Wat is een LED - gedetailleerde beschrijving van kenmerken en types
LED's zijn overal: in huizen, auto's, telefoons. Zij kunnen worden gebruikt om gadgetschermen helderder te maken, of om energiebesparende lichtbronnen te creëren. Nu is het een onmisbare bron van licht. Laten we eens kijken naar het apparaat en de technische kenmerken van de belangrijkste soorten LED's.
Wat is een LED
LED (van Light Emitting Diode, of LED) - een elektrische bron van kunstlicht in vaste toestand, gemaakt van halfgeleidermaterialen met p- en n-geleidbaarheid. Met behulp van een aantal technieken - afzetting van maskers, etsen, epitaxiale afzetting, enz. - wordt een p-n-overgang tot stand gebracht.
In een p-type halfgeleidermateriaal zijn de stroomdragers "gaten" - atomen in het halfgeleiderkristal die, door doping met speciale metalen, een tekort aan elektronen creëren. In n-materialen zijn de dragers de overtollige elektronen in het kristal.
"Het 'gat' is eigenlijk stationair. Het heeft een positieve lading die gelijk is aan de lading van het elektron. Een elektron dat van de buitenste baan van een atoom naar de buitenste baan van een naburig atoom "springt", verplaatst het "gat" in de tegenovergestelde richting.
Hoe werkt het of wat gloeit er op een LED
Elektrische stroom in de vorm van een tegenstroom van elektrische ladingsdragers - "gaten" - positieve "deeltjes" en elektronen - negatieve - kan worden geïnduceerd door een constante spanning van een bepaalde grootte en polariteit aan te sluiten op een p-n-overgang. Wanneer deze fluxen elkaar in de p-n-overgang ontmoeten, recombineren of versmelten zij. Een vrij elektron met verhoogde energie gaat het 'gat' binnen en het verdwijnt.
Rechts is het n-halfgeleider gedeelte van het kristal "verrijkt" met vrije elektronen en links is het p-halfgeleider gedeelte met positieve "deeltjes" - "gaten".
Energie komt vrij in de vorm van quanta van licht. Deze worden uitgezonden, d.w.z. uitgestraald vanaf het uiteinde van het kristal. De stroom kwanta raakt de reflector. Het gepolijste oppervlak reflecteert het licht in de gewenste richting. Het gewenste richtingspatroon van de lichtstroom wordt gevormd door een speciale configuratie van het oppervlak.
De spanning om de junctie te bekrachtigen wordt aangelegd '+' aan de anode van de diode, en '-' aan de kathode.
Ontwerp
De lila kleur toont het warmteafvoerende substraat. Grijze trapezes stellen de doorsneden van een ronde reflector van aluminium voor. In het midden van de blauwe is de LED-chip met gouden of zilveren draden gesoldeerd aan de pinnen van de anode en kathode.
Soorten LED's
LED's - een vrij "jong" apparaat. Hun definitieve indeling is nog niet vastgesteld. Dit is de reden waarom vele bekende fabrikanten hun eigen indelingssystemen gebruiken.
Volgens een van deze worden de leds als volgt gegroepeerd naar hun doel:
- Indicator.
- Verlichtend.
Indicatieleds worden in hun groepering onderverdeeld in de volgende types.
DIP-dioden .
De afkorting is afgeleid van Dual In-line Package of "double in-line arrangement". Gewoonlijk zijn de behuizingen cilinders, maar er zijn ook parallellepipeda. Aan de onderzijde bevinden zich axiale draden die evenwijdig lopen met de hoofdas van symmetrie van de behuizing. De kathodeleiding is korter dan de anodeleiding.
Verdeling in types naar kastdiameter en lens aan de bovenkant. De diameters variëren van 2-3 mm tot 20 mm of meer. Glow kleur - elke kleur, er zijn verschillende witte tinten.
Eén type knippert in 2 kleuren en heeft 3 draden.
Strohoed.
Een letterlijke vertaling van een strohoed of rand. Wanneer toegepast op LED's – De behuizing lijkt op een hoed met een afgeronde bovenkant.
De verschillende lengtes van de aansluitdraden zijn te zien, de korte is de kathode. De montagehoogtebegrenzers zijn ook zichtbaar. Onder de lens zit een kristal met gele fosfor.
