Каково назначение светодиодов. Размер чипа LED элемента. Особенности световых эффектов

Отправим материал вам на e-mail

Основные характеристики светодиодов SMD 5730

Современные изделия с геометрическими параметрами 5,7×3 мм. Благодаря своим стабильным характеристикам светодиоды SMD 5730 относятся к категории сверхъярких изделий. Для их изготовления используются новые материалы, благодаря чему они имеют повышенную мощность и высокоэффективный световой поток. SMD 5730 допускают эксплуатацию работать в условиях повышенной влажности. Они не боятся вибрации и температурных колебаний. Отличаются продолжительным сроком службы. Имеют угол рассеивания 120 градусов. После 3000 часов работы степень не превышает 1%.

Производители предлагают приборы двух видов: с мощностью 0,5 и 1 Вт. Первые маркируются SMD 5730-0,5, вторые – SMD 5730-1. Прибор может функционировать на импульсном токе. Для SMD 5730-0,5 номинальный ток равен 0,15 А, а при переходе на импульсный режим работы может достигать 0,18 А. Способен сформировать световой поток до 45 Лм.

Для SMD 5730-1 номинальный ток равен 0,35А, импульсный может достигать 0,8А при эффективности светоотдачи 110 Лм. Благодаря использованию в процессе производства термостойкого полимер, корпус прибора не боится воздействия достаточно высоких температур (до 250°С).

Cree: актуальные характеристики

Продукция американского производителя представлена в широком ассортименте. Серия Xlamp включает однокристальные и многокристальные изделия. Для первых характерно распределение излучения по краям прибора. Такое инновационное решение позволило наладить выпуск светильников с большим углом свечения при минимальном количестве кристаллов.

Серия XQ-E High Intensity является новейшей разработкой компании. Изделия обладают углом свечения 100-145 градусов. При сравнительно небольших геометрических параметрах 1,6 на 1,6 мм такие светодиоды имеют мощность 3 В при световом потоке 330 Лм. Характеристики светодиодов Cree на базе одного кристалла позволяют обеспечить качественную цветопередачу CRE 70-90.

Многокристальные LED-приборы имеют новейший тип питания 6-72 В. Их принято делить три группы в зависимости от мощности. Изделия до 4 Вт имеют 6 кристаллов и выпускаются в корпусах типа MX и ML. Характеристики светодиода XHP35 соответствуют мощность 13 Вт. Имеют угол рассеивания 120 градусов. Могут быть теплого или холодного белого цвета.

Проверка светодиода с помощью мультиметра

Иногда возникает необходимость в проверке работоспособности светодиода. Сделать это можно с помощью мультиметра. Тестирование выполняется в следующей последовательности:

Фото	Описание работ
	Готовим необходимое оборудование. Подойдет обычная китайская модель мультиметра.
	Выставляем режим сопротивления, соответствующие 200 Ом.
	Прикасаемся контактами к проверяемому элементу. Если светодиод является рабочим, то он начнет светиться.

Внимание! Если контакты перепутать местами, характерного свечения наблюдаться не будет.

Маркировка светодиодов по цвету

Чтобы приобрести светодиод нужного цвета, предлагаем ознакомиться с условным обозначением цветности, входящей в состав маркировки. У CREE оно располагается после обозначения серии светодиодов, и может быть:

WHT , если свечение белого цвета;
HEW , если высокоэффективного (high efficiency) белого;
BWT для белого второго поколения;
BLU , если свечение синего света;
GRN для зеленого;
ROY для королевского (яркого) синего;
RED у красного.

Другие производители часто используют другое условное обозначение. Так KING BRIGHT позволяет подобрать модель с излучением не только определенного цвета, но и оттенка. Присутствующее в маркировке обозначение будет соответствовать:

Красному (I, SR);
Оранжевому (N, SE);
Желтому (Y);
Синему (PB);
Зеленому (G, SG);
Белому (PW, MW).

