Was ist eine LED - eine detaillierte Beschreibung der Eigenschaften und Typen
LEDs sind überall: in Häusern, Autos, Telefonen. Mit ihrer Hilfe wird eine helle Beleuchtung von Gadget-Bildschirmen bereitgestellt, wirtschaftliche Beleuchtungsquellen werden erzeugt. Jetzt sind sie unverzichtbare Lichtquellen. Berücksichtigen Sie das Gerät und die technischen Eigenschaften der wichtigsten LED-Typen.
Was ist eine LED
Eine LED (vom englischen Light Emitting Diode oder LED) ist eine elektrische Festkörperquelle für künstliches Licht, die aus Halbleitermaterialien mit p- und n-Leitfähigkeit besteht. Unter Verwendung verschiedener Technologien – Abscheidung durch Masken, Ätzen, epitaxiale Abscheidung usw. – wird ein p-n-Übergang erhalten.
In einem Halbleitermaterial vom p-Typ sind Stromträger "Löcher" - Atome eines Halbleiterkristalls, in denen sie durch Dotierung mit speziellen Metallen einen Elektronenmangel erzeugen. Bei n-Materialien sind die Ladungsträger überschüssige Elektronen im Kristall.
Das "Loch" ist praktisch bewegungslos. Es hat eine positive Ladung, die der Ladung eines Elektrons entspricht. Das Elektron, das von der äußeren Bahn eines Atoms auf die äußere Bahn des benachbarten "springt", bewegt das "Loch" in die entgegengesetzte Richtung.
Das Funktionsprinzip oder was in der LED leuchtet
Indem sie eine konstante Spannung einer bestimmten Größe und Polarität an den pn-Übergang anschließen, verursachen sie im Übergang einen elektrischen Strom in Form eines Gegenstroms von elektrischen Ladungsträgern - „Löchern“ - positiven „Teilchen“ und Elektronen - negativ. Wenn sich diese Ströme in einem p-n-Übergang treffen, rekombinieren oder verschmelzen sie. Ein freies Elektron mit erhöhter Energie tritt in das „Loch“ ein und verschwindet.
Rechts der n-Halbleiterteil des Kristalls, „angereichert“ mit freien Elektronen, links der p-Halbleiterteil mit positiven „Teilchen“ – „Löchern“.
Dabei wird Energie in Form von Lichtquanten freigesetzt. Sie werden emittiert, d.h. vom Ende des Kristalls emittiert. Der Quantenstrom trifft auf den Reflektor. Seine polierte Oberfläche reflektiert das Licht in die richtige Richtung. Eine spezielle Oberflächengestaltung bildet die gewünschte Richtcharakteristik des Lichtstroms.
Die Spannung zur Stromversorgung des Übergangs wird "+" - an die Anode der Diode und "-" - an die Kathode angelegt.
Entwurf
Das wärmeabführende Substrat ist lila dargestellt. Graue Trapeze - Abschnitte eines reflektierenden Reflektor-Reflektors mit ringförmiger Konfiguration aus Aluminium.In der blauen Mitte befindet sich ein LED-Chip-Kristall mit verbundenen Gold- oder Silberdrähten, die an die Anoden- und Kathodenanschlüsse gelötet sind.
Arten von LEDs
LEDs sind recht "junge" Geräte. Ihre endgültige Klassifizierung hat sich noch nicht entwickelt. Daher verwenden viele namhafte Hersteller eigene Unterteilungssysteme.
Einer davon zufolge sind die LEDs nach ihrem Zweck wie folgt gruppiert:
- Indikator.
- Beleuchtung.
Indikatoren in ihrer Gruppe sind in die folgenden Typen unterteilt.
DIP-Dioden
Die Abkürzung leitet sich von Dual In-line Package oder „Double In-Line Placement“ ab. Normalerweise sind die Gehäuse Zylinder, aber es gibt auch Quader. Am unteren Ende befinden sich parallel zur Hauptsymmetrieachse des Körpers axial verlaufende Drahtleitungen. Der Ausgang der Kathode ist kürzer als der der Anode.