Super Flux "Piranha"
Directe vertaling - super flux. Piranha wordt in het Russisch vertaald als piranha. De naam Piranha is afgeleid van de metalen eindstukken in de vorm van smalle stroken. Bij de productie van de LED werden de hoeken aan de uiteinden van de draden bij het stempelen afgesneden om de gaten in de printplaat gemakkelijker te kunnen aanbrengen. Dit resulteerde in de scherpe "tanden" van een roofvis.
De schouders - de aanslagen die de hoogte van de kast boven het bord bepalen - werden op de pennen gestempeld. Dit opende de kast voor luchtkoeling van onderaf. Kristallen voor passieve koeling worden op de bovenste uiteinden van de pennen geplaatst.
Door 2 of 3 chips in de behuizing te plaatsen, werd de lichtstroom verhoogd. Dit maakt de diode tot een van de superhelderste LED's.
U ziet het kristal "bedekt" door de lens en de conische pinnen-vormers van de montagehoogte.
SMD
Afkorting voor Surface Mounted Device, vertaalt zich naar Surface Mounted Device. Het zijn rechthoekige behuizingen van kunststof of keramiek. De aansluitingen bevinden zich aan de onderkant en aan de zijkant van de behuizing in de vorm van contactpads.
Meestal verlicht, maar bij laag vermogen kan het ook oplichten. De vermogens variëren van mW (milliwatt) tot W. Gloed - elke kleur of tint van wit licht.
Lees ook: SMD LED kenmerken
OLED
Naast de halfgeleider-LED's op basis van metalen - silicium, germanium, galliumarsenide, enz. - is er een groep LED's op films van organische verbindingen. Deze worden organische of OLED's genoemd - Organische Licht Emitterende Diode.
Net als halfgeleiderdioden zenden zij licht uit, maar niet met een vaste-stofstructuur, maar met dunne films. Tot dusver is de belangrijkste toepassing de ontwikkeling van monochrome beeldschermen. De bestaande nadelen van gekleurde OLED films zijn de verschillende runtimes van de films met verschillende kleuren van luminescentie. Minimaal is dat zo'n 12-15 duizend uur.
Zodra dergelijke LED's zijn verbeterd, zullen zij op grote schaal worden gebruikt in mobiele telefoons, GPS-navigatiesystemen voor auto's en schepen, nachtkijkers en toestellen voor nachtjacht en nachtschieten, enz.
Video - overzicht: vergelijking van QLED, OLED en LCD (IPS).
Filament
In 2012-2013 waren er ongewone leds, die Filament worden genoemd. In principe zijn het COB-matrices in de vorm van lange cilinders met een diameter van 2-3 en een lengte van 15-30 mm. Op een cilinder van glas of saffier gelijmd 28-30 blauwe kristallen met insluitsels van verscheidene rode. Zij worden in opeenvolgende kettingen aangesloten en, na controle op hun goede werking, gevuld met gele fosfor.
Deze filamenttechnologie wordt Chip-On-Glass of COG genoemd.
Geprefabriceerde COG-matrices worden op de fittingen van conventionele gloeilampen geplaatst, in een lampvoet gemonteerd en in een glazen of kunststof bol gehuld. De bol is gevuld met helium om de leds te koelen.
Het vermogen van de lampen is 2-3 tot 10-12 W. De lichtstroom komt overeen met de lichtefficiëntie van conventionele LED's, die 80-100 Lm/W bedraagt.
Het resultaat is een LED-retrofit van een gloeilamp. De lamp wordt vaak ten onrechte een LED gloeilamp genoemd.
De term retrofit komt van retrofit. Dit zijn nieuwe lichtbronnen in behuizingen met traditionele afmetingen.
Bovenstaande figuren tonen verschillende vermogens en fabrikanten LED gloeilampen. In een glazen bol met E27 lampvoet zijn de gloeidraad COL modules bevestigd aan de gloeidraad armatuur.
Type PCB Ster
De afkorting voor dit type LED is afgeleid van de Engelse uitdrukking Printed Circuit Board. Het betekent printplaat.
PCB Star diode board. Geproduceerd door het Amerikaanse bedrijf CREE, Model XML. De gele rechthoek is de COB matrix van de hoog vermogen diode.
