ekonomiska belysningskällor produceras. Nu är de oumbärliga ljuskällor. Tänk på enheten och tekniska egenskaper hos huvudtyperna av lysdioder.

Vad är en LED

En LED (från engelska Light Emitting Diode, eller LED) är en solid-state elektrisk källa för artificiellt ljus gjord av p- och n-konduktivitetshalvledarmaterial. Med hjälp av flera tekniker - avsättning genom masker, etsning, epitaxiell avsättning, etc., erhålls en p-n-övergång.

I ett halvledarmaterial av p-typ är strömbärare "hål" - atomer i en halvledarkristall, i vilka de genom dopning med speciella metaller skapar brist på elektroner. I n-material är bärarna överskott av elektroner i kristallen.

"Hålet" är praktiskt taget orörligt. Den har en positiv laddning som är lika med laddningen av en elektron. Elektronen, "hoppar" från den yttre omloppsbanan av en atom till den yttre omloppsbanan av den intilliggande, flyttar "hålet" i motsatt riktning.

Funktionsprincipen eller vad som lyser i lysdioden

Genom att ansluta en konstant spänning av en viss storlek och polaritet till p-n-övergången orsakar de en elektrisk ström i korsningen i form av ett motflöde av elektriska laddningsbärare - "hål" - positiva "partiklar" och elektroner - negativa. När dessa strömmar möts i en p-n-korsning, kombineras de om eller smälter samman. En fri elektron med ökad energi kommer in i "hålet", och den försvinner.

Schema för LED.

Till höger är n-halvledardelen av kristallen, "berikad" med fria elektroner, till vänster är p-halvledardelen med positiva "partiklar" - "hål".

Energi frigörs i form av ljuskvanta. De släpps ut, d.v.s. emitteras från änden av kristallen. Fluxet av kvanta träffar reflektorn. Dess polerade yta reflekterar ljuset i rätt riktning. En speciell ytkonfiguration bildar det erforderliga riktningsmönstret för ljusflödet.

Schema för att få ljus i en p-n-korsning.

Spänningen för att driva övergången appliceras "+" - till diodens anod och "-" - till katoden.

Design

Enheten av LED i en vertikal sektion.

Det värmeavlägsnande substratet är avbildat i lila. Grå trapezium - sektioner av en reflekterande reflektor-reflektor i en ringformig konfiguration gjord av aluminium.I den blå mitten finns en LED-chip-kristall med anslutna guld- eller silvertrådar lödda till anod- och katodterminalerna.

Typer av lysdioder

Lysdioder är ganska "unga" enheter. Deras slutliga klassificering har ännu inte utvecklats. Därför använder många välkända tillverkare sina egna indelningssystem.

Enligt en av dem är lysdioderna grupperade enligt deras syfte enligt följande:

1. Indikator.
2. Belysning.

Indikatorer i deras grupp är indelade i följande typer.

DIP-dioder

Förkortningen kommer från Dual In-line Package eller "dubbel in-line placering". Vanligtvis är höljena cylindrar, men det finns också parallellepipeder. På den nedre änden finns trådaxiella ledningar parallella med kroppens symmetriaxel. Katodens utgång är kortare än anoden.

Vy över DIP-lysdioden ovanför PCB, lödning i de metalliserade hålen är synlig.

Indelningen i typer - enligt diametern på fallet och linsen på den övre änden. Diametrar från 2-3 till 20 mm och mer. Glow färg - vilken som helst, flera nyanser av vitt.

En av typerna - blinkande i 2 färger, har 3 utgångar.

Stråhatt

Den bokstavliga översättningen är en stråhatt eller bryl. Gäller lysdioder – kroppen är som en hatt med en rundad topp.

En variant av DIP LED som kallas Straw Hat eller Straw Hat.

Ledningar av olika längd är synliga, den korta är katoden. Installationshöjdsbegränsare är också synliga. Under linsen finns en kristall med en gul fosfor.