Die Einteilung in Typen - nach Durchmesser des Gehäuses und der Linse am oberen Ende. Durchmesser von 2-3 bis 20 mm und mehr. Leuchtfarbe - beliebige, mehrere Weißtöne.
Einer der Typen - Blinken in 2 Farben, hat 3 Ausgänge.
Strohhut
Die wörtliche Übersetzung ist ein Strohhut oder Bryl. Anwenden auf LEDs – der Körper ist wie ein Hut mit abgerundeter Spitze.
Zuleitungen unterschiedlicher Länge sind sichtbar, die kurze ist die Kathode. Einbauhöhenbegrenzungen sind ebenfalls sichtbar. Unter der Linse befindet sich ein Kristall mit gelbem Leuchtstoff.
Super-Flux-Piranha
Direkte Übersetzung - Superflow. Piranha - Übersetzung ins Russische - Piranha. Der Name der LED war auf die Besonderheiten der Metallzuleitungen in Form schmaler Streifen zurückzuführen. Um den Einbau in die Löcher der Leiterplatte zu vereinfachen, wurden beim Stanzen die Ecken an den Enden der Pins abgeschnitten. So stellten sich die scharfen „Zähne“ eines Raubfisches heraus.
Am Ausgang sind „Schultern“ eingestanzt - Begrenzer, die die Höhe des Gehäuses über der Platine festlegen. Also wurde das Gehäuse zur Luftkühlung von unten geöffnet. An den oberen Enden der Zuleitungen wurden Kristalle zur passiven Kühlung platziert.
Indem sie 2 oder 3 Chips in das Gehäuse einlegten, erhöhten sie den Lichtfluss. Und die Diode fiel in die Gruppe der superhellen.
Man sieht einen Kristall, der von einer Linse „bedeckt“ ist, und verengte Leiter-Former der Installationshöhe.
smd
Abkürzung für Surface Mounted Device, übersetzt aus dem Englischen - ein auf der Oberfläche installiertes Gerät. Sie sehen aus wie rechteckige Gehäuse aus Kunststoff oder Keramik. Schlussfolgerungen - von unten und an der Seite des Gehäuses in Form von Pads.
Meistens - Beleuchtung, aber bei geringer Leistung können sie auch ein Indikator sein. Leistungen von mW (Milliwatt) bis W. Glühen ist jede Farbe oder Schattierung von weißem Licht.
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OLED
Neben Festkörper-LEDs auf Basis von Halbleitermetallen - Silizium, Germanium, Galliumarsenid usw. - gibt es eine Gruppe von LEDs auf Filmen aus organischen Verbindungen. Sie heißen organische oder OLED-LEDs - Organic Light Emitting Diode.
Auch sie emittieren wie Halbleiterdioden Licht, aber nicht mit einer festen Struktur, sondern mit dünnen Schichten. Dabei findet sich die Hauptanwendung in der Entwicklung von einfarbigen Displays. Die bestehenden Nachteile farbiger OLED-Folien sind die unterschiedlichen Betriebszeiten für Folien unterschiedlicher Leuchtfarben. Dies sind mindestens 12-15.000 Stunden.
Nach der Verbesserung werden solche LEDs in Mobiltelefonen, Auto- und Schiffs-GPS-Navigatoren, in Nachtsichtgeräten und Geräten für die Nachtjagd und das Schießen usw. weit verbreitet sein.
Videotest: QLED, OLED und LCD (IPS) im Vergleich.
Filament
2012-2013ungewöhnliche LEDs erschienen, die sie Filament nannten. Tatsächlich handelt es sich um COB-Matrizen in Form langer Zylinder mit einem Durchmesser von 2-3 und einer Länge von 15-30 mm. 28-30 blaue Kristalle, durchsetzt mit einigen roten, werden auf einen Glas- oder Saphirzylinder geklebt. Sie sind in Reihenketten verbunden und nach Überprüfung der Gebrauchstauglichkeit mit einem gelben Leuchtstoff gefüllt.
Diese Technologie zur Herstellung von Filamentmodulen wird als Chip-On-Glass oder COG bezeichnet.
