Che cos'è un LED: una descrizione dettagliata delle caratteristiche e dei tipi
I LED sono ovunque: nelle case, nelle auto, nei telefoni. Con il loro aiuto, viene fornita un'illuminazione brillante degli schermi dei gadget, vengono prodotte fonti di illuminazione economiche. Ora sono fonti di luce indispensabili. Considera il dispositivo e le caratteristiche tecniche dei principali tipi di LED.
Cos'è un LED
Un LED (dall'inglese Light Emitting Diode, o LED) è una sorgente elettrica a stato solido di luce artificiale realizzata con materiali semiconduttori a conduttività p e n. Utilizzando diverse tecnologie - deposizione tramite maschere, incisione, deposizione epitassiale, ecc., si ottiene una giunzione p-n.
In un materiale semiconduttore di tipo p, i portatori di corrente sono "buchi" - atomi di un cristallo semiconduttore, in cui, drogando con metalli speciali, creano una carenza di elettroni. In n-materiali, i portatori sono elettroni in eccesso nel cristallo.
Il "buco" è praticamente immobile. Ha una carica positiva uguale alla carica di un elettrone. L'elettrone, "saltando" dall'orbita esterna di un atomo all'orbita esterna di quella vicina, sposta il "buco" nella direzione opposta.
Il principio di funzionamento o cosa si illumina nel LED
Collegando una tensione costante di una certa grandezza e polarità alla giunzione p-n, provocano una corrente elettrica nella giunzione sotto forma di un controflusso di portatori di carica elettrica - "buchi" - "particelle" positive ed elettroni - negativi. Quando questi flussi si incontrano in una giunzione p-n, si ricombinano o si fondono. Un elettrone libero con maggiore energia entra nel "buco" e scompare.
A destra c'è la parte n-semiconduttore del cristallo, "arricchita" con elettroni liberi, a sinistra c'è la parte p-semiconduttore con "particelle" positive - "buchi".
L'energia viene rilasciata sotto forma di quanti di luce. Vengono emessi, cioè emesso dall'estremità del cristallo. Il flusso di quanti colpisce il riflettore. La sua superficie lucida riflette la luce nella giusta direzione. Una speciale configurazione della superficie costituisce il modello direzionale richiesto del flusso luminoso.
La tensione per alimentare la transizione viene applicata "+" - all'anodo del diodo e "-" - al catodo.
Disegno
Il substrato che rimuove il calore è raffigurato in lilla. Trapezi grigi - sezioni di un riflettore-riflettore riflettente di configurazione anulare in alluminio.Al centro blu c'è un chip di cristallo LED con fili d'oro o d'argento collegati saldati ai terminali dell'anodo e del catodo.
Tipi di LED
I LED sono dispositivi abbastanza "giovani". La loro classificazione finale non è ancora stata sviluppata. Pertanto, molti noti produttori utilizzano i propri sistemi di suddivisione.
Secondo uno di essi, i LED sono raggruppati in base al loro scopo come segue:
- Indicatore.
- Illuminazione.
Gli indicatori nel loro gruppo sono suddivisi nei seguenti tipi.
Diodi DIP
L'abbreviazione deriva da Dual In-line Package o "double in-line placement". Solitamente le casse sono cilindriche, ma esistono anche parallelepipedi. All'estremità inferiore sono presenti fili assiali paralleli all'asse principale di simmetria del corpo. L'uscita del catodo è più corta dell'anodo.
La divisione in tipi - in base al diametro della cassa e alla lente all'estremità superiore. Diametri da 2-3 a 20 mm e oltre. Colore bagliore: qualsiasi, diverse sfumature di bianco.
Uno dei tipi - lampeggiante in 2 colori, ha 3 uscite.
Cappello di paglia
La traduzione letterale è un cappello di paglia o bryl. Applicazione ai LED – il corpo è come un cappello con la parte superiore arrotondata.
Sono visibili conduttori di diverse lunghezze, quello corto è il catodo. Sono visibili anche i limitatori di altezza di installazione. Sotto la lente c'è un cristallo con un fosforo giallo.
Super Flusso Piranha
Traduzione diretta - superflusso. Piranha - traduzione in russo - piranha. Il nome del LED era dovuto alle particolarità dei cavi metallici sotto forma di strisce strette. Per semplificare l'installazione nei fori del circuito stampato, gli angoli sono stati tagliati alle estremità dei perni durante la timbratura. È così che si sono rivelati i "denti" affilati di un pesce predatore.