De plaat is gemaakt van een metaal dat goed warmte geleidt, b.v. aluminium. De configuratie van het bord is een ster met 6 balken. De COB LED-matrix wordt in de fabriek in het midden van het moederbord gemonteerd. De printplaat is zwart geschilderd om de passieve warmteafvoer van de krachtige looplicht-emitter te verbeteren.
De 6 "sterren" aan de linkerkant zijn diodes van verschillende wattages en tinten wit licht. De twee onderste zijn krachtiger elementen met grote gele fosforcirkels. Aan de rechterkant, een kolom van 4. - Diodes voor vlakke montage op het oppervlak van de contactpads op de printplaat.
Maattekening van een high-power planaire LED op een stervormig bord. De constructiehoogte is 6,6 mm, de doorsnede van de diode met vlakke pennen is 8 mm, de afmeting van de Star board is 22 mm.
COB-LED matrix
Als men op een thermisch geleidend substraat van een kunstmatig kristal van saffier of silicium om diëlektrische lijm enkele tientallen halfgeleiderkristallen blauwgloeiend lijmt, ze verbindt met geleiders in serie-parallelle groepen en de bovenkant vult met gele fosfor, krijgt men een LED-module. Dit is COB-matrix. De afkorting is afgeleid van de Engelse woordcombinatie Chip-On-Board. Het wordt vertaald als "kristallen op een bord".
COB-matrices maken gebruik van een kernloze LED-chip zonder substraat. Het arrangement is extreem dicht. Een groot deel van de leds met hoog vermogen wordt met behulp van deze technologie geproduceerd, waaronder honderden kristallen. Een goed koellichaam met ondersteuning van een ventilator, soms met gebruikmaking van heat pipes, kan 150-200 W of meer bereiken in een enkel pakket. De matrix levert een gerichte flux met een dispersiehoek van 100-150 graden bij 0,7 van het maximale stralingsniveau.
Typische indeling
De soorten LED's kunnen zijn:
- single-chip LED's op een enkele krachtige chip (COB-matrix)
- paren LED's in één verpakking - indicator-LED's die afwisselend knipperen in twee kleuren, bv. rood en geel
- tripletten of triaden van zenders met drie hoofdkleuren - rood, groen en blauw of RGB .Rood, Groen, Blauw.
Als de driekristallige LED kristallen van dezelfde kleur heeft, hebben we een superheldere LED. Met verschillend gekleurde kristallen hebben we RGB triades of meerkleurige gecontroleerde lichtemitterende apparaten.
SMD is een afkorting voor Surface Mounted Device. Wordt gebruikt voor het automatiseren van het plaatsen en solderen van elektronische componenten op printplaten, waaronder LED's. Het wordt gebruikt in linten, strips, modules en conventionele gedrukte schakelingen.
De basiskleuren omvatten het YB-kleurenpaar Geel en Blauw. Er zijn andere kleurencombinaties die na menging een witte kleur geven.
Krachtige COB LED's
De grotere modellen hebben bevestigingsgaten in de hoeken van de behuizing. De kleinere modellen kunnen worden gemonteerd door solderen op een printplaat.
Naast de gebruikelijke kenmerken van LED's worden aan de modellen met hoog vermogen verschillende extra parameters toegevoegd:
- vermogen, W;
- chipgrootte, mm;
- nominale bedrijfsstroom van de chip of matrix;
- levensduur in verband met de normen L 70, L 80, enz.
LED's met laag vermogen
In termen van stroomverbruik zijn 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, hoog - meer dan 3 W, stroom 1 A en meer).
Structureel omvatten LEDs met een laag vermogen verschillende groepen LED-lichtzenders:
- SMD conventionele en super-heldere LEDs;
- DIP-dioden in cilindrische behuizingen - voor montage in printplaatgaten;
- in piranha-pakketten - voor montage in openingen.
Op de foto zijn de LED's van boven naar beneden te zien:
- Cilindrische DIP-behuizingen - met flexibele draden om in printplaatgaten te solderen.
- In piranha type behuizingen, aka Superflux, soldeer in de gaten.
- In planaire behuizingen voor montage op enkel- en dubbelzijdige printplaten of in gelamineerde printplaten.