Совет! Ознакомиться с условными обозначениями конкретного производителя, чтобы сделать правильный выбор.

Расшифровка кода маркировки светодиодной ленты

Для изготовления светодиодной ленты используется диэлектрик, имеющий толщину 0,2 мм. На него наносятся токопроводящие дорожки, имеющие контактные площадки под чипы, предназначенные для монтажа SMD-компонентов. Лента включает отдельные модули, имеющие длину 2,5-10 см и рассчитанные на напряжение 12 либо 24 вольта. В состав модуля может входить 3-22 светодиода и несколько резисторов. Длина готовых изделий в среднем составляет 5 метров при ширине 8-40 см.

На бобину либо упаковку наносятся маркировку, в которой содержится вся актуальная информация о светодиодной ленте. Расшифровка маркировки можно увидеть на следующем рисунке:

Статья

1. Из чего состоит светодиод? Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации. Конструкция мощного светодиода схематически изображена на рисунке.2. Как работает светодиод? Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему?Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона.Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения.Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу. Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.3. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче? Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.4. Чем хорош светодиод? В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и теоретически это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют.Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы достигает 100 тысяч часов, что почти в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 5 — 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы.Наконец, светодиод — низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.5. Когда светодиоды начали применяться для освещения? Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо — не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.6. От чего зависит цвет светодиода? Исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.7. Что такое квантовый выход светодиода? Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход.Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться).Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим теплоотводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а ддя синих — 35%. Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.8. Как получить белый свет с использованием светодиодов? Существует три способа получения белого света от светодиодов.Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет.Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа.И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.9. Какой из трех способов лучше? У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах.Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения — суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать. Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО.Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих — люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод.Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы — у них разные области применения.10. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов? Светодиод — низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА.Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5 В для одного светодиода.Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения. Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности.Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.11. Как реагирует светодиод на повышение температуры? Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.12. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод? Как видно из рисунка, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению. типичная вольт-амперная характеристика светодиода13. Для чего светодиоду требуется конвертор? Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода — то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.14. Можно ли регулировать яркость светодиода? Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания — этого-то как раз делать нельзя, — а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы).Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.15. Чем определяется срок службы светодиода? Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20 — 100 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.16. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени? Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее время нет стандартов, которые позволили бы выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.17. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза? Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания.18. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей? Что касается выращивания кристаллов, то основная технология — металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон.Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок — в р-области. За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6 — 12 подложках диаметром 50 — 75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек.Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5 — 2 млн. долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это — технология, требующая высокой культуры.Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к п- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24x0,24 до 1x1 мм2.Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый светодиод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол.Около половины стоимости светодиода определяется этими этапами высокой технологии. Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-технологии (surface montage details — поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора — в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера.Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе. Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов.Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.
технология СОВ Источник статьи: ООО "Фокус"

В переводе с английского сокращение LED дословно означает «диод, который излучает свет». Это полупроводниковое устройство, способное трансформировать электрический ток в простое приспособление, конструкция которого довольно сильно отличается от привычных нам изделий для освещения (лампы накаливания, разрядные, люминесцентные лампы и т. д.).

Как работает светодиод, будет интересно узнать каждому. Этот прибор не имеет изначально ненадежных хрупких элементов конструкции и стеклянной колбы (в отличие от других ламп). Стоимость диодов настолько мала, что ненамного отличается от батареек, которые служат их источником питания. Популярность подобных изделий объясняется рядом факторов, в том числе и их конструкцией.

История возникновения

Рассматривая вопрос, почему работают светодиоды, следует изучить историю их возникновения. Впервые подобное устройство было создано в 1962 г. ученым Н. Холоньяком. Это был монохромный свечения. Он имел ряд недостатков, но сама технология была признана перспективной.

Спустя 10 лет после создания красного диода появились зеленые и желтые разновидности. Их применяли в качестве индикаторов во многих электронных приборах. Интенсивность светового потока диодов благодаря научным разработкам постоянно возрастала. В 90-х годах был создан осветитель с эффективностью потока 1 люмен.