Sull'uscita sono stampigliate le "spalle", limitatori che impostano l'altezza della custodia sopra la scheda. Quindi il case è stato aperto per il raffreddamento ad aria dal basso. I cristalli per il raffreddamento passivo sono stati posizionati sulle estremità superiori dei conduttori.
Inserendo 2 o 3 chip nella custodia, aumentavano il flusso di luce. E il diodo è caduto nel gruppo di quelli super luminosi.
Si può vedere un cristallo "coperto" da una lente e sagomatori di piombo ristretti dell'altezza di installazione.
smd
Abbreviazione di Surface Mounted Device, tradotta dall'inglese - un dispositivo installato sulla superficie. Sembrano custodie rettangolari di plastica o ceramica. Conclusioni: dal basso e dal lato della custodia sotto forma di cuscinetti.
Molto spesso - illuminazione, ma a bassa potenza possono anche essere indicatori. Potenze da mW (milliwatt) a W. Il bagliore è qualsiasi colore o sfumatura di luce bianca.
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OLED
Oltre ai LED a stato solido basati su metalli semiconduttori - silicio, germanio, arseniuro di gallio, ecc., esiste un gruppo di LED su film di composti organici. Sono chiamati LED organici o OLED - Organic Light Emitting Diode.
Inoltre, come i diodi a semiconduttore, emettono luce, ma non con una struttura solida, ma con film sottili. Mentre l'applicazione principale si trova nello sviluppo di display monocolore. Gli svantaggi esistenti delle pellicole OLED a colori sono i diversi tempi di funzionamento per pellicole di diversi colori luminosi. Come minimo, si tratta di circa 12-15 mila ore.
Dopo il miglioramento, tali LED saranno ampiamente utilizzati nei telefoni cellulari, nei navigatori GPS per auto e navi, nei mirini notturni e nei dispositivi per la caccia e il tiro notturno, ecc.
Recensione video: confronto tra QLED, OLED e LCD (IPS).
Filamento
Nel 2012-2013apparvero LED insoliti, che chiamarono Filament. Si tratta infatti di matrici COB a forma di lunghi cilindri con un diametro di 2-3 e una lunghezza di 15-30 mm. 28-30 cristalli blu intervallati da alcuni rossi vengono incollati su un cilindro di vetro o zaffiro. Sono collegati in catene in serie e, dopo aver verificato la funzionalità, vengono riempiti con un fosforo giallo.
Questa tecnologia per la produzione di moduli di filamento è chiamata Chip-On-Glass o COG.
Le matrici COG pronte sono posizionate sui raccordi delle tradizionali lampade a incandescenza, installate nella base e collocate in un pallone di vetro o plastica. Per raffreddare i LED, il pallone viene riempito di elio.
Potenza della lampada - da 2-3 a 10-12 watt. Il flusso luminoso corrisponde all'efficienza luminosa dei LED convenzionali di 80-100 lm/W.
Il risultato è una lampada a incandescenza LED retrofit. La lampada viene spesso erroneamente definita lampada a incandescenza a LED.
Il termine retrofit deriva dall'inglese. retrofit - ammodernamento o modifica. Si tratta di nuove sorgenti luminose in contenitori dalle dimensioni tradizionali.
Le cifre sopra sono diverse per potenza e produttori lampade a filamento LED. In un pallone di vetro con una base E27, i moduli COL a filamento sono fissati ai raccordi a filamento.
Tipo di stella PCB
L'abbreviazione di LED di questo tipo deriva dalla frase inglese Printed Circuit Board. La sua traduzione è circuito stampato.
Scheda a diodi tipo a stella PCB. Il produttore è l'azienda americana CREE, modello diodo XML. Il rettangolo giallo è la matrice COB del diodo di potenza.
La scheda è fatta di un metallo che conduce bene il calore, come l'alluminio. La configurazione della scheda è una stella a 6 raggi.L'array di LED COB è montato in fabbrica al centro della dritta. La scheda è verniciata di nero per migliorare la dissipazione del calore passivo generata da un potente dispositivo di emissione di luce funzionante.