LED-kenmerken
LED's worden beschreven door een aantal parameters. De belangrijkste zijn
- lichtsterkte en energie-efficiëntie - Lm en Lm/W;
- divergentiehoek van de lichtstroom - 0,5 of 0,7 graden, graden - in conventionele modellen van 120 tot 140 graden, in indicatormodellen - van 15 tot 45 graden
- bedrijfsvermogen, W - klein - tot 0,5, middel - 0,5-3, groot - meer dan 3;
- bedrijfsstroom door de diode, mA of A;
- kleur of tint van wit licht, kleurtemperatuurKelvin, K - van 2000-2500 K - warm wit en tot 6500-9500 K - koel wit.
Er zijn nog andere specificaties, maar die worden minder vaak gebruikt. De volt-ampèrekarakteristiek, of VAR, van een LED bijvoorbeeld is de curve van de stroom door de junctie als functie van de toegepaste bedrijfsspanning. Het wordt gebruikt bij elektrische berekeningen van de bedrijfsmodus van een LED.
Afmetingen .
De afmetingen van een LED worden bepaald door de afmetingen van zijn behuizing. Voor SMD-behuizingen is dat lengte, breedte en dikte. De eerste twee waarden zijn ingebed in de aanduiding, bijvoorbeeld SMD2835, waarbij twee paar cijfers 2,8 mm - breedte en 3,5 mm - lengte zijn. U kunt de dikte van de behuizing uit de beschrijving of het gegevensblad van de diode halen.
Voor cilindrische DIP-dioden zijn de belangrijkste kenmerken de diameter van de behuizing en de hoogte met lens. Er moet rekening worden gehouden met de lengte van de draden en met de aanbevelingen van de fabrikant voor het buigen van de draden vóór de montage.
Golflengte
Een dergelijke eigenschap van LED's als golflengte wordt zeer zelden gebruikt. Meer algemeen aangeduid als golflengte van luminescentie.
| Tint van kleur | Golflengte, nm |
|---|---|
| Infrarood (onzichtbaar) | 760-880 |
| rood | 620-760 |
| oranje | 585-620 |
| geel | 575-585 |
| geel-groen | 555-575 |
| groen | 510-555 |
| blauw | 480-510 |
| blauw | 450-480 |
| violet | 390-450 |
| Ultraviolet (onzichtbaar) | 10-390 |
De golflengte van een diode wordt gemeten in nanometers - nm. Het wordt niet altijd vermeld in het productgegevensblad.
Markering en kleurcodering
Elke fabrikant heeft zijn eigen markering van LED's. Bijvoorbeeld, de LED-WW-SMD5050 heeft een ontcijfering van zijn alfabetische en numerieke elementen:
- LED - LED;
- WW - Warm Wit - warm wit 2700-3500 K;
- SMD - behuizing voor opbouwmontage;
- 5050 - afmetingen van de verpakking in tienden van millimeters - 5.0×5.0.
Afkortingen voor tinten van wit licht:
- DW - Dag Wit (4000-5000 K);
- W - Wit, zuiver wit (6000-8000 K);
- CW of WC - Koel wit (8000-10000 K);
- WSC - White Super Cool - wit super cool, kleurtemperatuur 15 000 K met een karakteristieke blauwachtige tint;
- NW - Neutraal Wit - 5000 K.
Er zijn andere benamingen voor LED's en kleuren, het systeem is nog niet volledig gestandaardiseerd, zodat fabrikanten verschillende numerieke waarden en namen gebruiken voor tinten van wit licht.
Grafische en alfabetische weergave in het schema
De anode, ook wel de plus van de LED in elektrische schema's, wordt voorgesteld door een driehoek. De kathode (min) wordt aangegeven met een kruisstreepje.
LED-spanningstabel
Om ervoor te zorgen dat de LED in werking alle kenmerken die door zijn ontwerp en fabricagetechnologie, moet het ontwerp voeding te bieden. Breng bijvoorbeeld een spanning aan op de anode en de kathode, die iets hoger zal zijn dan de spanning van de voorwaartse p-n-overgang. De overspanning moet worden "gedoofd" met een in serie geschakelde weerstand. weerstand. De weerstand wordt een stroombegrenzende weerstand genoemd. Hij wordt gebruikt om te voorkomen dat de stroom de p-n-overgang overschrijdt.
Een LED heeft twee pinnen - de anode en de kathode, waarbij de kathode korter is dan de anode. Als de lengte gelijk is, dan bepalen met een punaise. Als er een lampje verschijnt, betekent dit dat u naar de anode kijkt.