В 1993 году С. Накамура создал первый синий диод, который характеризовался высокой яркостью. С этого момента стало возможным создавать любой цвет спектра (в том числе белый). Технологии неустанно развивались.

При соединении синего и ультрафиолетового типа диодов получается белый люминофорный осветитель. Они стали постепенно вытеснять лампы накаливания. К 2005 году выпускались диоды с мощностью светового потока до 100 лм и даже выше. Стали изготавливать белые осветительные приборы с разными оттенками (теплые, холодные).

Устройство светодиода

Чтобы понять, как работает точечный светодиод, необходимо подробно рассмотреть его устройство. Этот осветительный прибор, по мнению представителей Ассоциации развития оптоэлектронной индустрии и департамента энергетики, в скором времени станет самым востребованным источником освещения в обычных домах, офисах, учреждениях.

Светодиод имеет основой полупроводниковый кристалл. Он пропускает электрический ток только в одну сторону. Кристалл расположен на особой подложке. Она не проводит ток. Корпус защищает кристалл от внешних воздействий. Он имеет выходы в виде контактов, а также оптическую систему.

Чтобы повысить продолжительность эксплуатации прибора, пространство между пластиковой линзой и самим кристаллом заполнили прозрачным силиконовым компонентом. Чтобы отводить избыточное тепло, применяется алюминиевая основа. Это обычное устройство современного диода. При работе он выделяет относительно небольшое Это также является преимуществом прибора.

Принцип работы

Рассматривая, как работает светодиод, необходимо вникнуть в основной принцип работы подобных устройств. Прибор представленного типа имеет один электронно-дырчатый переход. Это связано с разным принципом проводимости компонентов осветителя. Один полупроводник имеет излишек электронов, а другой - излишек дырок.

При помощи процесса легирования дырчатый материал обогащается носителями отрицательного заряда. Если в месте обогащения полупроводников противоположными зарядами приложить ток, получится прямое смещение. Через переход этих двух материалов побежит электричество.

При этом в корпусе диода происходит сплавление носителей зарядов с различным электрическим статусом. Когда дырки и электроны сталкиваются, выделяется определенное количество энергии. Это квант светового потока. Его называют фотоном.

Цвет светодиода

При создании диодов применяются различные полупроводниковые материалы. Это определяет цвет, который испускает при работе представленное устройство. Разные материалы способны посылать в пространство волны разной длины. Это позволяет человеческому глазу увидеть тот или иной цвет видимого спектра.

Изучая вопрос, как работает светодиод, следует рассмотреть материалы полупроводников. Раньше в подобных целях применялись фосфид галлия, тройные соединения GaAsP, AlGaAs. При этом прибор мог посылать в пространство красный, желто-зеленый

Представленная технология ныне применяется только для индикаторных устройств. Сегодня для таких изделий используют алюминий индий-галлий (AllnGaP) и индий-нитрид галлия (InGaN). Они выдерживают довольно высокий уровень проходящего тока, высокие показатели влажности и нагрева. Возможна комбинация светодиодов разных типов.

Смешение цветов

Современные диодные ленты могут выдавать разные оттенки светового потока. Один прибор может производить монотонный цвет. При создании многокристального устройства возможно получить огромное количество различных оттенков. Подобно монитору телевизора или компьютера, диод может создать любой цвет при помощи модели RGB (расшифровывается как красный, зеленый, синий).

Это простой принцип, позволяющий понять, как работают RGB-светодиоды. При помощи этой технологии можно создавать и белое освещение. Для этого все три цвета смешиваются в равной пропорции.

Однако, помимо представленной технологии, можно получить белое свечение при соединении диода коротковолнового излучения (ультрафиолетовый, синий) вместе с желтым покрытием люминофорного типа. При комбинации фотонов желтого и синего цвета в итоге получается белое свечение.

