Kas yra šviesos diodas - išsamus charakteristikų ir tipų aprašymas

Šviesos diodai yra visur: namuose, automobiliuose, telefonuose. Jų pagalba užtikrinamas ryškus programėlių ekranų apšvietimas, gaminami ekonomiški apšvietimo šaltiniai. Dabar jie yra nepakeičiami šviesos šaltiniai. Apsvarstykite pagrindinių šviesos diodų tipų įrenginį ir technines charakteristikas.

Kas yra LED

Šviesos diodas (iš angliško Light Emitting Diode arba LED) yra kietojo kūno elektrinis dirbtinės šviesos šaltinis, pagamintas iš p ir n laidumo puslaidininkių medžiagų. Naudojant kelias technologijas – nusodinimą per kaukes, ėsdinimą, epitaksinį nusodinimą ir kt., gaunama p-n sandūra.

P tipo puslaidininkinėje medžiagoje srovės nešėjai yra „skylės“ – puslaidininkinio kristalo atomai, kuriuose, legiruodami specialiais metalais, sukuria elektronų trūkumą. N-medžiagose nešikliai yra elektronų perteklius kristale.

„Skylė“ praktiškai nejuda. Jis turi teigiamą krūvį, lygų elektrono krūviui. Elektronas, „šokdamas“ iš vieno atomo išorinės orbitos į išorinę kaimyninio, perkelia „skylę“ priešinga kryptimi.

Veikimo principas arba kas šviečia LED

Prie p-n sandūros prijungus pastovią tam tikro dydžio ir poliškumo įtampą, jie sandūroje sukelia elektros srovę priešpriešinio elektros krūvininkų srauto - „skylių“ – teigiamų „dalelių“ ir elektronų – neigiamo pavidalu. Kai šie srautai susitinka p-n sandūroje, jie rekombinuoja arba susilieja. Laisvas elektronas su padidinta energija patenka į „skylę“, ir jis išnyksta.

Šviesos diodo schema.

Dešinėje yra n-puslaidininkinė kristalo dalis, „prisodrinta“ laisvaisiais elektronais, kairėje – p-puslaidininkinė dalis su teigiamomis „dalelėmis“ – „skylėmis“.

Energija išsiskiria šviesos kvantų pavidalu. Jie išmetami, t.y. sklinda iš kristalo galo. Kvantų srautas patenka į reflektorių. Jo poliruotas paviršius atspindi šviesą reikiama kryptimi. Speciali paviršiaus konfigūracija suformuoja reikiamą šviesos srauto krypties modelį.

Šviesos gavimo p-n sandūroje schema.

Įtampa perėjimui maitinti taikoma "+" - diodo anodui, o "-" - katodui.

Dizainas

Šviesos diodo įtaisas vertikalioje dalyje.

Šilumą šalinantis substratas pavaizduotas alyvine spalva. Pilkos trapecijos - žiedinės konfigūracijos atspindinčio atšvaito-reflektorius, pagamintos iš aliuminio, sekcijos.Mėlyname centre yra LED lustas-kristalas su prijungtais auksiniais arba sidabriniais laidais, prilituotais prie anodo ir katodo gnybtų.

Šviesos diodų tipai

Šviesos diodai yra gana „jauni“ įrenginiai. Galutinė jų klasifikacija dar nesukurta. Todėl daugelis žinomų gamintojų naudoja savo padalinimo sistemas.

Pagal vieną iš jų šviesos diodai pagal paskirtį sugrupuojami taip:

1. Rodiklis.
2. Apšvietimas.

Jų grupės rodikliai skirstomi į šiuos tipus.

DIP diodai

Santrumpa yra kilusi iš Dual In-line Package arba "dviguba talpinimas eilutėje". Dažniausiai korpusai yra cilindriniai, tačiau yra ir gretasienių. Apatiniame gale yra laidiniai ašiniai laidai, lygiagrečiai pagrindinei korpuso simetrijos ašiai. Katodo išėjimas yra trumpesnis nei anodo.

DIP LED virš PCB vaizdas, matomas litavimas į metalizuotas skylutes.