Tafel. Gelijkspanning van de p-n junctie van een gekleurde LED.
| Gloed kleur | Bedrijfsspanning, gelijkspanning, V |
|---|---|
| wit | 3,5 |
| rood | 1,63–2,03 |
| oranje | 2,03–2,1 |
| geel | 2,1–2,18 |
| groen | 1,9–4,0 |
| blauw | 2,48–3,7 |
| violet | 2,76–4 |
| infrarood | tot 1,9 |
| ultraviolet | 3,1–4,4 |
Lees ook: Hoe weet je hoeveel volt een LED is
LED-toepassingen
De toepassingsgebieden van LED's breiden zich voortdurend uit. Oorspronkelijk werden zij gebruikt als lichtindicatoren in schakelkringen of bij de werking van elektronische apparatuur. Bijvoorbeeld het inschakelen van een zender, overschakelen op hoger of lager vermogen, enz. Kan automatische activering vergrendelen, b.v. wanneer een oproepsignaal verschijnt of om aandacht te trekken. Er werden knipperende of enkelkleurige LED's - rood, geel, groen, blauw - gebruikt.
Kleine superheldere DIP-LED's werden in serie-parallelle reeksen geschakeld en rechtstreeks gevoed vanuit een 220 V-net. Door deze opeenvolgende groepen diodes in een doorzichtige PVC-buis te plaatsen en ze af te dichten met een doorzichtige kit, kregen we "flexibele neon" - een lichtgevende "bundel". Het kan worden gelegd op de rand van het zwembad, de stoeprand van het pad, het dak van het huis versieren of een boom in de tuin.
De komst van flexibele meerlaagse printplaten en SMD-behuizingen voor oppervlaktemontage heeft geleid tot de ontwikkeling van flexibele LED strips..
In het begin waren zij een middel om binnenruimten te versieren. Door het grotere vermogen van SMD-dioden en hun dichtheid op de printplaat konden LED-strips eerst als hulpverlichting en later als hoofdverlichting worden gebruikt. De toename van stof- en vochtbescherming leidde tot het gebruik van de strips voor decoratieve verlichting en later voor basisverlichting buitenshuis.
Tegelijkertijd werden LED-lampen ontwikkeld ter vervanging van gloeilampen in lampen - wandlampen, kroonluchters, tafellampen. Retrofit-lampen - complete analogen van gloeilampen en fluorescentiebuizen qua vorm, grootte van de lamp en voedingsspanning - verschenen. Er werd begonnen met een geleidelijke vervanging van gloeilampen door LED-retrofits. Terzelfder tijd werd de productie van LL's stopgezet - eerst 100 W of meer, daarna 75, 60, enz.
De ontwikkeling van afzonderlijke LED's met een hoog vermogen, vooral in het Emitter- of PCB Star-pakket, heeft bijgedragen tot de opkomst van zaklantaarns met ingebouwde batterijen. De schittering en luminescentie na één oplaadcyclus was vele malen groter dan in het verleden.
Uitstekende elektronische aanstuurbaarheid van LED's - controllers en dimmers - lichtsterkteregelaars, heeft het gebruik van krachtige projectoren mogelijk gemaakt bij de lichtdynamische verlichting van straten en pleinen van steden en dorpen in alle regio's van het land.
LED-strips zoals RGB, RGBW en RGBW maakte het niet alleen mogelijk een krachtige stroom wit licht te verkrijgen, maar ook om de witte kleur ervan te variëren binnen een breed scala van warm geelachtig tot blauwachtig en koel blauw.
Door de regelbaarheid van de nieuwe lichtbronnen worden zij op grote schaal gebruikt in lichtreclame - "kruiplijnen", lichtdisplays, informatieschermen, enz. Deze heldere gekleurde en witte lichtbronnen worden gebruikt in gevel- en dakreclame - vlakke en volumetrische letters en tekeningen, merknamen, handelsmerkafbeeldingen en nog veel meer.
En al deze ontwerpen gaan veel langer mee dan tegenhangers van conventionele lampen, vergen vrijwel geen onderhoud en verbruiken vele malen minder stroom. De specificaties voor LED's en lichtgevende diodes nemen gestaag toe. De kosten van LED's dalen en de toepassingen breiden zich uit.