6 "stelle" a sinistra: diodi di diversa potenza e sfumature di luce bianca. Gli ultimi due sono elementi più potenti con grandi cerchi di fosforo giallo. Sulla destra c'è una colonna di 4 pezzi. – diodi per il montaggio planare sulla superficie dei pad su un circuito stampato.
Disegno dimensionale di un potente LED planare su starboard. L'altezza della struttura è di 6,6 mm, il diametro del corpo del diodo con conduttori planari è di 8 mm, la dimensione della scheda Star è di 22 mm.
Matrice LED COB
Se diverse decine di cristalli semiconduttori blu vengono incollati con colla dielettrica su un substrato termoconduttore costituito da uno zaffiro artificiale o un cristallo di silicio, collegati da conduttori in gruppi serie-paralleli e riempiti con un fosforo giallo sulla parte superiore, otteniamo un modulo LED. esso matrice COB. L'abbreviazione deriva dalla frase inglese Chip-On-Board. È tradotto come "cristalli sulla lavagna".
Le matrici COB utilizzano chip chip LED senza pacchetto senza substrati. L'alloggio è estremamente stretto. Questa tecnologia produce una parte significativa di LED ad alta potenza, inclusi centinaia di cristalli. Un buon dissipatore di calore raffreddato a ventola, a volte utilizzando tubi di calore, consente di raggiungere una potenza di 150-200 W o più in un caso.La matrice fornisce un flusso direzionale con un angolo di diffusione di 100-150 gradi a un livello di 0,7 dal massimo di radiazione.
Classificazione del tipo
I tipi di LED includono:
- singoli LED su un singolo chip ad alta potenza (matrice COB);
- coppia di LED in un unico pacchetto - diodi indicatori che lampeggiano alternativamente in due colori, ad esempio rosso e giallo;
- triplette o triadi di emettitori di tre colori primari - rosso, verde e blu o RGB: Rosso - Rosso, Verde - Verde, Blu - Blu.
Se in un LED a tre cristalli ci sono cristalli dello stesso colore luminoso, abbiamo un LED super luminoso. Con diversi colori di luce cristallina, otteniamo una triade RGB o un dispositivo a emissione di luce controllata multicolore.
SMD è l'abbreviazione della frase inglese Surface Mounted Device, un dispositivo a montaggio superficiale. Utilizzato per automatizzare il posizionamento e la saldatura di componenti elettronici su circuiti stampati, incl. e LED. Utilizzato in nastri, righelli, moduli e circuiti stampati convenzionali.
I colori principali includono anche un paio di colori YB: giallo, giallo e blu, blu. Ci sono altre combinazioni di colori che danno il bianco quando mescolati.
LED COB potenti
I modelli grandi hanno fori di montaggio negli angoli della custodia. I modelli più piccoli sono saldati sul circuito stampato.
Oltre alle solite caratteristiche dei LED, i modelli potenti aggiungono diversi parametri aggiuntivi:
- potenza nominale, W;
- dimensione del truciolo, mm;
- corrente di esercizio nominale del cristallo o matrice;
- vita utile associata alle norme L 70, L80, ecc.
LED a bassa potenza
In termini di consumo energetico, si tratta di LED da 0,05 a 0,5 W, corrente di funzionamento - 20-60 mA (potenza media - 0,5-3 W, corrente 0,1-0,7 A, grande - più di 3 W , corrente 1 A e oltre) .
Strutturalmente, i LED a bassa potenza includono diversi gruppi di emettitori di luce a LED:
- I LED nelle custodie SMD sono normali e super luminosi;
- Diodi DIP in custodie cilindriche - per il montaggio in fori nei circuiti stampati;
- in custodie tipo piranha - per il montaggio in fori.
Nella foto, i LED dall'alto verso il basso:
- In pacchetti DIP cilindrici - con fili flessibili per la saldatura nei fori della scheda.
- Nei casi di tipo piranha, sono anche Superflux, saldando attraverso i fori.
- Nei casi con conduttori planari per il montaggio su piazzole di contatto di circuiti stampati mono e bifacciali o in "pozzetti" di schede multistrato.