Skirstymas į tipus - pagal korpuso skersmenį ir objektyvą viršutiniame gale. Skersmuo nuo 2-3 iki 20 mm ir daugiau. Švytėjimo spalva – bet kokia, keli balti atspalviai.

Vienas iš tipų - mirksi 2 spalvomis, turi 3 išėjimus.

Šiaudinė skrybelė

Pažodinis vertimas yra šiaudinė skrybėlė arba bryl. Taikymas šviesos diodams – kūnas yra kaip skrybėlė su užapvalinta viršutine dalimi.

DIP šviesos diodo variantas, vadinamas „Straw Hat“ arba „Straw Hat“.

Matomi įvairaus ilgio laidai, trumpasis – katodas. Taip pat matomi montavimo aukščio ribotuvai. Po objektyvu yra kristalas su geltonu fosforu.

Super Flux Piranha

Tiesioginis vertimas - superflow. Piranha - vertimas į rusų kalbą - piranha. Šviesos diodo pavadinimą lėmė siaurų juostelių pavidalo metalinių laidų ypatumai. Siekiant supaprastinti montavimą spausdintinės plokštės skylėse, štampavimo metu kaiščių galuose buvo nupjauti kampai. Taip pasirodė aštrūs plėšrios žuvies „dantys“.

Išvestyje yra antspauduoti „pečiai“ - ribotuvai, nustatantys korpuso aukštį virš lentos. Taigi dėklas buvo atidarytas oro aušinimui iš apačios. Pasyviojo aušinimo kristalai buvo dedami ant viršutinių laidų galų.

Į dėklą įdėjus 2 ar 3 lustus, jie padidino šviesos srautą. Ir diodas pateko į itin ryškių grupę.

LED tipo "piranha" skaidriame dėkle.

Matosi lęšiu „uždengtas“ kristalas ir susiaurėję montavimo aukščio laidai-formuotojai.

smd

Surface Mounted Device santrumpa, išvertus iš anglų kalbos – ant paviršiaus sumontuotas įrenginys. Jie atrodo kaip stačiakampiai dėklai iš plastiko ar keramikos. Išvados - iš apačios ir korpuso šono pagalvėlių pavidalu.

Dažniausiai - apšvietimas, tačiau esant mažai galiai jie taip pat gali būti indikatoriai. Galia nuo mW (milivatų) iki W. Švytėjimas yra bet kokios spalvos ar atspalvio baltos šviesos.

Taip pat skaitykite: SMD šviesos diodų charakteristikos

OLED

Be kietojo kūno šviesos diodų, kurių pagrindą sudaro puslaidininkiniai metalai - silicis, germanis, galio arsenidas ir kt., Yra ir grupė šviesos diodų ant organinių junginių plėvelių. Jie vadinami organiniais arba OLED šviesos diodais – Organic Light Emitting Diode.

Jie taip pat, kaip ir puslaidininkiniai diodai, skleidžia šviesą, bet ne vientisos struktūros, o plonomis plėvelėmis. Nors pagrindinė taikymas yra vienspalvių ekranų kūrimas. Esami spalvotų OLED plėvelių trūkumai – skirtingas skirtingų švytėjimo spalvų plėvelių veikimo laikas. Mažiausiai tai yra apie 12–15 tūkstančių valandų.

Po tobulinimo tokie šviesos diodai bus plačiai naudojami mobiliuosiuose telefonuose, automobilių ir laivų GPS navigatoriuose, naktiniuose taikikliuose ir naktinės medžioklės bei šaudymo įrenginiuose ir kt.

Vaizdo įrašo apžvalga: QLED, OLED ir LCD (IPS) palyginimas.

Gijų siūlas

2012-2013 metaispasirodė neįprasti šviesos diodai, kuriuos jie pavadino Filamentu. Tiesą sakant, tai yra ilgų cilindrų pavidalo COB matricos, kurių skersmuo yra 2–3, o ilgis 15–30 mm. Ant stiklo arba safyro cilindro įklijuojama 28-30 mėlynų kristalų, tarp kurių yra keletas raudonų kristalų. Jie sujungiami nuosekliomis grandinėmis, o patikrinus tinkamumą naudoti, užpildomi geltonu fosforu.

