Wat is een LED - een gedetailleerde beschrijving van de kenmerken en typen

LED's zijn overal: in huizen, auto's, telefoons. Met hun hulp wordt een heldere verlichting van gadgetschermen geboden, worden economische verlichtingsbronnen geproduceerd. Nu zijn het onmisbare lichtbronnen. Overweeg het apparaat en de technische kenmerken van de belangrijkste soorten LED's.

Wat is een LED

Een LED (van het Engelse Light Emitting Diode, of LED) is een vaste-stof elektrische bron van kunstlicht gemaakt van p- en n-geleidende halfgeleidermaterialen. Met behulp van verschillende technologieën - afzetting door maskers, etsen, epitaxiale afzetting, enz., wordt een pn-overgang verkregen.

In een p-type halfgeleidermateriaal zijn stroomdragers "gaten" - atomen van een halfgeleiderkristal, waarin ze door dotering met speciale metalen een tekort aan elektronen creëren. In n-materialen zijn de dragers overtollige elektronen in het kristal.

Het "gat" is vrijwel onbeweeglijk. Het heeft een positieve lading die gelijk is aan de lading van een elektron. Het elektron, dat van de buitenste baan van het ene atoom "springt" naar de buitenste baan van het naburige atoom, beweegt het "gat" in de tegenovergestelde richting.

Het werkingsprincipe of wat er oplicht in de LED

Door een constante spanning van een bepaalde grootte en polariteit aan te sluiten op de pn-overgang, veroorzaken ze een elektrische stroom in de junctie in de vorm van een tegenstroom van elektrische ladingsdragers - "gaten" - positieve "deeltjes" en elektronen - negatief. Wanneer deze stromen elkaar ontmoeten in een pn-overgang, recombineren of versmelten ze. Een vrij elektron met verhoogde energie komt het "gat" binnen en verdwijnt.

Schema van de LED.

Aan de rechterkant is het n-halfgeleidergedeelte van het kristal, "verrijkt" met vrije elektronen, aan de linkerkant is het p-halfgeleidergedeelte met positieve "deeltjes" - "gaten".

Energie komt vrij in de vorm van lichtquanta. Ze worden uitgestoten, d.w.z. uitgezonden vanaf het einde van het kristal. De flux van quanta raakt de reflector. Het gepolijste oppervlak reflecteert het licht in de juiste richting. Een speciale oppervlakteconfiguratie vormt het vereiste richtingspatroon van de lichtstroom.

Schema voor het verkrijgen van licht in een pn-overgang.

De spanning om de overgang van stroom te voorzien, wordt "+" - toegepast op de anode van de diode en "-" - op de kathode.

Ontwerp

Het apparaat van de LED in een verticale sectie.

Het warmteafvoerende substraat is afgebeeld in lila. Grijze trapeziums - secties van een reflecterende reflector-reflector van een ringvormige configuratie gemaakt van aluminium.In het blauwe midden bevindt zich een LED-chipkristal met verbonden gouden of zilveren draden die aan de anode- en kathode-aansluitingen zijn gesoldeerd.

Soorten LED's

LED's zijn vrij "jonge" apparaten. Hun definitieve classificatie is nog niet ontwikkeld. Daarom gebruiken veel bekende fabrikanten hun eigen onderverdelingssystemen.

Volgens een van hen zijn de LED's als volgt gegroepeerd volgens hun doel:

1. Indicator.
2. Verlichting.

Indicatoren in hun groep zijn onderverdeeld in de volgende typen.

DIP-diodes

De afkorting is afgeleid van Dual In-line Package of "dubbele in-line plaatsing". Meestal zijn de koffers cilinders, maar er zijn ook parallellepipedums. Aan het onderste uiteinde bevinden zich axiale draden evenwijdig aan de hoofdsymmetrieas van het lichaam. De uitgang van de kathode is korter dan de anode.

Zicht op de DIP-LED boven de printplaat, het solderen in de gemetalliseerde gaten is zichtbaar.

De indeling in typen - volgens de diameter van de behuizing en de lens aan de bovenkant. Diameters van 2-3 tot 20 mm en meer. Gloedkleur - elke, verschillende tinten wit.

Een van de typen - knipperend in 2 kleuren, heeft 3 uitgangen.

Stro hoed

De letterlijke vertaling is een strohoed of bryl. Toepassen op LED's – het lichaam is als een hoed met een afgeronde bovenkant.

Een variant van de DIP LED genaamd Straw Hat of Straw Hat.

