Типы светодиодов и их характеристики

Содержание

Характеристики видов и типов светодиодов

Длительное время светодиоды использовались только в качестве индикаторов для различных приборов. Современные устройства вполне могут заменить любые источники света для освещения домов, промышленных зданий, офисов, улиц и т. д.

На рынке освещения представлены разные виды светодиодов, которые отличаются характеристиками.

Чтобы знать, как выбрать led-устройства в зависимости от целей, нужно знать, как они устроены, работают, изучить основные параметры.

Что такое светодиод

Внешне светоизлучающий диод выглядит как кристалл на металлической основе, покрытый пластиковой линзой. Осветительный элемент состоит из таких частей:

  • основа из алюминия или меди;
  • полупроводниковый кристалл;
  • катод (-) и анод (+);
  • слой силикона;
  • линза из пластика;
  • защитный корпус.

На металлической основе зафиксирован катод и анод. На первом электроде закреплен полупроводниковый чип (кристалл). Контакты имеют проводники, которые подсоединяются к чипу p-n-переходом (электронно-дырочный переход). На этом участке с помощью соединительной проволоки объединяются 2 полупроводника с дырочным и электронным типом проводимости. Сверху конструкция покрыта слоем силикона и пластиковой колбой и помещена в корпус с выводами для подключения к цепи.

Устройство и принцип действия

Светодиоды излучают свет благодаря наличию p-n-перехода. На этом участке контактируют носители заряда p- и n-типа. Катод (n-тип) – это полупроводник с отрицательным зарядом, а анод (p-тип) является носителем положительного заряда (дырки). То есть, в первом образуются дырки (участки, где нет электронов), а второй скапливает электроны. На их поверхности размещены контактные площадки из металла, к которым прикреплены выводы методом пайки.

Когда к полупроводнику р-типа поступает положительный заряд, а к электрону n-типа – отрицательный, то на границе между диодом и катодом начинает протекать ток. При прямом включении отрицательные и положительные электроны встречаются, и на участке перехода (p-n-переход) происходит их рекомбинация (обмен). При подаче отрицательного напряжения со стороны катода на область р-типа, то происходит прямое смещение. Свечение появляется при выделении фотонов в результате обмена.

Основные технические характеристики светодиодов

При выборе led-лампочек нужно обращать внимание на их характеристики. Обычно параметры устройства указаны на упаковке или в техническом паспорте.

При покупке светодиодного устройства учитывайте такие его характеристики:

  • величина тока потребления кристалла;
  • напряжение;
  • сопротивление;
  • световой поток, угол излучения;
  • цветовая температура.

Кроме того, необходимо знать, как расшифровать маркировку на плате, которая указывает на размер ЛЕД-элемента. Эти значения помогут вам узнать длину и ширину чипа, определить силу тока кристалла.

От параметров диода зависит возможность его применения в определенных условиях и обеспечение необходимого уровня освещенности.

Сила тока на кристалле

В продаже есть разные виды led-устройств: на 1, 2, 3 или 4 кристалла. Светодиодные лампочки с 1 элементом рассчитаны на ток 0.02 А. При увеличении количества чипов этот показатель увеличивается, например, ток потребления устройств на 4 чипа равен 0.08 А (по 0.02 А на каждый кристалл).

Внимание! Сила тока влияет на стабильность работы ЛЕД-лампы, если этот параметр увеличивается, то повышается вероятность преждевременной ее поломки. При сильных скачках тока светодиод перегорает сразу.

Чтобы продлить срок эксплуатации ЛЕД-светильника, нужно подключить к нему резистор, который стабилизирует ток. Чтобы подобрать прибор с подходящим сопротивлением, нужно учитывать характеристики светодиодной лампы. Сделать это поможет онлайн-калькулятор.

Напряжение

При выборе следует учитывать не напряжение питания ЛЕД-элемента, а величину его падения. Этот показатель соответствует уровню напряжения на выходе, после того, как через него проходит ток. Этот параметр можно найти на упаковке.

Существуют разные виды светодиодов, напряжение которых зависит от цвета свечения. Этот параметр у кристаллов с белым, зеленым, фиолетовым, синим светом находиться в диапазоне от 2.2 до 4 В, у элементов с красным, оранжевым, желтым светом – от 1.6 до 2.2 В. Напряжение ультрафиолетовых диодов колеблется от 3.1 до 4.4 В, а инфракрасных – около 1.9 В.

При соединении разных видов светодиодов параллельным способом нужно контролировать уровень падения напряжения каждого элемента. При незначительном повышении напряжения увеличивается и ток, тогда устройство сгорит.

Сопротивление диодов

Даже один светодиод может иметь разное сопротивление: дифференциальное (динамическое) и постоянному току. На участке ВАХ (вольт-амперная характеристика – зависимость тока от напряжения или наоборот на участке электроцепи) динамическое сопротивление незначительное и ниже сопротивления статического тока. На обратном пути динамическое сопротивление выше этого показателя тока.