Fertige COG-Matrizen werden auf die Fassungen herkömmlicher Glühlampen aufgesetzt, in den Sockel eingebaut und in einen Glas- oder Kunststoffkolben gegeben. Zur Kühlung der LEDs wird der Kolben mit Helium gefüllt.
Lampenleistung - von 2-3 bis 10-12 Watt. Der Lichtstrom entspricht der Lichtausbeute herkömmlicher LEDs von 80-100 lm/W.
Das Ergebnis ist eine LED-Retrofit-Glühlampe. Die Lampe wird oft fälschlicherweise als LED-Glühlampe bezeichnet.
Der Begriff Retrofit stammt aus dem Englischen. Retrofit - Modernisierung oder Umbau. Das sind neue Lichtquellen in Gehäusen mit traditionellen Abmessungen.
Die obigen Zahlen unterscheiden sich in Leistung und Herstellern Filament-LED-Lampen. In einem Glaskolben mit E27-Sockel sind Filament-COL-Module an den Filament-Fassungen befestigt.
Eine Art PCB-Star
Die Abkürzung für LEDs dieser Art leitet sich vom englischen Ausdruck Printed Circuit Board ab. Seine Übersetzung ist Leiterplatte.
PCB Star-Diodenplatine. Der Hersteller ist die amerikanische Firma CREE, XML-Diodenmodell. Das gelbe Rechteck ist die Leistungsdioden-COB-Matrix.
Die Platine besteht aus einem Metall, das Wärme gut leitet, beispielsweise Aluminium. Die Platinenkonfiguration ist ein 6-Strahlen-Stern.Das COB-LED-Array ist werkseitig in der Mitte des Starboards montiert. Die Platine ist schwarz lackiert, um die passive Wärmeableitung zu verbessern, die ein leistungsstarkes Arbeitslicht emittierendes Gerät erzeugt.
6 "Sterne" auf der linken Seite - Dioden mit unterschiedlicher Leistung und Schattierungen von weißem Licht. Die unteren beiden sind stärkere Elemente mit großen Kreisen aus gelbem Leuchtstoff. Rechts ist eine Spalte mit 4 Stück. – Dioden zur planaren Montage auf der Oberfläche von Pads auf einer Leiterplatte.
Maßzeichnung einer leistungsstarken Flächen-LED auf einem Starboard. Die Höhe der Struktur beträgt 6,6 mm, der Durchmesser des Körpers der Diode mit planaren Anschlüssen beträgt 8 mm, die Größe der Star-Platine beträgt 22 mm.
LED-COB-Matrix
Wenn mehrere zehn blaue Halbleiterkristalle mit dielektrischem Klebstoff auf ein wärmeleitendes Substrat aus einem künstlichen Saphir- oder Siliziumkristall geklebt, durch Leiterbahnen in Reihen-Parallel-Gruppen verbunden und oben mit einem gelben Leuchtstoff gefüllt werden, erhalten wir ein LED-Modul. Das COB-Matrix. Die Abkürzung leitet sich vom englischen Ausdruck Chip-On-Board ab. Es wird als "Kristalle auf dem Brett" übersetzt.
COB-Matrizen verwenden gehäuselose LED-Chips ohne Substrate. Die Unterkunft ist extrem eng. Diese Technologie produziert einen erheblichen Teil der Hochleistungs-LEDs, darunter Hunderte von Kristallen. Ein guter lüftergekühlter Kühlkörper, manchmal mit Heatpipes, ermöglicht es Ihnen, in einem Fall eine Leistung von 150-200 W oder mehr zu erreichen.Die Matrix liefert eine gerichtete Strömung mit einem Streuwinkel von 100–150 Grad bei einem Wert von 0,7 vom Strahlungsmaximum.
Typklassifizierung
Zu den Arten von LEDs gehören:
- einzelne LEDs auf einem einzigen Hochleistungschip (COB-Matrix);
- LED-Paar in einem Paket - Anzeigedioden blinken abwechselnd in zwei Farben, z. B. rot und gelb;
- Tripletts oder Triaden von Emittern von drei Grundfarben - rot, grün und blau bzw RGB: Rot - Rot, Grün - Grün, Blau - Blau.