Kabels van verschillende lengtes zijn zichtbaar, de korte is de kathode. Installatiehoogtebegrenzers zijn ook zichtbaar. Onder de lens bevindt zich een kristal met een gele fosfor.

Super Flux Piranha

Directe vertaling - superflow. Piranha - vertaling in het Russisch - piranha. De naam van de LED was te danken aan de eigenaardigheden van de metalen draden in de vorm van smalle stroken. Om de installatie in de gaten van de printplaat te vereenvoudigen, werden tijdens het stempelen de hoeken aan de uiteinden van de pinnen afgesneden. Dit is hoe de scherpe "tanden" van een roofvis zijn geworden.

Op de uitgang zijn "schouders" gestempeld - begrenzers die de hoogte van de behuizing boven het bord instellen. Dus de behuizing werd geopend voor luchtkoeling van onderaf. Kristallen voor passieve koeling werden op de bovenste uiteinden van de leads geplaatst.

Door 2 of 3 chips in de kast te plaatsen, verhoogden ze de lichtstroom. En de diode viel in de groep van superheldere.

LED type "piranha" in een transparante behuizing.

Men kan een kristal "bedekt" zien door een lens en versmalde lead-shapers van de installatiehoogte.

smd

Afkorting voor Surface Mounted Device, vertaald uit het Engels - een apparaat dat op het oppervlak is geïnstalleerd. Ze zien eruit als rechthoekige koffers van plastic of keramiek. Conclusies - van onderaf en aan de zijkant van de behuizing in de vorm van pads.

Meestal - verlichting, maar bij een laag vermogen kunnen ze ook een indicator zijn. Vermogens van mW (milliwatt) tot W. Glow is elke kleur of tint wit licht.

Lees ook: Kenmerken van SMD-LED's

OLED

Naast solid-state LED's op basis van halfgeleidermetalen - silicium, germanium, galliumarsenide, enz., is er een groep LED's op films van organische verbindingen. Ze worden organische of OLED-LED's genoemd - Organic Light Emitting Diode.

Ze stralen ook, net als halfgeleiderdiodes, licht uit, maar niet met een vaste structuur, maar met dunne films. Terwijl de belangrijkste toepassing wordt gevonden in de ontwikkeling van displays met één kleur. De bestaande nadelen van OLED-kleurenfilms zijn de verschillende bedrijfstijden voor films met verschillende gloedkleuren. Dit is minimaal ongeveer 12-15 duizend uur.

Na verbetering zullen dergelijke LED's op grote schaal worden gebruikt in mobiele telefoons, GPS-navigators voor auto's en schepen, in nachtkijkers en apparaten voor nachtelijk jagen en schieten, enz.

Videoreview: vergelijking van QLED, OLED en LCD (IPS).

Gloeidraad

In 2012-2013ongebruikelijke LED's verschenen, die ze Filament noemden. In feite zijn dit COB-matrices in de vorm van lange cilinders met een diameter van 2-3 en een lengte van 15-30 mm. 28-30 blauwe kristallen afgewisseld met een paar rode worden op een glazen of saffiercilinder geplakt. Ze zijn in serieketens verbonden en na controle van de bruikbaarheid worden ze gevuld met een gele fosfor.

Deze technologie voor het vervaardigen van filamentmodules wordt Chip-On-Glass of COG genoemd.

Kant-en-klare COG-matrices worden op de fittingen van conventionele gloeilampen geplaatst, in de basis geïnstalleerd en in een glazen of plastic fles geplaatst. Om de leds te koelen wordt de kolf gevuld met helium.

Lampvermogen - van 2-3 tot 10-12 watt. De lichtstroom komt overeen met de lichtopbrengst van conventionele LED's van 80-100 lm/W.

Het resultaat is een LED retrofit gloeilamp. De lamp wordt vaak ten onrechte een LED-gloeilamp genoemd.

De term retrofit komt uit het Engels. retrofit - modernisering of wijziging. Dit zijn nieuwe lichtbronnen in behuizingen met traditionele afmetingen.

Filament LED lamp in een bol "bol".

High power filament lamp in een langwerpige lamp.

De bovenstaande cijfers zijn verschillend qua vermogen en fabrikanten filament LED lampen. In een glazen kolf met een E27-bodem zijn filament COL-modules bevestigd aan de filamentfittingen.

Soort PCB-ster

De afkorting voor LED's van dit type is afgeleid van de Engelse uitdrukking Printed Circuit Board. Zijn vertaling is printplaat.

PCB Star-type diodeprint.