Устройство и принцип действия светодиода

Светодиоды были изобретены около полувека назад как более удобная альтернатива миниатюрным лампам с нитями накаливания. Новые осветительные элементы были более удобны, просты в эксплуатации и энергоэффективны. На протяжении последних 30 лет светодиоды совершенствуются и дорабатываются, захватывая все большую часть рынка. Причиной большой популярности стала эксплуатационная надёжность, большой рабочий ресурс и простой принцип работы светодиода.

Историческая справка

Исторически изобретателями светодиодов считаются физики Г. Раунд, О. Лосев и Н. Холоньяк, которые по-своему дополняли технологию в 1907, 1927 и 1962 годах, соответственно:

  1. Г. Раунд исследовал излучение света твердотельным диодом и открыл электролюминесценцию.
  2. О. В. Лосев в ходе экспериментов открыл электролюминесценцию полупроводникового перехода и запатентовал «световое реле».
  3. Н. Холоньяк считается изобретателем первого светодиода, применяемого на практике.

Светодиод Холоньяка светился в красном диапазоне. Его последователи и разработчики дальнейших лет разработали жёлтый, синий и зелёный светодиоды. Первый элемент высокой яркости для применения в волоконно-оптических линиях был разработал в 1976 году. Синий светодиод LED был сконструирован в начале 1990-х трио японских исследователей: Накамура, Амано и Акасаки.

Эта разработка отличалась крайне малой себестоимостью и, по сути, открыла эпоху повсеместного применения LED-светодиодов. В 2014 году японские инженеры получили за это Нобелевскую премию по физике.

В нынешнем мире светодиоды встречаются повсеместно:

  • в наружном и внутреннем освещении светодиодными лампами и лентами;
  • как индикаторы для буквенно-цифровых табло;
  • в рекламной технике: бегущих строках, уличных экранах, стендах и т.п;
  • в светофорах и уличном освещении;
  • в дорожных знаках со светодиодным оснащением;
  • в USB-устройствах и игрушках;
  • в подсветке дисплеев телевизоров, мобильных устройств.

Устройство светодиода

Конструкция светодиода представлена следующими составляющими:

  • эпоксидная линза;
  • кристалл-полупроводник;
  • отражатель;
  • проволочные контакты;
  • электроды (катод и анод);
  • плоский срез-основание.

Рабочие контакты закреплены в основании и проходят сквозь него. Другие компоненты лампы находятся внутри неё в герметичном пространстве. Оно образовано спайкой линзы и основания. При сборке на катоде закрепляется кристалл, а на контактах – проводники, которые через p-n-переход подключены к кристаллу.

Что такое OLED?

OLED – это органические полупроводниковые светодиоды, которые производятся из органических компонентов, которые светятся при прохождении электрического тока. Для их производства применяются многослойные тонкоплёночные структуры из различных полимеров. Принцип действия таких светодиодов также базируется на p-n-переходе. Преимущества OLED проявляются в сфере дисплеев – по сравнению с жидкокристаллическими и плазменными аналогами они выигрывают по яркости, контрастности, энергопотреблению и углам обзора. Технология OLED не используется для производства осветительных и индикаторных светодиодов.

Как работает элемент?

Принцип действия светодиода основывается на функциях и свойствах p-n-перехода. Под ним понимается специальная область, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости (от электронной n-области к дырочной p-области). p-полупроводник является носителем положительного, а n-полупроводник – отрицательного заряда (электронов).

В конструкции светодиода положительным и отрицательным электродами выступают анод и катод, соответственно. Поверхность электродов, которая находится снаружи колбы, имеет металлические контактные площадки, к которым припаяны выводы. Таким образом, после подачи положительного заряда на анод и отрицательного – на катод – на p-n переходе начинает протекание электрического тока.

При прямом включении питания дырки из области p-полупроводника и электроны из области n-полупроводника буду направлено двигаться на встречу друг другу. В результате этого на границе дырочно-электронного перехода происходит рекомбинация, то есть обмен, и выделяется световая энергия в виде фотонов.

Для преобразования фотонов в видимый свет материал подбирается таким образом, чтобы длина их волна оставалась в видимых пределах цветового спектра.

Разновидности светодиодов

Последовательное совершенствование открытой в 1962 году технологии привело к созданию разнообразных базовых элементов и моделей светодиодов на их основе. На сегодняшний день классификация проводится по расчётной мощности, типу соединения и типу корпуса.

В первом случае различаются осветительные и индикаторные варианты. Первые предназначены для использования в осветительных целях. Их уровень мощности приблизительно соответствует аналогичным вольфрамовым и люминесцентным лампам. Индикаторные светодиоды не излучают сильный поток света и используются в электронном оборудовании, приборных и навигационных панелях и т.д.

Индикаторные светодиоды между собой различают по типу соединения на тройные AlGaAs, тройные GaAsP и двойные GaP. Аббревиатуры, соответственно, означают алюминий-галлий-мышьяк, галлий-мышьяк-фосфор и галлий-фосфор. AlGaAs светят жёлтым и оранжевым в пределах видимого спектра, GaAsP- красным и жёло-зелёным, а GaP – зелёным и оранжевым.