Wenn in einer Drei-Kristall-LED Kristalle der gleichen Leuchtfarbe vorhanden sind, haben wir eine superhelle LED. Mit Kristalllicht in verschiedenen Farben erhalten wir eine RGB-Triade oder ein mehrfarbiges, gesteuertes Licht emittierendes Gerät.
SMD ist eine Abkürzung für den englischen Ausdruck Surface Mounted Device, ein oberflächenmontiertes Gerät. Wird verwendet, um das Bestücken und Löten von elektronischen Bauteilen auf Leiterplatten zu automatisieren, inkl. und LEDs. Verwendet in Bändern, Linealen, Modulen und herkömmlichen Leiterplatten.
Zu den Hauptfarben gehören auch ein Paar YB-Farben - Gelb, Gelb und Blau, Blau. Es gibt andere Farbkombinationen, die beim Mischen Weiß ergeben.
Leistungsstarke COB-LEDs
Große Modelle haben Befestigungslöcher in den Ecken des Gehäuses. Kleinere Modelle werden auf die Leiterplatte gelötet.
Neben den üblichen Eigenschaften von LEDs fügen leistungsstarke Modelle einige zusätzliche Parameter hinzu:
- Nennleistung, W;
- Chipgröße, mm;
- Nennbetriebsstrom des Kristalls oder der Matrix;
- Lebensdauer entsprechend den Normen L 70, L80 usw.
Low-Power-LEDs
In Bezug auf den Stromverbrauch sind dies LEDs von 0,05 bis 0,5 W, Betriebsstrom - 20-60 mA (durchschnittliche Leistung - 0,5-3 W, Strom 0,1-0,7 A, groß - mehr als 3 W , Strom 1 A und mehr) .
Strukturell umfassen Low-Power-LEDs mehrere Gruppen von LED-Lichtemittern:
- LEDs in SMD-Gehäusen sind gewöhnlich und superhell;
- DIP-Dioden in zylindrischen Gehäusen - zum Einbau in Löcher in Leiterplatten;
- in Piranha-Gehäusen - zur Montage in Löchern.
Im Bild die LEDs von oben nach unten:
- In zylindrischen DIP-Gehäusen - mit flexiblen Drahtanschlüssen zum Einlöten in die Platinenlöcher.
- In Piranha-Fällen sind sie auch Superflux und löten durch die Löcher.
- In Gehäusen mit planaren Anschlussdrähten zur Montage auf Kontaktpads ein- und zweiseitiger Leiterplatten oder in „Wells“ von Multilayer-Platinen.
Eigenschaften von LEDs
LEDs werden durch viele Parameter beschrieben. Die wichtigsten davon:
- Lichtintensität und Energieeffizienz - Lm und Lm / W;
- der Divergenzwinkel des Lichtflusses bei Werten von 0,5 oder 0,7 Grad - für gewöhnliche von 120 bis 140 Grad, für Anzeigemodelle - von 15 bis 45 Grad;
- Stromverbrauch während des Betriebs, W - klein - bis zu 0,5, mittel - 0,5-3, groß - mehr als 3;
- Betriebsstrom durch die Diode, mA oder A;
- Farbe oder Schattierung von weißem Licht Bunte Temperatur, Grad Kelvin, K - von 2000-2500 K - warmweiß und bis 6500-9500 K - kaltweiß.
Es gibt noch weitere Merkmale, die aber seltener verwendet werden. Beispielsweise ist die Strom-Spannungs-Charakteristik, I-V-Charakteristik einer LED eine Kurve des Stroms durch einen Übergang gegenüber der daran angelegten Betriebsspannung. Es wird in elektrischen Berechnungen des LED-Betriebsmodus verwendet.