Caratteristiche dei LED
I LED sono descritti da molti parametri. Il più importante di loro:
- intensità luminosa ed efficienza energetica - Lm e Lm/W;
- l'angolo di divergenza del flusso luminoso a livelli di 0,5 o 0,7 gradi - per quelli ordinari da 120 a 140 gradi, per i modelli di indicatori - da 15 a 45 gradi;
- potenza consumata durante il funzionamento, W - piccola - fino a 0,5, media - 0,5-3, grande - più di 3;
- corrente di esercizio attraverso il diodo, mA o A;
- colore o sfumatura di luce bianca Temperatura colorata, gradi Kelvin, K - da 2000-2500 K - bianco caldo e fino a 6500-9500 K - bianco freddo.
Ci sono altre caratteristiche, ma sono usate meno frequentemente. Ad esempio, la caratteristica corrente-tensione, caratteristica I-V di un LED è una curva di corrente attraverso una giunzione rispetto alla tensione operativa applicata ad esso. Viene utilizzato nei calcoli elettrici della modalità di funzionamento del LED.
Dimensioni
Le dimensioni del LED sono determinate dalle dimensioni del suo alloggiamento.Per custodie SMD: lunghezza, larghezza, spessore. I primi due valori sono incorporati nella designazione, ad esempio SMD2835, dove due coppie di numeri sono 2,8 mm - larghezza e 3,5 mm - lunghezza. Lo spessore della custodia deve essere ricavato dalla descrizione o dal passaporto del diodo.
Per i diodi DIP cilindrici, caratteristiche importanti sono il diametro della custodia e la sua altezza con una lente. In questo caso, è necessario tenere conto della lunghezza dei cavi e delle raccomandazioni del produttore per piegarli prima dell'installazione.
Lunghezza d'onda
Una caratteristica dei LED come la lunghezza d'onda viene utilizzata molto raramente. Spesso chiamato il colore del bagliore.
| Tonalità di colore | Lunghezza d'onda, nm |
|---|---|
| infrarossi (invisibili) | 760-880 |
| rosso | 620-760 |
| Arancia | 585-620 |
| giallo | 575-585 |
| giallo verde | 555-575 |
| verde | 510-555 |
| blu | 480-510 |
| blu | 450-480 |
| Viola | 390-450 |
| UV (invisibile) | 10-390 |
La lunghezza d'onda del bagliore del diodo è misurata in nanometri - nm. Non è sempre indicato nei dati del passaporto del prodotto.
Designazione e marcatura a colori
Ogni produttore ha la propria marcatura di LED. Ad esempio, nella designazione del LED - LED-WW-SMD5050, i suoi elementi alfabetici e numerici sono decodificati:
- LED - LED;
- WW - colore bagliore Warm White - bianco caldo 2700-3500 K;
- SMD - pacchetto a montaggio superficiale;
- 5050 - dimensioni del corpo in decimi di millimetro - 5,0 × 5,0.
Varianti delle abbreviazioni per sfumature di luce bianca:
- DW - Day White - giorno bianco (4000-5000 K);
- W - Bianco, bianco puro (6000-8000 K);
- CW o WC - Cool White - bianco freddo (8000-10 000 K);
- WSC - White Super Cool - bianco super freddo, temperatura di colore 15.000 K con una caratteristica sfumatura bluastra;
- NW - Neutral White - bianco neutro - 5000 K.
Esistono altre designazioni per LED e colori, il sistema non è stato ancora completamente standardizzato, quindi i produttori utilizzano valori numerici e nomi diversi per le sfumature di luce bianca.
Immagine grafica e alfabetica sul diagramma
L'anodo, noto anche come il plus del LED, è mostrato come un triangolo sui circuiti elettrici. Cathode (meno) - un trattino trasversale.
Tabella della tensione del LED
Affinché il LED fornisca durante il funzionamento tutte le caratteristiche specificate dalla sua tecnologia di progettazione e produzione, deve essere dotato di un'alimentazione calcolata. Ad esempio, applicare una tensione al suo anodo e catodo, che sarà leggermente superiore alla tensione continua della giunzione p-n. La tensione in eccesso dovrebbe essere "spenta" in serie resistenza inclusa. Il resistore è chiamato resistore limitatore di corrente. Serve a prevenire un eccesso di corrente attraverso la giunzione p-n.
Il LED ha due conduttori di contatto: l'anodo e il catodo, il catodo è più corto dell'anodo. Se la lunghezza è la stessa, allora definire Puoi usarli con una batteria a dito. Se c'è luce, allora hai un anodo di fronte a te.