По типу корпуса представленные в широком применении светодиодные светильники сейчас делятся на:

  • DIP. Это старый форм-фактор из линзы, пары контактов и кристалла. Такие светодиоды применяются в световых табло и игрушках для подсветки;
  • «Пиранья» или Superflux. Это доработанная модель DIP, которая имеет не два, а четыре контакта. Выделяет меньше тепловой энергии и, соответственно, меньше греется. Сейчас применяется в автомобильной подсветке;
  • SMD. Самая популярная технология на современном рынке LED-светильников. Это универсальный чип, монтаж которого был произведён непосредственно на плате. Используется в большинстве источников света, осветительных линий, лент и т.п;
  • COB. Это результат совершенствования технологии SMD. У таких светодиодов есть несколько чипов, монтированных на одной плате на алюминиевом или керамическом основании.
Читайте также:  Монтаж датчика движения для включения света

Технические характеристики и их зависимость друг от друга

Основными функциональными и эксплуатационными параметрами светодиодных светильников являются:

  • интенсивность светового потока (яркость);
  • рабочее напряжение;
  • сила тока;
  • цветовая характеристика;
  • длина волны.

Светодиодное напряжение и яркость выступают прямо пропорциональными величинами – чем выше одна, тем выше другая. Но это не напряжение питающего тока, а величина падения напряжения на приборе. Кроме того, от напряжения зависит и цвет светодиода. Таким образом, между собой связаны яркость, длина волны, напряжение и цвет светодиода, а их соотношение представлено в следующей таблице.

Цвет

Длина волны

Напряжение

БелыйШирокий спектр3,0-3,7 ВУльтрафиолетовый10-400 нм3,1-44 ВФиолетовый400-450 нм2,8-4 ВСиний450-500 нм2,5-3,7 ВЗелёный500-570 нм2,2-3,5 ВЖёлтый570-590 нм2,1-2,2 ВОранжевый590-610 нм2,3-2,1 ВКрасный610-760 нм1,6-2,03 ВИнфракрасный>760Цветовая характеристика

Цвет свечения светодиодного элемента зависит от длины волны, которая измеряется в нанометрах. Для изменения цвета свечения в материал полупроводника на этапе производства добавляются активные вещества:

  • полупроводники обрабатываются аллюминий-индий-галлием (AlInGaP) для получения красного цвета;
  • оттенки зелёного и сине-голубого спектра получаются с использованием индий-нитрида галлия (InGaN);
  • для получения белого свечения на базе синего светодиода его кристалл покрывают люминофором, который преобразует синий спектр в красный и жёлтый свет;
  • для фиолетового свечения применяется индий-галлия нитрид;
  • для оранжевого – галлия фосфид-арсенид;
  • для синего – селенид цинка, карбид кремния или индий-галлия нитрид.

Аналогично методу получения белого свечения можно использовать люминофоры разных цветов для получения дополнительных оттенков. Так, красный люминофор позволяет выпускать розовые и пурпурные светодиоды, а зелёный – салатных оттенков. В обоих случаях люминофор наносит на основу в виде синего светодиода.

Преимущества

Особенности того, как работает светодиод, дали ему несколько важных эксплуатационных и функциональных достоинств перед другими видами преобразователей электрической энергии в световую:

  • современные светодиоды не уступают по параметрам светоотдачи металлогалогенным и натриевым газоразрядным лампам;
  • конструкция практически полностью исключает выход из строя каких-либо компонентов из-за вибрации и механических повреждений;
  • LED-светильники малоинерционные, то есть моментально достигают полной яркости после включения;
  • современный ассортимент позволяет выбирать модели со спектром от 2700 до 6500 K;
  • внушительный рабочий ресурс – до 100 000 часов;
  • ценовая доступность индикаторных светодиодов;
  • светодиодное освещение, как правило, не требует большого напряжения и сохраняет пожарную безопасность,;
  • температуры ниже 0˚С почти не сказываются на работоспособности устройств;
  • строение светодиода не предусматривает использование фосфора, ртути, других опасных веществ или ультрафиолетового излучения.

Светодиод

Светодиод
ТипАктивный электронный элемент
Принцип работыЭлектролюминесценция
ИзобретёнГенри Раунд [en] (1907)
Олег Лосев (1927)
Ник Холоньяк (1962)
Впервые создан1962
Символьное обозначение
Пин конфигурацияанод и катод

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД; англ. light-emitting diode, LED ) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт о СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

Содержание

Принцип работы

При пропускании электрического тока через p-n-переход в прямом направлении носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой [1] ).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа A III B V (например, GaAs или InP) и A II B VI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский жёлтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался ещё в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

История

Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом [en] из Маркони Лабс [en] . Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл — карбид кремния (карборунд, SiC), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде.

Эти эксперименты были позже, независимо от Раунда, повторены в 1923 году О. В. Лосевым, который, экспериментируя в Нижегородской радиолаборатории с выпрямляющим контактом из пары карборунд — стальная проволока, обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Это наблюдение было опубликовано, но тогда весомое значение этого наблюдения не было понято и потому не исследовалось в течение многих десятилетий.