Maße
Die Abmessungen der LED werden durch die Abmessungen ihres Gehäuses bestimmt.Für SMD-Gehäuse - Länge, Breite, Dicke. Die ersten beiden Werte sind in die Bezeichnung eingebettet, zum Beispiel SMD2835, wobei zwei Zahlenpaare 2,8 mm breit und 3,5 mm lang sind. Die Dicke des Gehäuses ist der Beschreibung bzw. dem Pass der Diode zu entnehmen.
Bei zylindrischen DIP-Dioden sind der Gehäusedurchmesser und seine Höhe mit Linse wichtige Eigenschaften. In diesem Fall müssen die Länge der Kabeladern und die Empfehlungen des Herstellers zum Biegen vor der Installation berücksichtigt werden.
Wellenlänge
Eine solche Eigenschaft von LEDs wie die Wellenlänge wird sehr selten verwendet. Wird oft als die Farbe des Leuchtens bezeichnet.
| Farbschattierung | Wellenlänge, nm |
|---|---|
| Infrarot (unsichtbar) | 760-880 |
| rot | 620-760 |
| Orange | 585-620 |
| gelb | 575-585 |
| Gelbgrün | 555-575 |
| grün | 510-555 |
| blau | 480-510 |
| blau | 450-480 |
| violett | 390-450 |
| UV (unsichtbar) | 10-390 |
Die Wellenlänge des Leuchtens der Diode wird in Nanometern gemessen - nm. Es ist nicht immer in den Passdaten des Produkts angegeben.
Bezeichnung und Farbkennzeichnung
Jeder Hersteller hat seine eigene Kennzeichnung von LEDs. Beispielsweise werden in der Bezeichnung der LED - LED-WW-SMD5050 ihre alphabetischen und numerischen Elemente decodiert:
- LED - LED;
- WW - Leuchtfarbe Warm White - Warmweiß 2700-3500 K;
- SMD - Gehäuse für Oberflächenmontage;
- 5050 - Körpermaße in Zehntel Millimeter - 5,0 × 5,0.
Varianten der Abkürzungen für Weißlichtschattierungen:
- DW - Day White - weißer Tag (4000-5000 K);
- W - Weiß, reinweiß (6000-8000 K);
- CW oder WC - Cool White - kaltweiß (8000-10 000 K);
- WSC - White Super Cool - superkaltes Weiß, Farbtemperatur 15.000 K mit charakteristischem Blaustich;
- NW - Neutralweiß - neutralweiß - 5000 K.
Es gibt andere Bezeichnungen für LEDs und Farben, das System ist noch nicht vollständig standardisiert, daher verwenden Hersteller unterschiedliche Zahlenwerte und Namen für Weißlichtschattierungen.
Grafisches und alphabetisches Bild auf dem Diagramm
Die Anode, auch Pluspol der LED genannt, wird auf den Stromkreisen als Dreieck dargestellt. Kathode (Minus) - ein Querstrich.
LED-Spannungstabelle
Damit die LED im Betrieb alle durch ihre Konstruktion und Fertigungstechnologie vorgegebenen Eigenschaften erbringen kann, muss sie mit einer berechneten Stromversorgung versorgt werden. Legen Sie beispielsweise eine Spannung an seine Anode und Kathode an, die etwas höher ist als die Gleichspannung des p-n-Übergangs. Überspannung sollte in Reihe "gelöscht" werden enthaltener Widerstand. Der Widerstand wird Strombegrenzungswiderstand genannt. Er dient dazu, einen Überstrom durch den p-n-Übergang zu verhindern.
Die LED hat zwei Kontaktleitungen - die Anode und die Kathode, wobei die Kathode kürzer als die Anode ist. Wenn die Länge gleich ist, dann definieren Sie können sie mit einer Fingerbatterie verwenden. Wenn es Licht gibt, dann haben Sie eine Anode vor sich.