Super Flux Piranha

Direkt översättning - superflow. Piranha - översättning till ryska - piranha. Namnet på lysdioden berodde på särdragen hos metallledningarna i form av smala remsor. För att förenkla installationen i hålen på kretskortet skars hörnen av i ändarna av stiften under stämplingen. Så här blev de vassa "tänderna" på en rovfisk.

På utgången är "axlar" stämplade - begränsare som ställer in höjden på väskan ovanför brädan. Så höljet öppnades för luftkylning underifrån. Kristaller för passiv kylning placerades på de övre ändarna av ledningarna.

Genom att placera 2 eller 3 chips i fodralet ökade de ljusflödet. Och dioden föll in i gruppen superljusa.

LED typ "piranha" i transparent fodral.

Man kan se en kristall "täckt" av en lins och avsmalnande ledningsformare av installationshöjden.

smd

Förkortning för Surface Mounted Device, översatt från engelska - en enhet installerad på ytan. De ser ut som rektangulära fall gjorda av plast eller keramik. Slutsatser - underifrån och på sidan av fallet i form av kuddar.

Oftast - belysning, men vid låg effekt kan de också vara indikator. Effekter från mW (milliwatt) till W. Glöd är vilken färg eller nyans av vitt ljus som helst.

Läs också: Egenskaper för SMD-lysdioder

OLED

Förutom solid-state lysdioder baserade på halvledarmetaller - kisel, germanium, galliumarsenid, etc., finns det en grupp lysdioder på filmer av organiska föreningar. De kallas organiska eller OLED LEDs – Organic Light Emitting Diode.

De avger också, liksom halvledardioder, ljus, men inte med en solid struktur, utan med tunna filmer. Medan huvudapplikationen finns i utvecklingen av enfärgade skärmar. De befintliga nackdelarna med färg OLED-filmer är de olika drifttiderna för filmer med olika glödfärger. Som ett minimum handlar det om 12-15 tusen timmar.

Efter förbättring kommer sådana lysdioder att användas i stor utsträckning i mobiltelefoner, GPS-navigatorer för bilar och fartyg, i nattsevärdheter och enheter för nattjakt och skytte, etc.

Videorecension: jämförelse av QLED, OLED och LCD (IPS).

Tråd

Under 2012-2013ovanliga lysdioder dök upp, som de kallade Filament. I själva verket är dessa COB-matriser i form av långa cylindrar med en diameter på 2-3 och en längd på 15-30 mm. 28-30 blå kristaller varvat med några röda klistras på en glas- eller safircylinder. De är kopplade i seriekedjor, och efter att ha kontrollerat användbarheten fylls de med en gul fosfor.

Denna teknik för tillverkning av filamentmoduler kallas Chip-On-Glass eller COG.

Färdiga COG-matriser placeras på beslag av konventionella glödlampor, installeras i basen och placeras i en glas- eller plastkolv. För att kyla lysdioderna fylls kolven med helium.

Lampeffekt - från 2-3 till 10-12 watt. Ljusflödet motsvarar ljuseffektiviteten hos konventionella lysdioder på 80-100 lm/W.

Resultatet är en eftermonterad LED-glödlampa. Lampan kallas ofta felaktigt för en LED-glödlampa.

Termen retrofit kommer från engelskan. eftermontering - modernisering eller modifiering. Det är nya ljuskällor i höljen med traditionella dimensioner.

Glödlampa LED-lampa i en glödlampa "kula".

Hög effekt glödlampa i en långsträckt glödlampa.

Siffrorna ovan är olika i kraft och tillverkare glödtråd LED-lampor. I en glaskolv med E27-bas fästs filament COL-moduler på filamentbeslagen.

Typ av PCB Star

Förkortningen för lysdioder av denna typ kommer från den engelska frasen Printed Circuit Board. Hans översättning är kretskort.

PCB Star typ diodkort.

PCB Star typ diodkort. Tillverkaren är det amerikanska företaget CREE, XML-diodmodell. Den gula rektangeln är effektdiodens COB-matris.