Лосев показал, что электролюминесценция возникает вблизи спая материалов [2] . Теоретического объяснения явлению тогда не было. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием. Им были получены два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) [3]

В 1961 году Джеймс Роберт Байард (англ.) русск. и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли технологию инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия (GaAs). После получения патента в 1962 году началось их промышленное производство.

Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал Ник Холоньяк в Университете Иллинойса для компании General Electric в 1962 году. Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода». Его бывший студент, Джордж Крафорд (англ.) русск. , изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз в 1972 году. В 1976 году Т. Пирсол создал первый в мире высокоэффективный светодиод высокой яркости для телекоммуникационных применений, специально адаптированный к передаче данных по волоконно-оптическим линиям связи.

Светодиоды оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года (около $200 за штуку), их практическое применение было ограничено. Исследования Жака Панкова в лаборатории RCA привели к промышленному производству светодиодов; в 1971 году им был получен первый синий светодиод [4] [5] . Компания «Монсанто» была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах. Компании «Хьюллет-Паккард» удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.

В середине 1970-х годов в ФТИ им. А. Ф. Иоффе группой под руководством Жореса Алфёрова были получены новые материалы — полупроводниковые гетероструктуры, в настоящее время применяемые для создания лазерных и светодиодов [6] [7] . После этого началось серийное промышленное производство светодиодов. Открытие было удостоено Нобелевской премий в 2000 году [8] . В 1983 году компания Citizen Electronics первой разработала и начала производство SMD-светодиодов, назвав их CITILED [9] .

В начале 1990-х Исама Акасаки, работавший вместе с Хироси Амано в университете Нагоя, а также Сюдзи Накамура, работавший в то время исследователем в японской корпорации «Nichia Chemical Industries», изобрели технологию изготовления синего светодиода (LED). За открытие дешевого синего светодиода в 2014 году им троим была присуждена Нобелевская премия по физике [10] [11] . В 1993 году Nichia начала их промышленный выпуск, а в 1996 начала выпуск белых светодиодов [12] .

Синий светодиод, в сочетании с зелёным и красным, дает белый свет с высокой энергетической эффективностью, что позволило в дальнейшем создать, среди прочего, светодиодные лампы и экраны со светодиодной подсветкой. В 2003 году, компания Citizen Electronics первой в мире произвела светодиодный модуль по запатентованной технологии непосредственно вмонтировав кристалл от Nichia на алюминиевую подложку с помощью диэлектрического клея по технологии Chip-On-Board.

Характеристики светодиодов

У многих возникает вопрос, почему диод одинаковой мощности (например 50W) стоит в китайском интернет магазине 100р, а в России 500 руб. Китайские продавцы и производители грамотно используют характеристики светодиодов, которые нельзя измерить без специального оборудования . К тому же научились производить очень дешевые и низкокачественные. 99% покупателей в них не разбираются и сталкиваются с ними впервые. Большая разница в цене даёт хороший повод для обмана, всегда можно впарить барахло по цене фирменного, что они умело и делают.

  • 1. Размер чипа
  • 2. Сила тока на кристалле
  • 3. Параметры сверхярких светодиодов от 10W
  • 4. Характеристики 5050, 2835, 5730, 5630, 3528
  • 5. Характеристики светодиодов для фонариков
  • 6. Основные характеристики
  • 7. Подробное описание

Размер чипа

Наверное вы видали, что иногда продавец пишет в характеристиках размер кристалла, указывая его в «mil». Так обозначаются тысячные доли дюйма, в миллиметрах получается 0,0254мм. Типовой кристалл имеет размеры 30*30mil и 45*45mil. В миллиметрах 0,762*0,762мм и 1,143*1,143мм. Измерить не очень просто, но можно сравнить на глаз, если есть эталон. Я использую цифровой штангенциркуль, с точностью до 0,01мм. Для замеров нужен инструмент с острыми концами, обычный микрометр не подходит, так как кристалл утоплен в корпусе.

Соответствие размеров и мощности:

  1. 1W — 45*45mil;
  2. 1W — 30*30mil;
  3. 0,75W — 24*40mil;
  4. 0,5W — 24*24mil.

Дальше по тексту кристалл будет обозначен сокращением «КР».

Сила тока на кристалле

На светодиодных матрицах мощность можно узнать по количеству установленных КР. Они в виде точек видны под желтым люминофором. У цветных и RGB люминофора нет, их видно отлично.

На мощных светодиодах 1 КР имеет мощность 1W и номинальный ток 300мА. При таком токе обеспечивается штатный долговременный режим работы. Если видно 50 КР, то соответственно будут равны 50W.

Параметры сверхярких светодиодов от 10W

Рассмотрим особенности мощных светодиодных матриц белого света. Чтобы удешевить стоимость, китайцы решили ставить кристаллы поменьше и похуже на 0,5W и 0,75W, для которых номинальный ток 150мА и 220мА. Для них 300мА будет слишком много, они будут сильно деградировать и греться. Хорошие должны иметь длину и ширину от 30*30mil до 45*45mil.