Tavolo. Tensione diretta della giunzione p-n del LED colorato.
| Colore brillante | Tensione di esercizio, continua, V |
|---|---|
| bianca | 3,5 |
| rosso | 1,63–2,03 |
| Arancia | 2,03–2,1 |
| giallo | 2,1–2,18 |
| verde | 1,9–4,0 |
| blu | 2,48–3,7 |
| Viola | 2,76–4 |
| infrarossi | fino a 1,9 |
| UV | 3,1–4,4 |
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Applicazione dei LED
La portata dei LED è in continua espansione. Inizialmente, sono stati utilizzati come indicatori luminosi nei circuiti per l'accensione o il funzionamento di apparecchiature elettroniche.Ad esempio, accendere il trasmettitore, passare a potenza aumentata o ridotta, ecc. Potrebbero correggere l'attivazione automatica, ad esempio, quando appare un segnale di chiamata o per attirare l'attenzione. Sono stati utilizzati LED lampeggianti o monocolore: rosso, giallo, verde, blu.
LED DIP super luminosi di piccole dimensioni sono stati collegati in catene serie-parallele e alimentati direttamente da una rete a 220 V. Posizionando tali gruppi di diodi in serie in un tubo in PVC flessibile trasparente e riempiendoli con un sigillante trasparente, abbiamo ottenuto "neon flessibile"- un laccio emostatico luminoso". Può essere posato lungo il bordo della piscina, il cordolo del vialetto, decorare il tetto della casa o un albero in giardino.
L'avvento delle schede multistrato flessibili e dei pacchetti SMD per il montaggio in superficie ha portato alla creazione di schede flessibili Strisce LED.
Inizialmente, questi erano mezzi di decorazione d'interni decorativa. Un aumento della potenza dei diodi SMD e la densità del loro posizionamento sulla scheda hanno permesso di iniziare a utilizzare le strisce LED, prima per l'illuminazione ausiliaria e poi per l'illuminazione principale. Un aumento del grado di protezione da polvere e umidità dei nastri ha portato al loro utilizzo per l'illuminazione decorativa e quindi per l'illuminazione principale in condizioni stradali.
Allo stesso tempo, le lampade a LED venivano sviluppate per sostituire le lampade a incandescenza nelle lampade: applique, lampadari e lampade da tavolo. Sono apparse le lampade di retrofit: analoghi completi delle lampade a incandescenza e dei tubi fluorescenti in termini di forma, dimensione della lampadina e tensione di alimentazione. È iniziata la graduale sostituzione delle lampade ad incandescenza con retrofit a LED. Allo stesso tempo, la produzione di LN è stata interrotta: prima 100 W o più, poi 75, 60, ecc.
Lo sviluppo di potenti LED singoli, in particolare nel pacchetto Emitter o PCB Star, ha contribuito alla nascita di torce elettriche con batteria integrata. La luminosità e la durata del bagliore dopo un ciclo di carica erano diverse volte superiori rispetto ai modelli precedenti.
Eccellente controllabilità dei LED con mezzi elettronici - controller e dimmer - dimmer, hanno consentito l'utilizzo di potenti faretti nell'illuminazione luce-dinamica di strade e piazze di città e paesi in qualsiasi regione del Paese.
Tipo di striscia LED RGB, RGBW e RGBWW ha permesso non solo di ottenere potenti flussi di luce bianca, ma anche di cambiare la sua tonalità bianca in un'ampia gamma da caldo giallastro a bluastro e blu freddo.
La controllabilità di nuove sorgenti luminose ne consente un ampio utilizzo nella pubblicità illuminata: "linee striscianti", display luminosi, schermi informativi, ecc. Usa queste luminose sorgenti luminose colorate e bianche nella pubblicità di facciate e sui tetti: lettere e disegni piatti e tridimensionali, nomi di marchi, immagini di marchi e molto altro.
E tutti questi design funzionano molto più a lungo delle loro controparti sulle lampade convenzionali, non richiedono quasi nessuna manutenzione e consumano molte volte meno elettricità. Le caratteristiche tecniche dei LED e degli apparecchi di illuminazione sono in continua crescita. Il costo dei LED sta diminuendo e l'applicazione si sta espandendo.