Skivan är gjord av en metall som leder värme bra, till exempel aluminium. Kortkonfigurationen är en stjärna med 6 strålar.COB LED-arrayen är fabriksmonterad i mitten av stjärnbrädan. Skivan är målad svart för att förbättra den passiva värmeavledning som en kraftfull arbetsljusavgivande enhet genererar.

Kraftfulla lysdioder av PCB Star-typ.

6 "stjärnor" till vänster - dioder med olika kraft och nyanser av vitt ljus. De två nedersta är mer kraftfulla element med stora cirklar av gul fosfor. Till höger finns en kolumn med 4 stycken. – dioder för plan montering på ytan av kuddar på ett kretskort.

Måttritning av en kraftfull plan LED på en stjärnbräda.

Måttritning av en kraftfull plan LED på en stjärnbräda. Strukturens höjd är 6,6 mm, diametern på diodens kropp med plana ledningar är 8 mm, storleken på Star-kortet är 22 mm.

LED COB Matrix

Om flera tiotals blå halvledarkristaller limmas med dielektriskt lim på ett värmeledande substrat av en artificiell safir- eller kiselkristall, sammankopplade med ledare i serieparallella grupper och fyllda med en gul fosfor ovanpå, får vi en LED-modul. Det COB-matris. Förkortningen kommer från den engelska frasen Chip-On-Board. Det översätts som "kristaller på tavlan."

LED rund COB-matris fylld med gul fosfor. Längs "kanten" finns bruna kontaktdynor för anslutning av matnings- och/eller styrkretsar.

COB-matriser använder förpackningslösa LED-chips utan substrat. Boendet är extremt trångt. Denna teknik producerar en betydande del av högeffekts-LED, inklusive hundratals kristaller. En bra fläktkyld kylfläns, ibland med värmerör, gör att du kan uppnå en effekt på 150-200 W eller mer i ett fall.Matrisen ger ett riktat flöde med en spridningsvinkel på 100-150 grader på en nivå av 0,7 från strålningsmaximum.

Typklassificering

Typerna av lysdioder inkluderar:

• enkla lysdioder på ett enda högeffektschip (COB-matris);
• par lysdioder i ett paket - indikatordioder blinkar växelvis i två färger, till exempel rött och gult;
• tripletter eller triader av sändare med tre primärfärger - röd, grön och blå eller RGB: Röd - Röd, Grön - Grön, Blå - Blå.

Tre-chip LED i SMD-paket för PCB utanpåliggande montering.

Om det i en trekristall-LED finns kristaller av samma glödfärg, har vi en superljus LED. Med olika färger av kristalljus får vi en RGB-triad eller en flerfärgskontrollerad ljusemitterande enhet.

SMD är en förkortning för den engelska frasen Surface Mounted Device, en ytmonterad enhet. Används för att automatisera placering och lödning av elektroniska komponenter på kretskort, inkl. och lysdioder. Används i band, linjaler, moduler och konventionella kretskort.

Huvudfärgerna inkluderar också ett par YB-färger - gul, gul och blå, blå. Det finns andra kombinationer av färger som ger vitt när de blandas.

Kraftfulla COB-lysdioder

Stora modeller har monteringshål i väskans hörn. Mindre modeller löds fast på kretskortet.

Förutom de vanliga egenskaperna hos lysdioder lägger kraftfulla modeller till flera ytterligare parametrar:

• märkeffekt, W;
• spånstorlek, mm;
• nominell arbetsström för kristallen eller matrisen;
• livslängd förknippad med standarderna L 70, L80, etc.

Låg effekt LEDs

När det gäller strömförbrukning är dessa lysdioder från 0,05 till 0,5 W, driftsström - 20-60 mA (medeleffekt - 0,5-3 W, ström 0,1-0,7 A, stor - mer än 3 W, ström 1 A och mer) .

Strukturellt inkluderar lågeffekts-LED flera grupper av LED-ljussändare:

• Lysdioder i SMD-fodral är vanliga och superljusa;
• DIP-dioder i cylindriska höljen - för montering i hål i kretskort;
• i piranha-typ fall - för montering i hål.