Читайте также:  Расчет соединения катушек индуктивности смешанное

RGB на 10W

Когда делаете выбор в магазине, то используйте эту информацию для вычисления реальных параметров мощных матриц от 10вт, 20вт, 30вт, 50вт, 70вт, 100вт.

Для визуального определения качества мощного светодиода, используйте геометрические параметры. Лучше всего если чипы под люминофором будут квадратные. Прямоугольные — это практически гарантия завышенных характеристик.

Характеристики 5050, 2835, 5730, 5630, 3528

Цифры в маркировке обозначают только размер SMD корпуса. И это никак не связано с его мощностью. Например для SMD5050 габариты будут 5,0мм на 5,0мм.

В больших корпусах SMD5630, SMD 5730 европейские и америкаские бренды Samsung, LG, Philips производят лед чипы на 0,5W. Китайцы этим умело пользуются, и ставят в стандартный корпус 5630 и 5730 слабый КР на 0,01W,продавая их как 0,5W. Поэтому китайские лампы-кукурузы утыканы слабыми диодами.

Технические характеристики китайских

Китайские 5630, 5730
тип №1
Китайские 5630, 5730
тип №2
Китайский 5050
Мощность0,09W0,15W0,1W
Яркость7 лм12 лм8 люмен

Характеристики светодиодов для фонариков

Кроме изготовления низкокачественных LED, китайцы научились производить подделки сверхярких светодиодов для фонариков, светодиодных балок, велофар. Они на 95-99% копируют внешний вид, но параметры всё равно остаются китайские, на 30-40% хуже оригиналов.

Этим объясняется низкая стоимость аккумуляторных светодиодных фонарей на Cree Q5, Cree XML T6, Cree XHP50. В самых дешевых на 100% стоят подделки. Проверял сам лично, купив 10 разных фонариков на Крии Q5 и Т6. Все они оказались на поддельных КРИ производства LatticeBright.

Характеристики ярких светодиодов для фонариков подробно описаны по ссылкам:

Основные характеристики

Есть много вариантов его удешевить, заменить дорогостоящие материалы дешевыми. Самая главная особенность, что такая замена никак не сказывается на внешнем виде, поэтому и возникают такие вопросы.

Список отличий влияющих на цену:

  1. материал основания, медь или алюминий;
  2. количество проводников идущих к кристаллу;
  3. материал проводников;
  4. масса светодиода;
  5. срок службы по стандарту L70 или L80;
  6. максимальная рабочая температура;
  7. количество Люмен на 1 Ватт;
  8. качество люминофора;
  9. индекс цветопередачи CRI;
  10. размер кристалла;
  11. качество кристалла;
  12. разброс технических характеристик;
  13. точность пайки и сборки.

Некоторые параметры можно будет определить только после 5000ч. работы:

  • скорость деградации КР;
  • эффективный срок эксплуатации;
  • качество жёлтого люминофора.

Считаю, что на окупаемость первостепенную роль играет эффективный период службы по стандартам L80 и L70. Для уличных светодиодных светильников второстепенные параметры особой роли не играют.

Подробное описание

1. На дешевых светодиодах основание делают из алюминия, его теплопроводность хуже, чем у меди. Это значительно влияет на массу. Скорость отвода тепла от КР уменьшается, при работе их температура становится выше.

2. Кристалл имеет очень маленькие размеры, для подачи питания его соединяют тонкими проводниками с внешними контактами. Лучше всего если их 4,хуже всего 2 штуки.

3. В фирменных диодах проводники изготавливают из тонких золотых нитей, они выдерживают скачки тока, особенно в автомобиле. Золото заменяют на медь или позолоченную медь. Наверное многие из вас видали дневные ходовые огни или светодиодные лампы которые мигают. При нагреве контакт с Кр теряется, при охлаждении появляется снова.

4. Медь гораздо тяжелей алюминия или других сплавов на его основе. Поэтому хороший LED должен быть тяжелым. Для маломощных 1W, 3W, 5W разница будет небольшой. А начиная от 10W и до 100W, разница в весе будет 2-3 раза.

5. Стандарт L70 и L80 определяют количество часов, которые он проработает до снижения светового потока до 70% и 80% от первоначального. Китайцы пишут для всех стандартное значение в 30.000ч. и 50.000ч.

6. По характеристикам светодиоды имеют максимальную рабочую температуру в 60°. Уже 70° для них критические, требуется большая система охлаждения. Хорошие проработают положенное время в 50-70 тысяч часов при 110°.

7. Самые плохие дают 50 лм/вт, хорошие до 130лм/вт, лучшие до 200 лм/вт. Покупая у китайцев не надейтесь, что будет более 100 лм/вт.

8. Все белые лед чипы без люминофора светят синим цветом. Для придания ему теплого белого или нейтрально белого цвета наносят желтый люминфор. Он бывает разным, недорогой быстро выгорает. Это приводит к смещению цвета в сторону голубого и изменению индекса цветопередачи. Индекс CRI ниже 80 не пригоден для жилых помещений.