Tisch. Vorwärtsspannung des p-n-Übergangs der farbigen LED.
| Leuchtfarbe | Betriebsspannung, direkt, V |
|---|---|
| Weiß | 3,5 |
| rot | 1,63–2,03 |
| Orange | 2,03–2,1 |
| gelb | 2,1–2,18 |
| grün | 1,9–4,0 |
| blau | 2,48–3,7 |
| violett | 2,76–4 |
| Infrarot | bis 1.9 |
| UV | 3,1–4,4 |
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Anwendung von LEDs
Der Anwendungsbereich von LEDs wird ständig erweitert. Anfänglich wurden sie als Leuchtmelder in Schaltungen zum Einschalten oder Betreiben elektronischer Geräte verwendet.Zum Beispiel das Einschalten des Senders, das Umschalten auf erhöhte oder reduzierte Leistung usw. Sie könnten die automatische Aktivierung fixieren, zum Beispiel wenn ein Rufsignal erscheint oder um Aufmerksamkeit zu erregen. Es wurden blinkende oder einfarbige LEDs verwendet - rot, gelb, grün, blau.
Kleine, superhelle DIP-LEDs wurden in Reihen-Parallel-Ketten geschaltet und direkt von einem 220-V-Netz gespeist.flexibles neon"- ein leuchtendes" Tourniquet. Es kann an der Seite des Pools, am Bordstein des Weges verlegt werden, das Dach des Hauses oder einen Baum im Garten schmücken.
Das Aufkommen von flexiblen Mehrschichtplatinen und SMD-Gehäusen für die Oberflächenmontage hat zur Schaffung von flexiblen geführt LED-Streifen.
Anfangs waren dies Mittel der dekorativen Innenausstattung. Eine Erhöhung der Leistung von SMD-Dioden und die Dichte ihrer Platzierung auf der Platine ermöglichten den Einsatz von LED-Streifen, zunächst für die Zusatz- und dann für die Hauptbeleuchtung. Eine Erhöhung des Staub- und Feuchtigkeitsschutzes der Bänder führte zu ihrer Verwendung für dekorative Beleuchtung und dann für die Hauptbeleuchtung unter Straßenbedingungen.
Gleichzeitig wurden LED-Lampen entwickelt, um Glühlampen in Lampen zu ersetzen - Wandlampen, Kronleuchter und Tischlampen. Retrofit-Lampen erschienen - vollständige Analoga von Glühlampen und Leuchtstoffröhren in Bezug auf Form, Kolbengröße und Versorgungsspannung. Der schrittweise Austausch von Glühlampen durch LED-Retrofits hat begonnen. Gleichzeitig wurde die Produktion von LN eingestellt - zunächst 100 W oder mehr, dann 75, 60 usw.
Die Entwicklung leistungsstarker Einzel-LEDs, insbesondere im Emitter- oder PCB-Star-Gehäuse, hat zur Entstehung von Taschenlampen mit eingebautem Akku beigetragen. Die Helligkeit und Dauer des Leuchtens nach einem Ladezyklus war um ein Vielfaches höher als bei früheren Modellen.
Hervorragende Steuerbarkeit von LEDs mit elektronischen Mitteln - Controller und Dimmer - Dimmer, ermöglichten den Einsatz leistungsstarker Strahler bei der lichtdynamischen Beleuchtung von Straßen und Plätzen in Städten und Gemeinden in allen Regionen des Landes.
LED-Streifentyp RGB, RGBW und RGBWW ermöglichte es, nicht nur starke weiße Lichtstrahlen zu erhalten, sondern auch seinen weißen Farbton über einen weiten Bereich von gelblich warm bis bläulich und blau kalt zu ändern.
Die Steuerbarkeit neuer Lichtquellen ermöglicht einen breiten Einsatz in der Lichtwerbung – „Schleichlinien“, Lichtdisplays, Infoscreens etc. Nutzen Sie diese leuchtenden farbigen und weißen Lichtquellen in der Fassadenwerbung und auf Hausdächern - flache und dreidimensionale Buchstaben und Zeichnungen, Markennamen, Markenbilder und vieles mehr.
Und alle diese Designs funktionieren viel länger als ihre Gegenstücke auf herkömmlichen Lampen, erfordern fast keine Wartung und verbrauchen ein Vielfaches weniger Strom. Die technischen Eigenschaften von LEDs und Leuchtmitteln nehmen ständig zu. Die Kosten für LEDs sinken und die Anwendung erweitert sich.