Lågeffektlysdioder i olika förpackningar.

På bilden är lysdioderna uppifrån och ned:

1. I cylindriska DIP-paket - med flexibla trådledningar för lödning i brädhålen.
2. I fall av piranhatyp är de också Superflux, lödda genom hålen.
3. I fall med plana ledningar för montering på kontaktplattor av en- och tvåsidiga kretskort eller i "brunnar" av flerskiktskort.

Egenskaper för lysdioder

Lysdioder beskrivs av många parametrar. Den viktigaste av dem:

• ljusintensitet och energieffektivitet - Lm och Lm / W;
• divergensvinkeln för ljusflödet vid nivåer av 0,5 eller 0,7, grader - för vanliga från 120 till 140 grader, för indikatormodeller - från 15 till 45 grader;
• ström som förbrukas under drift, W - liten - upp till 0,5, medium - 0,5-3, stor - mer än 3;
• driftström genom dioden, mA eller A;
• färg eller nyans av vitt ljus Färgglad temperatur, grader Kelvin, K - från 2000-2500 K - varmvit och upp till 6500-9500 K - kallvit.

Det finns andra egenskaper, men de används mer sällan. Till exempel är ström-spänningskarakteristiken, I-V-karakteristiken för en lysdiod en kurva av ström genom en korsning kontra den driftsspänning som appliceras på den. Den används i elektriska beräkningar av LED-driftläget.

Mått

Dimensionerna på lysdioden bestäms av dimensionerna på dess hölje.För SMD fall - längd, bredd, tjocklek. De två första värdena är inbäddade i beteckningen, till exempel SMD2835, där två par nummer är 2,8 mm - bredd och 3,5 mm - längd. Tjockleken på höljet måste tas från beskrivningen eller passet för dioden.

Mått SMD3528 och SMD2835. Längst ner till höger är ett grått hörn en nyckel som anger katoden.

För cylindriska DIP-dioder är viktiga egenskaper höljets diameter och dess höjd med en lins. I det här fallet är det nödvändigt att ta hänsyn till längden på trådledningarna och tillverkarens rekommendationer för att böja dem före installation.

Våglängd

En sådan egenskap hos lysdioder som våglängd används mycket sällan. Kallas ofta glödens färg.

Våglängden på diodens glöd mäts i nanometer - nm. Det anges inte alltid i produktens passdata.

Beteckning och färgmärkning

Varje tillverkare har sin egen märkning av lysdioder. Till exempel, i beteckningen av LED - LED-WW-SMD5050, avkodas dess alfabetiska och numeriska element:

• LED - LED;
• WW - glödfärg Varmvit - varmvit 2700-3500 K;
• SMD - ytmonteringspaket;
• 5050 - kroppsmått i tiondels millimeter - 5,0 × 5,0.

Varianter av förkortningar för nyanser av vitt ljus:

• DW - Dag vit - vit dag (4000-5000 K);
• W - Vit, rent vit (6000-8000 K);
• CW eller WC - Cool White - kallvit (8000-10 000 K);
• WSC - White Super Cool - super kall vit, färgtemperatur 15 000 K med en karakteristisk blåaktig nyans;
• NW - Neutral Vit - neutral vit - 5000 K.

Det finns andra beteckningar för lysdioder och färger, systemet har ännu inte blivit helt standardiserat, så tillverkare använder olika numeriska värden för nyanser av vitt ljus.

Grafisk och alfabetisk bild på diagrammet

Anoden, även känd som LED:s plus, visas som en triangel på de elektriska kretsarna. Katod (minus) - ett tvärgående streck.

AL307 LED:s utseende och dess beteckning i ritningarna och diagrammen.

En vanlig förkortning är den latinska förkortningen HL.

LED spänningstabell

För att lysdioden ska ge alla de egenskaper som specificeras av dess design- och tillverkningsteknik under drift, måste den förses med en beräknad strömförsörjning. Till exempel, applicera en spänning på dess anod och katod, som kommer att vara något mer än likspänningen för p-n-övergången. Överspänning bör "släckas" i serie medföljande motstånd. Motståndet kallas ett strömbegränsande motstånd. Det tjänar till att förhindra överskottsström genom p-n-övergången.