9. Цветопередача отвечает за точность передачи цветов предметом, которые мы видим при светодиодном освещении. При низком CRI

Здравствуйте.Сгорел диод в китайском шокере YB 1323. Обозначений ни каких.Чем заменить?Заранее благодарен.

Поставьте такой же китайский, чтобы были похожи внешне и по габаритам, думаю не ошибётесь. Знаю более 100 видов китайских диодов, и не представляю какой у вас.

Вопрос к эксперту на ответ от 07 12 2017г.
Если он говорит правду, тогда должно изменяться сопротивление светодиода? А то как то не вяжется с законом Ома. Или я что-то не так понимаю? Тогда пожалуйста объясните.

Такие элементарные вещи вы можете погуглить, не ленитесь.

Продавец утверждает, что один и тот же светодиод может работать в режиме 1 Вт. и 3 Вт. При одинаковом значении вх. напряжения 3,2-3,6 в. , а ток должен быть при этом 350 и 700 ма. Как это возможно? Ведь тогда должно меняться внутреннее сопротивлений кристалла.

Он говорит правду.

Купил мощные светодиодные матрицы COB с интегрированным драйвером питания 50 W 220 V.
Существует к нему какой-то штатный разъём, или тупо припаиваются провода ?

Шестигранник, алюминий, с полуотверстиями в углах. Без папы, без мамы (никакой маркировки). Ставил на радиатор, пускал 350 мА — не сгорел. На включённый смотреть невозможно. Где найти истинные параметры? Когда покупал на митинском рынке (лет 5 тому….) кажется говорили, что ме нужно 700 мА. Но после работы на 350, я в 700 не очень верю. Или только дольше жить будет?
На них у меня был «сканер», для пересъёмки негативов (к четырём белым были добавлены четыре RGB) работал на отлично. Задавал свет любой температуры. Сейчас есть iPad, который обеспечивает любой цвет экрана и вполне заменяет мне эту самодельную лампу.
Так вот и оставшихся 5 белых делаю простую светодиодную лампу на стол. Стабилизатор тока (LM317) ставлю прямо на радиаторе. Вопрос какой ток давать ? 350 или 700. Т.е. источник питания? С каким запасом?
Жаль картинку послать нельзя Вам……

Вообще ничего не понял, про что вы пишите.

Добрый день и с Новым годом.
Вопрос -диоды 1 вт, 3 вт на аллюминиевой подложке. На каких токах или мощности они могут работать без доп. радиатора? В ограниченных диаметрах (В старый плоский армейский фонарик, в дырку от лампочки, ностальгия) я на клей БФ так и эпоксидный приклеивал бронзовую гайку, ребром- диод 3 вт — 500 ма держит длительно (3-5 мин)

Проверяйте, одни светодиоды можно греть до 60 градусов, другие до 100.

Из прочтения всех опусов становится ясно только одно- у китайцев гуано, а вот у нас все карамелька. Поэтому не надо брать у дядюшки Ляо за 100 рублей, купи лучше за 500 у российских барыг (то что барыга покупает их у того же Ляо в Поднебесной и не за 100, а учитывая опт за 50 вторично и неважно) поддержи отечественного производи…. тьфу ты… барыгу. Потому и лоббируют местные интернет магазины создание трудностей для покупки в том же Китае напрямую для населения. Однако народ покупал и будет покупать, да и обзоры делают и не все так плохо.

Дело тут в другом. Лучше проверьте сами, купите много разных светодиодов и сравните цены и качество. В России получится дешевле и качественней.

Это все теория
Как на практике выбрать хороший уличный светодитодный прожектор с надежным блоком питания и реальным сроком службы минимум 3 года при каждодневной эксплуатации в темное время суток

В решили в одном вопросе задать 70 вопросов. Не покупайте ширпотреб, купите хороший.

Как заменить люминисцентные трубки светильников на светодиодные? Нужна ли какая доработка. У
меня светильники длиной 1200 мм. Эл. питание 50 Гц, 220 V.

Это надо смотреть на месте, наугад советы не даю.

Светодиод

Светодиод
ТипАктивный электронный элемент
Принцип работыЭлектролюминесценция
ИзобретёнГенри Раунд [en] (1907)
Олег Лосев (1927)
Ник Холоньяк (1962)
Впервые создан1962
Символьное обозначение
Пин конфигурацияанод и катод

Светодио́д или светоизлучающий диод (СД, СИД; англ. light-emitting diode, LED ) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока в прямом направлении.

Излучаемый светодиодом свет лежит в узком диапазоне спектра. Иными словами, его кристалл изначально излучает конкретный цвет (если речь идёт о СД видимого диапазона) — в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр, где нужный цвет можно получить лишь применением внешнего светофильтра. Диапазон излучения светодиода во многом зависит от химического состава использованных полупроводников.

Содержание

Принцип работы [ | ]

При пропускании электрического тока через p-n-переход в прямом направлении носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой [1] ).

Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа A III B V (например, GaAs или InP) и A II B VI (например, ZnSe или CdTe). Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн от ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS).

Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский жёлтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался ещё в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

История [ | ]

Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом [en] из Маркони Лабс [en] . Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл — карбид кремния (карборунд, SiC), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде.

Читайте также:  Трехцветный светодиод с четырьмя выводами

Эти эксперименты были позже, независимо от Раунда, повторены в 1923 году О. В. Лосевым, который, экспериментируя в Нижегородской радиолаборатории с выпрямляющим контактом из пары карборунд — стальная проволока, обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Это наблюдение было опубликовано, но тогда весомое значение этого наблюдения не было понято и потому не исследовалось в течение многих десятилетий.

Лосев показал, что электролюминесценция возникает вблизи спая материалов [2] . Теоретического объяснения явлению тогда не было. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием. Им были получены два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) [3]

В 1961 году Джеймс Роберт Байард (англ.) русск. и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли технологию инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия (GaAs). После получения патента в 1962 году началось их промышленное производство.

Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал Ник Холоньяк в Университете Иллинойса для компании General Electric в 1962 году. Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода». Его бывший студент, Джордж Крафорд (англ.) русск. , изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз в 1972 году. В 1976 году Т. Пирсол создал первый в мире высокоэффективный светодиод высокой яркости для телекоммуникационных применений, специально адаптированный к передаче данных по волоконно-оптическим линиям связи.

Светодиоды оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года (около $200 за штуку), их практическое применение было ограничено. Исследования Жака Панкова в лаборатории RCA привели к промышленному производству светодиодов; в 1971 году им был получен первый синий светодиод [4] [5] . Компания «Монсанто» была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах. Компании «Хьюллет-Паккард» удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.

В середине 1970-х годов в ФТИ им. А. Ф. Иоффе группой под руководством Жореса Алфёрова были получены новые материалы — полупроводниковые гетероструктуры, в настоящее время применяемые для создания лазерных и светодиодов [6] [7] . После этого началось серийное промышленное производство светодиодов. Открытие было удостоено Нобелевской премий в 2000 году [8] . В 1983 году компания Citizen Electronics первой разработала и начала производство SMD-светодиодов, назвав их CITILED [9] .

В начале 1990-х Исама Акасаки, работавший вместе с Хироси Амано в университете Нагоя, а также Сюдзи Накамура, работавший в то время исследователем в японской корпорации «Nichia Chemical Industries», изобрели технологию изготовления синего светодиода (LED). За открытие дешевого синего светодиода в 2014 году им троим была присуждена Нобелевская премия по физике [10] [11] . В 1993 году Nichia начала их промышленный выпуск, а в 1996 начала выпуск белых светодиодов [12] .

Синий светодиод, в сочетании с зелёным и красным, дает белый свет с высокой энергетической эффективностью, что позволило в дальнейшем создать, среди прочего, светодиодные лампы и экраны со светодиодной подсветкой. В 2003 году, компания Citizen Electronics первой в мире произвела светодиодный модуль по запатентованной технологии непосредственно вмонтировав кристалл от Nichia на алюминиевую подложку с помощью диэлектрического клея по технологии Chip-On-Board.

Введение

Светодиод (Light Emitting Diode, LED) – это полупроводниковый диод, способный излучать свет, когда к нему приложено напряжение в прямом направлении. По сути, это диод, преобразующий электрическую энергию в световую. В зависимости от материала из которого изготовлен светодиод, он может излучать свет разной длины волны (разного цвета) и иметь различные электрические характеристики.

Светодиоды применяются во многих сферах нашей жизни в качестве средств отображения визуальной информации. Например, в виде одиночных излучателей или в виде конструкций из нескольких светодиодов – семисегментных индикаторов, светодиодных матриц, кластеров и так далее. Также в последние годы светодиоды активно занимают сегмент осветительных приборов. Их используют в автомобильных фарах, фонарях, светильниках и люстрах.

Обозначение светодиода на схеме

На электрических схемах светодиод обозначается символом диода с двумя стрелками. Стрелки направлены от диода, символизируя световое излучение. Не путай с фотодиодом, у которого стрелки направлены к нему.

На отечественных схемах буквенное обозначение одиночного светодиода – HL.

Выводы и маркировка светодиода

Стандартный одноцветный светодиод имеет два вывода – это анод и катод. Определить какой из выводов является анодом, можно визуально. У светодиодов с проволочными выводами анод обычно длиннее катода.

У SMD светодиодов выводы одинаковые, но на обратной стороне обычно есть маркировка в виде треугольника или подобия буквы T. Анодом является вывод, к которому обращена одна сторона треугольника или верхняя часть буквы Т.

Если не получается определить визуально где какие выводы, можно прозвонить светодиод. Для этого понадобится источник питания или адаптер, способный давать напряжение около 5 Вольт. Подключаем любой вывод светодиода к минусу источника, а второй подключаем к плюсовой клемме источника через сопротивление 200 – 300 Ом. Если светодиод подключен правильно, он засветится. В противном случае меняем выводы местами и повторяем процедуру.