Ši gijų modulių gamybos technologija vadinama Chip-On-Glass arba COG.

Paruoštos COG matricos dedamos ant įprastų kaitinamųjų lempų jungiamųjų detalių, įmontuojamos į pagrindą ir dedamos į stiklinę arba plastikinę kolbą. Šviesos diodams aušinti kolba pripildoma helio.

Lempos galia - nuo 2-3 iki 10-12 vatų. Šviesos srautas atitinka įprastų šviesos diodų šviesos efektyvumą 80-100 lm/W.

Rezultatas – modifikuota LED kaitrinė lempa. Lempa dažnai neteisingai vadinama LED kaitinama lempa.

Terminas „remontas“ kilęs iš anglų kalbos. modernizavimas – modernizavimas arba modifikavimas. Tai nauji šviesos šaltiniai tradicinių matmenų korpusuose.

Kaitrinė LED lempa lemputės "rutulyje".

Didelės galios kaitrinė lempa pailgoje lemputėje.

Aukščiau pateikti skaičiai skiriasi galia ir gamintojais kaitinamosios LED lempos. Stiklinėje kolboje su E27 pagrindu prie kaitinamųjų siūlų jungiamųjų detalių tvirtinami kaitinimo COL moduliai.

PCB žvaigždės rūšis

Šio tipo šviesos diodų santrumpa yra kilusi iš angliškos frazės Printed Circuit Board. Jo vertimas yra spausdintinė plokštė.

PCB Star tipo diodinė plokštė.

PCB Star tipo diodinė plokštė. Gamintojas yra amerikiečių kompanija CREE, XML diodų modelis. Geltonas stačiakampis yra galios diodo COB matrica.

Plokštė pagaminta iš metalo, kuris gerai praleidžia šilumą, pavyzdžiui, aliuminio. Plokštės konfigūracija yra 6 spindulių žvaigždė.COB LED masyvas gamykloje sumontuotas žvaigždės lentos centre. Plokštė nudažyta juodai, kad padidintų pasyvų šilumos išsklaidymą, kurį sukuria galingas darbinis šviesą skleidžiantis įrenginys.

Galingi PCB Star tipo šviesos diodai.

6 „žvaigždės“ kairėje – skirtingos galios ir baltos šviesos atspalvių diodai. Du apatiniai yra galingesni elementai su dideliais geltono fosforo apskritimais. Dešinėje yra 4 dalių stulpelis. – diodai, skirti plokštuminiam tvirtinimui ant trinkelių paviršiaus ant spausdintinės plokštės.

Galingo plokštuminio šviesos diodo matmenų brėžinys žvaigždės lentoje.

Galingo plokštuminio šviesos diodo matmenų brėžinys žvaigždės lentoje. Konstrukcijos aukštis 6,6 mm, diodo korpuso skersmuo su plokščiais laidais 8 mm, Star lentos dydis 22 mm.

LED COB matrica

Jei ant šilumai laidžio pagrindo, pagaminto iš dirbtinio safyro ar silicio kristalo, dielektriniais klijais priklijuojame kelias dešimtis mėlynų puslaidininkių kristalų, sujungiamų laidininkais į nuoseklias lygiagrečias grupes ir viršuje užpildžius geltonu fosforu, gauname LED modulį. tai COB matrica. Santrumpa yra kilusi iš angliškos frazės Chip-On-Board. Tai išversta kaip „kristalai lentoje“.

LED apvali COB matrica, užpildyta geltonu fosforu. Išilgai „ratlankio“ yra rudos kontaktinės trinkelės maitinimo ir (arba) valdymo grandinėms prijungti.

COB matricose naudojami be paketų LED lustai be substratų. Nakvynė labai ankšta. Ši technologija gamina didelę dalį didelės galios šviesos diodų, įskaitant šimtus kristalų. Geras ventiliatoriumi aušinamas aušintuvas, kartais naudojant šilumos vamzdžius, vienu atveju leidžia pasiekti 150-200 W ar didesnę galią.Matrica suteikia kryptinį srautą, kurio sklaidos kampas yra 100–150 laipsnių 0,7 lygyje nuo spinduliuotės maksimumo.