Производство

Чтобы понять, от скольких вольт работают светодиоды, необходимо рассмотреть производство этих устройств. В первую очередь следует отметить, что приборы с матрицей типа RGB стоят дороже, чем люминоформы. Причем последние позволяют добиться освещения высокого качества.

Недостатком люминофоров является меньшая светоотдача, а также различная окраска (температура) потока. Это устройство стареет быстрее, чем светодиод. Поэтому в продажу поступают осветительные приборы обоих принципов работы. Для создания индикаторов производятся диоды с потреблением 2-4 В напряжения постоянного типа (при токе 50 мА).

Для создания полноценного освещения необходимы устройства с таким же потреблением напряжения, но более высоким уровнем тока - до 1 А. Если в одном модуле диоды подключить последовательно, суммарное напряжение будет достигать 12 или 24 В.

Усиление яркости

Рассматривая вопрос, от какого напряжения работают светодиоды, следует сказать о повышении яркости представленных устройств. Мощность таких приборов достигает 60 мВт. Если подобные диоды установить в средний по габаритам корпус, световых элементов потребуется установить 15-20 шт.

Диоды с усиленной яркостью свечения могут нести в себе мощность до 240 Вт. Чтобы обеспечить нормальную подсветку, подобных элементов потребуется 4-8 шт. В продаже представлены устройства, способные полноценно освещать помещения, наружную рекламу, витрины и т. д. Некоторые ленты создаются для выполнения подсветки средней или малой интенсивности.

Для подключения представленного оборудования применяют блоки управления соответствующей мощности. Для цветных лент возможно применять контроллеры, управляющие не только интенсивностью освещения, но и задающие оттенки и режимы работы устройства.

Управление свечением

Существует огромное количество вариантов представленного оборудования. Есть светодиоды, работающие от батареек (например, в фонариках), запитанные в стационарную сеть. Их применяют как для внутренней, так и внешней работы. В зависимости от условий применения подбирается соответствующий класс защиты диода.

Чтобы отрегулировать яркость свечения, напряжение питания не снижают. Для уменьшения интенсивности свечения применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ). В этом случае приобретается блок управления.

Представленный метод заключается в подаче на диод импульсно-модулированного тока. Частота сигнала при этом достигает тысяч герц. Может изменяться ширина импульсов и интервалов пауз. При этом можно управлять свечением прибора. Диод в этом случае не погаснет.

Долговечность

Диоды считаются долговечными устройствами. Это объясняется их конструкцией. Однако если не работают светодиоды на лампе, возможно, срок их эксплуатации вышел. Это можно определить по насыщенности свечения и изменению цвета.

Также специалисты отмечают, что срок эксплуатации маломощных устройств гораздо продолжительнее. Но даже в самых ярких лентах или лампах диоды гарантированно работают 20-50 тыс. часов. Так как они не имеют хрупких элементов конструкции, механические воздействия с большей вероятностью не нанесут вреда подобным осветителям.

Изучив, как работает светодиод, можно понять принцип устройства этого прибора, а также его эксплуатационные характеристики. Это оборудование считается осветителями будущего поколения.

Светодиоды становятся все более востребованными решениями, причем в самых разных сферах. Они могут задействоваться как декоративные изделия или же в целях освещения помещений, а также различных территорий за пределами зданий. Светодиоды поставляются на рынок в достаточно широком спектре модификаций. При этом разработчики соответствующих изделий периодически предлагают инновационные решения, которые в перспективе способны образовывать новые рыночные ниши. Каковы самые распространенные типы светодиодов сегодня? В каких целях они могут использоваться?

Что представляют собой светодиоды?

Прежде чем рассматривать распространенные типы светодиодов, изучим общие сведения о соответствующих устройствах. Светодиод представляет собой полупроводник, который способен преобразовывать электрический ток в свет. При этом полупроводниковый кристалл, который является его основным компонентом, состоит из нескольких слоев, характеризующихся 2 типами проводимости. А именно - дырочной и электронной.