Можно обойтись без резистора, если не подключать плюсовую клемму источника питания, а быстро “чиркнуть” ей по выводу светодиода. Но вообще подавать большое напряжение на светодиод, не ограничивая при этом ток, нельзя – он может выйти из строя!

Напряжение светодиода

Светодиод испускает свет, если к нему приложить напряжение в прямом направлении: к аноду – плюс, а к катоду – минус.

Минимальное напряжение, при котором светодиод начинает светится, зависит от его материала. В таблице ниже приведены значения напряжений светодиодов при тестовом токе 20 мА и цвета, которые они излучают. Эти данные я взял из каталога светодиодов фирмы Vishay, различных даташитов и Википедии.

Самое большое напряжение требуется для голубых и белых светодиодов, а самое маленькое для инфракрасных и красных.

Излучение инфракрасного светодиода не видно человеческим глазом, поэтому такие светодиоды не применяются в качестве индикаторов. Они используются в различных датчиках, подсветках видеокамер. Кстати, если инфракрасный светодиод запитать и посмотреть на него через камеру мобильного телефона, то его свечение будет хорошо видно.

В показанной таблице даны примерные значения напряжения светодиода. Обычно этого достаточно, чтобы его включить. Точную величину прямого напряжения конкретного светодиода можно узнать в его даташите в разделе Electrical Characteristics. Там указано номинальное значение прямого напряжения при заданном токе светодиода. Для примера заглянем в даташит на красный SMD светодиод фирмы Kingbright.

Вольт-амперная характеристика светодиода

Вольт-амперная характеристика светодиода показывает взаимосвязь между приложенным напряжением и током светодиода. На рисунке ниже показана прямая ветвь характеристики из того же даташита.

Если светодиод подключить к источнику питания (к аноду +, к катоду -) и с нуля постепенно повышать на нем напряжение, то ток светодиода будет меняться согласно этому графику. По нему видно, что после прохождения точки “загиба”, ток через светодиод будет резко возрастать при небольших изменениях напряжения. Это как раз та причина, по которой светодиод нельзя подключать к любому источнику питания без резистора, в отличии от лампочки накаливания.

Чем выше ток, тем ярче светится светодиод. Однако повышать ток светодиода до бесконечности, естественно, нельзя. При большом токе светодиод перегреется и сгорит. Кстати, если сразу подать на светодиод высокое напряжение он даже может шлепнуть, как слабенькая петарда!

Остальные характеристики светодиода

Какие еще характеристики светодиода представляют интерес с точки зрения практического использования?

Максимальная мощность рассеяния, максимальные значения постоянного и импульсного прямых токов и максимальное обратное напряжение. Эти характеристики показывают предельные значения напряжений и токов, которые не стоит превышать. Они описаны в даташите в разделе Absolute Maximum Ratings.

Если приложить к светодиоду напряжение в обратном направлении, светодиод не засветится, да и вообще может выйти из строя. Дело в том, что при обратном напряжении может наступить пробой, в результате которого обратный ток светодиода резко возрастет. И если выделяемая на светодиоде мощность (обратный ток * на обратное напряжение) превысит допустимую – он сгорит. В некоторых даташитах дополнительно приводится и обратная ветвь вольт-амперной характеристики, из которой видно, при каком напряжении наступает пробой.

Интенсивность излучения (сила света)

Грубо говоря, это характеристика, определяющая яркость свечения светодиода при заданном тестовом токе (обычно 20 мА). Обозначается – Iv, а измеряется в микроканделах (mcd). Чем ярче светодиод, тем выше значение Iv. Научное определение силы света есть в википедии.

Также представляет интерес график зависимости относительной интенсивности излучения светодиода от прямого тока. У некоторых светодиодов, например, при увеличении тока интенсивность излучения растет все меньше и меньше. На рисунке приведено несколько примеров.

Спектральная характеристика

Она определяет в каком диапазоне длин волн излучает светодиод, грубо говоря цвет излучения. Обычно приводится пиковой значение длины волны и график зависимости интенсивности излучения светодиода от длины волны. Я редко смотрю на эти данные. Знаю, например, что светодиод красный и мне этого достаточно.

Климатические характеристики

Они определяют диапазон рабочих температур светодиода и зависимости параметров светодиода (прямого тока и интенсивности излучения) от температуры. Если светодиод планируется использовать при высоких или низких температурах, стоит обратить внимание и на эти характеристики.

Как работает светодиод?

Материал статьи рассчитан на начинающих электронщиков, а потому я намеренно не касаюсь физики работы светодиода. Осознание того, что светодиод излучает фотоны в результате рекомбинации носителей заряда в области p-n перехода, не несет никакой полезной информации для практического использования светодиодов. Да и не только для использования, но и для понимания в принципе.

Однако, если вам хочется покопаться в этой теме, то даю направление, куда рыть – Пасынков В.В, Чиркин Л.К. “Полупроводниковые приборы” или Зи.С “Физика полупроводниковых приборов”. Это ВУЗ`овские учебники – там все по-взрослому.

О подключении светодиодов в следующем материале.

Поделился статьей – получил светодиодный луч добра!

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
Adblock
detector