Tipų klasifikacija

Šviesos diodų tipai apima:

• pavieniai šviesos diodai viename didelės galios luste (COB matrica);
• šviesos diodų pora vienoje pakuotėje - indikatoriniai diodai, pakaitomis mirksintys dviem spalvomis, pavyzdžiui, raudona ir geltona;
• trijų pagrindinių spalvų spindulių trynukai arba triados - raudona, žalia ir mėlyna arba RGB: raudona - raudona, žalia - žalia, mėlyna - mėlyna.

Trijų lustų šviesos diodas SMD pakuotėje, skirtas PCB paviršiaus montavimui.

Jei trijų kristalų šviesos dioduose yra tos pačios spalvos kristalų, mes turime ypač ryškų šviesos diodą. Su skirtingų spalvų krištolo šviesa gauname RGB triadą arba daugiaspalvį valdomą šviesą skleidžiantį įrenginį.

SMD yra angliškos frazės Surface Mounted Device, paviršinio montavimo įrenginys, santrumpa. Naudojamas elektroninių komponentų išdėstymui ir litavimui ant spausdintinių plokščių, įskaitant. ir šviesos diodai. Naudojama juostose, liniuotėse, moduliuose ir įprastose spausdintinėse plokštėse.

Pagrindinės spalvos taip pat apima YB spalvų porą - geltoną, geltoną ir mėlyną, mėlyną. Yra ir kitų spalvų derinių, kurie sumaišius suteikia baltą spalvą.

Galingi COB šviesos diodai

Dideli modeliai turi tvirtinimo angas korpuso kampuose. Mažesni modeliai yra lituojami ant spausdintinės plokštės.

Be įprastų šviesos diodų charakteristikų, galingi modeliai prideda keletą papildomų parametrų:

• vardinė galia, W;
• drožlių dydis, mm;
• vardinė kristalo ar matricos darbinė srovė;
• tarnavimo laikas, susijęs su standartais L 70, L80 ir kt.

Mažos galios šviesos diodai

Kalbant apie energijos suvartojimą, tai yra šviesos diodai nuo 0,05 iki 0,5 W, darbinė srovė - 20-60 mA (vidutinė galia - 0,5-3 W, srovė 0,1-0,7 A, dideli - daugiau nei 3 W, srovė 1 A ir daugiau) .

Struktūriškai mažos galios šviesos diodai apima kelias LED šviesos spindulių grupes:

• Šviesos diodai SMD korpusuose yra įprasti ir itin ryškūs;
• DIP diodai cilindriniuose korpusuose - montuoti į skylutes spausdintinėse plokštėse;
• piranha tipo dėkluose - tvirtinimui skylėse.

Mažos galios šviesos diodai skirtingose ​​pakuotėse.

Nuotraukoje šviesos diodai iš viršaus į apačią:

1. Cilindrinėse DIP pakuotėse - su lanksčiais vielos laidais litavimui į plokštės angas.
2. Piranha tipo korpusuose jie taip pat yra Superflux, lituojant per skylutes.
3. Tais atvejais, kai yra plokščių laidų, skirtų montuoti ant vienpusių ir dvipusių spausdintinių plokščių kontaktinių trinkelių arba daugiasluoksnių plokščių „šulinėlių“.

Šviesos diodų charakteristikos

Šviesos diodai apibūdinami daugeliu parametrų. Svarbiausi iš jų:

• šviesos intensyvumas ir energijos vartojimo efektyvumas - Lm ir Lm / W;
• šviesos srauto nuokrypio kampas esant 0,5 arba 0,7 lygiams, laipsniai - įprastiems nuo 120 iki 140 laipsnių, indikatoriniams modeliams - nuo 15 iki 45 laipsnių;
• veikimo metu sunaudota galia, W - mažas - iki 0,5, vidutinis - 0,5-3, didelis - daugiau nei 3;
• darbinė srovė per diodą, mA arba A;
• baltos šviesos spalva arba atspalvis Spalvinga temperatūra, Kelvino laipsniai, K - nuo 2000-2500 K - šilta balta ir iki 6500-9500 K - šalta balta.