PCB Star-type diodeprint. De fabrikant is het Amerikaanse bedrijf CREE, XML-diodemodel. De gele rechthoek is de COB-matrix van de vermogensdiode.

Het bord is gemaakt van een metaal dat goed warmte geleidt, zoals aluminium. De configuratie van het bord is een ster met 6 stralen.De COB LED-array is in de fabriek gemonteerd in het midden van het stuurbord. Het bord is zwart geverfd om de passieve warmteafvoer te verbeteren die een krachtig werkend lichtgevend apparaat genereert.

Krachtige PCB Star-type LED's.

6 "sterren" aan de linkerkant - diodes met verschillende kracht en tinten wit licht. De onderste twee zijn krachtigere elementen met grote cirkels van gele fosfor. Aan de rechterkant is een kolom van 4 stuks. – diodes voor vlakke montage op het oppervlak van pads op een printplaat.

Maattekening van een krachtige vlakke LED op een stuurbord.

Maattekening van een krachtige vlakke LED op een stuurbord. De hoogte van de structuur is 6,6 mm, de diameter van het lichaam van de diode met vlakke draden is 8 mm, de maat van het Star-bord is 22 mm.

LED COB-matrix

Als enkele tientallen blauwe halfgeleiderkristallen met diëlektrische lijm worden gelijmd op een warmtegeleidend substraat gemaakt van een kunstmatig saffier- of siliciumkristal, door geleiders in serie-parallelle groepen verbonden en gevuld met een gele fosfor bovenop, krijgen we een LED-module. het COB-matrix. De afkorting is afgeleid van de Engelse uitdrukking Chip-On-Board. Het wordt vertaald als 'kristallen op het bord'.

LED ronde COB-matrix gevuld met gele fosfor. Langs de "rand" bevinden zich bruine contactvlakken voor het aansluiten van voedings- en/of stuurstroomkringen.

COB-matrices gebruiken pakketloze LED-chipchips zonder substraten. De accommodatie is extreem krap. Deze technologie produceert een aanzienlijk deel van high-power LED's, waaronder honderden kristallen. Met een goed ventilatorgekoeld koellichaam, soms met behulp van heatpipes, kunt u in één geval een vermogen van 150-200 W of meer bereiken.De matrix zorgt voor een gerichte stroming met een verstrooiingshoek van 100-150 graden op een niveau van 0,7 vanaf het stralingsmaximum.

Typeclassificatie

De soorten LED's zijn onder meer:

• enkele LED's op een enkele high-power chip (COB-matrix);
• paar LED's in één pakket - indicatiediodes knipperen afwisselend in twee kleuren, bijvoorbeeld rood en geel;
• tripletten of triaden van emitters van drie primaire kleuren - rood, groen en blauw of RGB: Rood - Rood, Groen - Groen, Blauw - Blauw.

Drie-chip LED in SMD-verpakking voor PCB-opbouw.

Als er in een LED met drie kristallen kristallen zijn met dezelfde gloedkleur, hebben we een superheldere LED. Met verschillende kleuren kristallicht krijgen we een RGB-triade of een meerkleurig gestuurd lichtgevend apparaat.

SMD is een afkorting voor de Engelse uitdrukking Surface Mounted Device, a surface mount device. Wordt gebruikt om het plaatsen en solderen van elektronische componenten op printplaten te automatiseren, incl. en LED's. Gebruikt in tapes, linialen, modules en conventionele printplaten.

De hoofdkleuren omvatten ook een paar YB-kleuren - geel, geel en blauw, blauw. Er zijn andere combinaties van kleuren die wit geven wanneer ze worden gemengd.

Krachtige COB-LED's

Grote modellen hebben montagegaten in de hoeken van de kast. Kleinere modellen worden op de printplaat gesoldeerd.

Naast de gebruikelijke kenmerken van LED's, voegen krachtige modellen verschillende extra parameters toe:

• nominaal vermogen, W;
• chipgrootte, mm;
• nominale bedrijfsstroom van het kristal of de matrix;
• levensduur geassocieerd met normen L 70, L80, enz.

LED's met laag vermogen

In termen van stroomverbruik zijn dit LED's van 0,05 tot 0,5 W, bedrijfsstroom - 20-60 mA (gemiddeld vermogen - 0,5-3 W, stroom 0,1-0,7 A, groot - meer dan 3 W, stroom 1 A en meer) .

Structureel omvatten low-power LED's verschillende groepen LED-lichtstralers:

• LED's in SMD-behuizingen zijn gewoon en superhelder;
• DIP-diodes in cilindrische behuizingen - voor montage in gaten in printplaten;
• in piranha-achtige koffers - voor montage in gaten.