Lysdioden har två kontaktledningar - anoden och katoden, katoden är kortare än anoden. Om längden är densamma, då definiera Du kan använda dem med ett fingerbatteri. Är det ljus så har du en anod framför dig.

Tabell. Framspänning för p-n-övergången för den färgade lysdioden.

Läs också: Hur man tar reda på hur många volt en LED

Applicering av lysdioder

Omfattningen av lysdioder utökas ständigt. Till en början användes de som ljusindikatorer i kretsar för att slå på eller använda elektronisk utrustning.Till exempel att slå på sändaren, byta till ökad eller reducerad effekt osv. De kan fixa automatisk aktivering, till exempel när en samtalssignal visas eller för att dra till sig uppmärksamhet. Blinkande eller enfärgade lysdioder användes - röd, gul, grön, blå.

Små och superljusa DIP-lysdioder kopplades i serieparallella kedjor och matades direkt från ett 220 V-nätverk. Genom att placera sådana seriegrupper av dioder i ett transparent flexibelt PVC-rör och fylla dem med ett transparent tätningsmedel fick vi "flexibel neon"- en lysande" turniquet. Det kan läggas längs sidan av poolen, trottoarkanten av stigen, dekorera taket på huset eller ett träd i trädgården.

Använder flexibel neon.

Tillkomsten av flexibla flerskiktskort och SMD-paket för ytmontering har lett till skapandet av flexibla LED-remsor.

Ursprungligen var dessa medel för dekorativ inredning. En ökning av kraften hos SMD-dioder och tätheten av deras placering på kortet gjorde det möjligt att börja använda LED-remsor, först för extra och sedan för huvudbelysning. En ökning av graden av damm- och fuktskydd av banden ledde till att de användes för dekorativ belysning och sedan för huvudbelysningen i gatuförhållanden.

Samtidigt utvecklades LED-lampor för att ersätta glödlampor i lampor - lampetter, ljuskronor och bordslampor. Eftermonterade lampor dök upp - kompletta analoger av glödlampor och lysrör när det gäller form, lampstorlek och matningsspänning. Det gradvisa utbytet av glödlampor med LED-retrofits har börjat. Samtidigt stoppades produktionen av LN - först 100 W eller mer, sedan 75, 60, etc.

Utvecklingen av kraftfulla enstaka lysdioder, särskilt i Emitter- eller PCB Star-paketet, har bidragit till framväxten av ficklampor med inbyggt batteri. Ljusstyrkan och varaktigheten av glöden efter en laddningscykel var flera gånger högre än tidigare modeller.

Utmärkt styrbarhet av lysdioder med elektroniska medel - styrenheter och dimmers - dimmers, tillät användningen av kraftfulla spotlights i ljusdynamisk belysning av gator och torg i städer och städer i alla regioner i landet.

Användning vid dekorativ belysning av byggnader.

LED-remsa typ RGB, RGBW och RGBWW gjorde det möjligt att inte bara få kraftfulla strömmar av vitt ljus, utan också att ändra dess vita nyans över ett brett spektrum från gulaktig varm till blåaktig och blå kall.

Styrbarheten av nya ljuskällor gör det möjligt att använda dem i stor utsträckning i upplyst reklam - "krypande linjer", ljusdisplayer, informationsskärmar etc. Använd dessa ljusa och vita ljuskällor i fasadreklam och på hustak - platta och tredimensionella bokstäver och ritningar, varumärken, varumärkesbilder och mycket mer.

Och alla dessa konstruktioner fungerar mycket längre än sina motsvarigheter på konventionella lampor, kräver nästan inget underhåll och förbrukar många gånger mindre elektricitet. De tekniska egenskaperna hos lysdioder och belysningsutrustning växer ständigt. Kostnaden för lysdioder minskar och applikationen expanderar.