Yra ir kitų savybių, tačiau jos naudojamos rečiau. Pavyzdžiui, šviesos diodo srovės ir įtampos charakteristika, I-V charakteristika yra srovės kreivė per sankryžą, palyginti su jai taikoma darbine įtampa. Jis naudojamas elektriniams LED veikimo režimo skaičiavimams.

Matmenys

Šviesos diodo matmenis lemia jo korpuso matmenys.SMD korpusams - ilgis, plotis, storis. Pirmosios dvi reikšmės yra įterptos į žymėjimą, pavyzdžiui, SMD2835, kur dvi skaičių poros yra 2,8 mm - plotis ir 3,5 mm - ilgis. Korpuso storis turi būti paimtas iš diodo aprašymo arba paso.

Matmenys SMD3528 ir SMD2835. Apatiniame dešiniajame kampe pilkas kampas yra raktas, žymintis katodą.

Cilindriniams DIP diodams svarbios charakteristikos yra korpuso skersmuo ir jo aukštis su objektyvu. Tokiu atveju prieš montuojant būtina atsižvelgti į laidų laidų ilgį ir gamintojo rekomendacijas dėl jų lenkimo.

Bangos ilgis

Tokia šviesos diodų savybė kaip bangos ilgis naudojama labai retai. Dažnai vadinama švytėjimo spalva.

Diodo švytėjimo bangos ilgis matuojamas nanometrais – nm. Tai ne visada nurodoma gaminio paso duomenyse.

Pavadinimas ir spalvų žymėjimas

Kiekvienas gamintojas turi savo LED ženklinimą. Pavyzdžiui, ženklinant šviesos diodą - LED-WW-SMD5050, jo raidiniai ir skaitmeniniai elementai yra iššifruoti:

• LED - LED;
• WW - švytėjimo spalva Warm White - šilta balta 2700-3500 K;
• SMD - paviršiaus montavimo paketas;
• 5050 - korpuso matmenys milimetro dešimtosiomis dalimis - 5,0 × 5,0.

Baltos šviesos atspalvių santrumpų variantai:

• DW - Day White - balta diena (4000-5000 K);
• W - Balta, gryna balta (6000-8000 K);
• CW arba WC - Cool White - šaltai balta (8000-10 000 K);
• WSC – White Super Cool – itin šaltai balta, spalvos temperatūra 15 000 K su būdingu melsvu atspalviu;
• NW – Neutrali balta – neutrali balta – 5000 K.

Yra ir kitų šviesos diodų ir spalvų pavadinimų, sistema dar nėra visiškai standartizuota, todėl gamintojai baltos šviesos atspalviams naudoja skirtingas skaitines reikšmes ir pavadinimus.

Grafinis ir abėcėlinis vaizdas diagramoje

Anodas, taip pat žinomas kaip šviesos diodo pliusas, elektros grandinėse rodomas kaip trikampis. Katodas (minusas) - skersinis brūkšnys.

AL307 šviesos diodo išvaizda ir jo žymėjimas brėžiniuose ir diagramose.

Dažniausiai vartojama santrumpa yra lotyniška santrumpa HL.

LED įtampos lentelė

Kad šviesos diodas eksploatacijos metu suteiktų visas charakteristikas, nurodytas jo projektavimo ir gamybos technologijos, jam reikia aprūpinti skaičiuojamu maitinimo šaltiniu. Pavyzdžiui, jo anodui ir katodui pritaikykite įtampą, kuri bus šiek tiek didesnė už p-n jungties nuolatinę įtampą. Perteklinė įtampa turėtų būti „gesinama“ nuosekliai įtrauktas rezistorius. Rezistorius vadinamas srovės ribojimo rezistorius. Jis skirtas apsaugoti nuo perteklinės srovės per p-n sandūrą.

Šviesos diodas turi du kontaktinius laidus - anodą ir katodą, katodas yra trumpesnis nei anodas. Jei ilgis vienodas, tada apibrėžti Galite juos naudoti su piršto baterija. Jei yra šviesa, tada priešais jus yra anodas.

Lentelė. Spalvoto šviesos diodo p-n sandūros tiesioginė įtampa.