Low power LED's in verschillende pakketten.

Op de foto de LED's van boven naar beneden:

1. In cilindrische DIP-verpakkingen - met flexibele draadgeleiders om in de bordgaten te solderen.
2. In piranha-achtige gevallen zijn ze ook Superflux, die door de gaten soldeert.
3. In koffers met vlakke geleiders voor montage op contactvlakken van enkel- en dubbelzijdige printplaten of in "wells" van meerlaagse platen.

Kenmerken van LED's

LED's worden beschreven door vele parameters. De belangrijkste daarvan:

• lichtintensiteit en energie-efficiëntie - Lm en Lm / W;
• de divergentiehoek van de lichtstroom op niveaus van 0,5 of 0,7 graden - voor gewone van 120 tot 140 graden, voor indicatormodellen - van 15 tot 45 graden;
• stroomverbruik tijdens bedrijf, W - klein - tot 0,5, gemiddeld - 0,5-3, groot - meer dan 3;
• bedrijfsstroom door de diode, mA of A;
• kleur of tint wit licht Kleurrijke temperatuur, graden Kelvin, K - van 2000-2500 K - warm wit en tot 6500-9500 K - koud wit.

Er zijn andere kenmerken, maar die worden minder vaak gebruikt. De stroom-spanningskarakteristiek, IV-karakteristiek van een LED is bijvoorbeeld een curve van stroom door een junctie versus de bedrijfsspanning die erop wordt toegepast. Het wordt gebruikt in elektrische berekeningen van de LED-bedrijfsmodus.

Dimensies

De afmetingen van de LED worden bepaald door de afmetingen van de behuizing.Voor SMD-behuizingen - lengte, breedte, dikte. De eerste twee waarden zijn ingebed in de aanduiding, bijvoorbeeld SMD2835, waarbij twee paar getallen 2,8 mm - breedte en 3,5 mm - lengte zijn. De dikte van de kast moet worden overgenomen uit de beschrijving of het paspoort van de diode.

Dimensies SMD3528 en SMD2835. Rechtsonder is een grijze hoek een sleutel die de kathode aanduidt.

Voor cilindrische DIP-diodes zijn belangrijke kenmerken de diameter van de behuizing en de hoogte met een lens. In dit geval moet rekening worden gehouden met de lengte van de draadgeleiders en de aanbevelingen van de fabrikant om ze te buigen vóór de installatie.

Golflengte

Een dergelijke eigenschap van LED's als golflengte wordt zeer zelden gebruikt. Vaak de kleur van de gloed genoemd.

De golflengte van de gloed van de diode wordt gemeten in nanometer - nm. Het wordt niet altijd aangegeven in de paspoortgegevens van het product.

Benaming en kleurmarkering

Elke fabrikant heeft zijn eigen markering van LED's. Bij de aanduiding van de LED - LED-WW-SMD5050 worden bijvoorbeeld de alfabetische en numerieke elementen gedecodeerd:

• LED - LED;
• WW - gloedkleur Warm White - warmwit 2700-3500 K;
• SMD - pakket voor opbouwmontage;
• 5050 - lichaamsafmetingen in tienden van een millimeter - 5,0 × 5,0.

Varianten van afkortingen voor tinten wit licht:

• DW - Dag Wit - Witte dag (4000-5000 K);
• W - Wit, zuiver wit (6000-8000 K);
• CW of WC - Koel wit - koud wit (8000-10 000 K);
• WSC - White Super Cool - super koud wit, kleurtemperatuur 15.000 K met een karakteristieke blauwachtige tint;
• NW - Neutraal Wit - Neutraal wit - 5000 K.

Er zijn andere aanduidingen voor LED's en kleuren, het systeem is nog niet volledig gestandaardiseerd, dus fabrikanten gebruiken verschillende numerieke waarden en namen voor tinten wit licht.

Grafische en alfabetische afbeelding op het diagram

De anode, ook wel de plus van de LED genoemd, wordt op de elektrische circuits weergegeven als een driehoek. Kathode (min) - een dwarsstreep.

Het uiterlijk van de AL307 LED en de aanduiding in de tekeningen en diagrammen.

Een veelgebruikte afkorting is de Latijnse afkorting HL.

LED-spanningstabel

Om ervoor te zorgen dat de LED tijdens bedrijf alle kenmerken biedt die zijn gespecificeerd door zijn ontwerp- en fabricagetechnologie, moet deze worden voorzien van een berekende voeding. Breng bijvoorbeeld een spanning aan op de anode en kathode, die iets meer zal zijn dan de gelijkspanning van de pn-overgang. Overmatige spanning moet in serie worden "gedoofd" inbegrepen weerstand. De weerstand wordt een stroombegrenzende weerstand genoemd. Het dient om overstroom door de pn-overgang te voorkomen.