Taip pat skaitykite: Kaip sužinoti, kiek voltų yra šviesos diodas

Šviesos diodų taikymas

Šviesos diodų spektras nuolat plečiasi. Iš pradžių jie buvo naudojami kaip šviesos indikatoriai grandinėse, skirtose įjungti ar valdyti elektroninę įrangą.Pavyzdžiui, siųstuvo įjungimas, padidintos ar sumažintos galios perjungimas ir pan. Jie gali pataisyti automatinį aktyvavimą, pavyzdžiui, pasirodžius skambučio signalui arba norint patraukti dėmesį. Buvo naudojami mirksintys arba vienspalviai šviesos diodai – raudona, geltona, žalia, mėlyna.

Mažo dydžio itin ryškūs DIP šviesos diodai buvo sujungti nuosekliomis lygiagrečiomis grandinėmis ir maitinami tiesiai iš 220 V tinklo. Tokias serijines diodų grupes įdėję į skaidrų lankstų PVC vamzdelį ir užpildę permatomu sandarikliu, gavome "lankstus neonas"- šviečiantis" turniketas. Galima kloti palei baseino šoną, tako bordiūrą, papuošti namo stogą ar medį sode.

Naudojant lankstų neoną.

Lanksčių daugiasluoksnių plokščių ir SMD paketų, skirtų montuoti ant paviršiaus, atsiradimas paskatino sukurti lanksčias LED juostos.

Iš pradžių tai buvo dekoratyvinės vidaus apdailos priemonės. Padidėjusi SMD diodų galia ir jų išdėstymo ant plokštės tankis leido pradėti naudoti LED juosteles pirmiausia pagalbiniam, o paskui pagrindiniam apšvietimui. Padidėjus juostų apsaugos nuo dulkių ir drėgmės laipsniui, jos buvo naudojamos dekoratyviniam apšvietimui, o vėliau - pagrindiniam apšvietimui gatvės sąlygomis.

Tuo pat metu buvo kuriamos LED lempos, kurios pakeistų kaitrines lempas lempose – šviestuvuose, sietynuose ir stalinėse lempose. Atsirado modernizuotos lempos – pilni kaitinamųjų lempų ir liuminescencinių lempų analogai pagal formą, lemputės dydį ir maitinimo įtampą. Pradėtas laipsniškas kaitrinių lempų keitimas LED modifikacijomis. Tuo pačiu metu buvo sustabdyta LN gamyba - iš pradžių 100 W ar daugiau, vėliau 75, 60 ir kt.

Galingų pavienių šviesos diodų kūrimas, ypač „Emitter“ arba „PCB Star“ pakete, prisidėjo prie žibintuvėlių su įmontuota baterija atsiradimo. Švytėjimo ryškumas ir trukmė po vieno įkrovimo ciklo buvo kelis kartus didesnis nei ankstesniuose modeliuose.

Puikus šviesos diodų valdymas elektroninėmis priemonėmis – valdikliais ir reguliatoriai - dimmeriai, leido naudoti galingus prožektorius dinamiškai apšviečiant miestų ir miestelių gatves ir aikštes bet kuriame šalies regione.

Taikymas dekoratyviniame pastatų apšvietime.

LED juostos tipas RGB, RGBW ir RGBWW leido ne tik gauti galingus baltos šviesos srautus, bet ir plačiame diapazone pakeisti baltą jos atspalvį nuo gelsvai šilto iki melsvo ir mėlyno šalto.

Naujų šviesos šaltinių valdymas leidžia plačiai juos panaudoti šviečiančioje reklamoje – „šliaužiančiose linijose“, šviesos ekranuose, informaciniuose ekranuose ir kt. Naudokite šiuos ryškiaspalvius ir baltus šviesos šaltinius fasadų reklamoje ir ant stogų – plokščias ir erdvines raides bei piešinius, prekių pavadinimus, prekių ženklų vaizdus ir dar daugiau.

Ir visos šios konstrukcijos veikia daug ilgiau nei jų analogai su įprastomis lempomis, beveik nereikalaujantys priežiūros ir sunaudojantys daug kartų mažiau elektros energijos. Šviesos diodų ir apšvietimo įrangos techninės charakteristikos nuolat auga. Šviesos diodų kaina mažėja, o pritaikymas plečiasi.