De LED heeft twee contactdraden - de anode en de kathode, de kathode is korter dan de anode. Als de lengte hetzelfde is, dan: definiëren Je kunt ze gebruiken met een vingerbatterij. Als er licht is, dan heb je een anode voor je.

Tafel. Voorwaartse spanning van de pn-overgang van de gekleurde LED.

Lees ook: Hoe kom je erachter hoeveel volt een LED?

Toepassing van LED's

Het toepassingsgebied van LED's wordt voortdurend uitgebreid. Aanvankelijk werden ze gebruikt als lichtindicatoren in circuits voor het inschakelen of bedienen van elektronische apparatuur.Bijvoorbeeld de zender aanzetten, overschakelen naar meer of minder vermogen, etc. Ze kunnen automatische activering repareren, bijvoorbeeld wanneer een oproepsignaal verschijnt of om de aandacht te trekken. Er werden knipperende of eenkleurige LED's gebruikt - rood, geel, groen, blauw.

Superheldere DIP-LED's van klein formaat werden in serie-parallelle ketens geschakeld en rechtstreeks gevoed vanuit een 220 V-netwerk. Door dergelijke seriegroepen diodes in een transparante flexibele PVC-buis te plaatsen en deze te vullen met een transparante kit, kregen we "flexibele neon"- een lichtgevende" tourniquet. Het kan langs de rand van het zwembad, de stoeprand van het pad worden gelegd, het dak van het huis of een boom in de tuin worden versierd.

Flexibel neon gebruiken.

De komst van flexibele meerlaagse borden en SMD-pakketten voor opbouwmontage heeft geleid tot de creatie van flexibele LED-strips.

Aanvankelijk waren dit middelen voor decoratieve interieurdecoratie. Een toename van het vermogen van SMD-diodes en de dichtheid van hun plaatsing op het bord maakte het mogelijk om LED-strips te gaan gebruiken, eerst voor hulp- en vervolgens voor hoofdverlichting. Een toename van de mate van stof- en vochtbescherming van de tapes leidde tot het gebruik ervan voor decoratieve verlichting en vervolgens voor de hoofdverlichting in straatomstandigheden.

Tegelijkertijd werden LED-lampen ontwikkeld ter vervanging van gloeilampen in lampen - schansen, kroonluchters en tafellampen. Retrofit-lampen verschenen - complete analogen van gloeilampen en tl-buizen in termen van vorm, lampgrootte en voedingsspanning. De geleidelijke vervanging van gloeilampen door LED-retrofits is begonnen. Tegelijkertijd werd de productie van LN stopgezet - eerst 100 W of meer, daarna 75, 60, enz.

De ontwikkeling van krachtige enkelvoudige LED's, met name in het Emitter- of PCB Star-pakket, heeft bijgedragen aan de opkomst van zaklampen met een ingebouwde batterij. De helderheid en duur van de gloed na één oplaadcyclus was meerdere malen hoger dan bij eerdere modellen.

Uitstekende bestuurbaarheid van LED's door elektronische middelen - controllers en dimmers - dimmers, maakten het gebruik van krachtige schijnwerpers mogelijk in de lichtdynamische verlichting van straten en pleinen van steden en dorpen in elke regio van het land.

Toepassing in decoratieve verlichting van gebouwen.

Type ledstrip RGB, RGBW en RGBWW maakte het niet alleen mogelijk om krachtige stromen wit licht te verkrijgen, maar ook om de witte tint ervan te veranderen over een breed bereik van geelachtig warm tot blauwachtig en blauw koud.

De beheersbaarheid van nieuwe lichtbronnen maakt het mogelijk om ze breed toe te passen in lichtreclame - "kruiplijnen", lichtdisplays, informatieschermen, enz. Gebruik deze felgekleurde en witte lichtbronnen in gevelreclame en op daken - platte en driedimensionale letters en tekeningen, merknamen, handelsmerkafbeeldingen en nog veel meer.

En al deze ontwerpen werken veel langer dan hun tegenhangers op conventionele lampen, vereisen bijna geen onderhoud en verbruiken vele malen minder elektriciteit. De technische kenmerken van LED's en verlichtingsapparatuur groeien voortdurend. De kosten van LED's nemen af ​​en de toepassing breidt zich uit.