Проводимость первого типа предполагает переход электрона с одного атома на другой, на котором есть свободное место. В свою очередь, на первый атом приходит другой электрон, на предыдущий — еще один и т. д. Данный механизм действует за счет ковалентных связей между атомами. При этом их перемещения не происходит. По сути дела, перемещается положительный заряд, который физики условно именуют дыркой. При этом при переходе электрона на дырки происходит выделение света.

По своей структуре светодиод в целом схож с выпрямительным диодом. То есть у него есть 2 вывода — анод и катод. Данная особенность предопределяет необходимость соблюдения полярности при подключении светодиода к источнику электрического тока.

Рассчитаны соответствующие изделия в общем случае на прямой ток в 20 миллиампер. В принципе, это значение можно и уменьшить, правда, в этом случае может измениться цвет и снизиться яркость светодиода. В свою очередь, увеличивать соответствующий параметр нежелательно. В случае если ток превышает оптимальное значение, то для того, чтобы уменьшить его до требуемого уровня, применяется ограничивающий резистор.

Существует довольно много нюансов, которые следует иметь в виду при инсталляции светодиодов. Это предопределяется их внутренней структурой, формой исполнения. В ряде случаев может потребоваться применять стабилизатор для светодиодов и иные электронные компоненты для обеспечения функционирования прибора, в который инсталлируется рассматриваемое изделие.

В зависимости от состава полупроводников в светодиоде он может быть красным, желтым, зеленым или же синим. Например, если в структуре соответствующего электронного компонента содержится нитрид галлия, то светодиод будет светиться синим. Собственно, одним из критериев, исходя из которых выделяются те или иные типы светодиодов, может быть их цвет.

Применение

Первые светодиоды, поставляемые на рынок, выпускались в корпусах из металла. Постепенно его стала заменять пластмасса. При этом по цвету она, как правило, выбирается с учетом цвета свечения светодиода. Однако довольно часто встречаются также прозрачные пластмассовые корпуса.

Рассматриваемые электронные устройства находят широкое применение в самых разных сферах. Это обусловлено тем, что практически все характеризуются:

Энергоэффективностью;

Долгим сроком службы;

Возможностью определять цвет свечения, а также регулировать его мощность;

Безопасностью;

Экологичностью.

Если говорить об энергоэффективности, светодиоды при одинаковой световой отдаче могут иметь существенно меньшую мощность, чем обычные лампы. Меньшая мощность светодиода при этом снижает общую нагрузку на энергосистему здания. Срок службы устройств может в несколько десятков раз превышать тот, что характеризует обычные лампы. При этом с точки зрения функций светодиоды могут совершенно не уступать им.

По мере образования массового спроса на подобные изделия, а также их удешевления, светодиоды все чаще применяются в тех же целях, что и обычные лампы. Каких-либо сложностей в инсталляции соответствующих решений в сравнении с традиционными осветительными приборами не возникает. Важно только убедиться в том, подходит ли конкретный светодиод для установки в электросеть помещения. Для этого может потребоваться заблаговременно — перед закупкой светодиодов - выявить ее основные параметры.

Какие еще преимущества могут иметь рассматриваемые решения?

Так, можно отметить, что цветовая температура светодиода может быть практически любой — в том числе при сочетании указанных выше цветов. Кроме того, устройства можно дополнять различными светофильтрами, которые могут значительно расширить сферу применения светодиодов с точки зрения подбора требуемой цветовой температуры.

Возможность управления мощностью свечения — еще одно преимущество рассматриваемых устройств. Данная опция отлично сочетается с их высокой энергоэффективностью. Мощность светодиода может регулироваться в автоматическом режиме — исходя из фактических условий пользования осветительными приборами. И это практически не влияет на срок их службы.

Светодиоды экологичны, поскольку не выделяют вредных для человека видов излучения. Данная характеристика, опять же, расширяет возможности применения рассматриваемых устройств.

Классификация: индикаторные и осветительные решения

Эксперты выделяют 2 основные категории светодиодов — индикаторные, а также осветительные. Первые предназначены главным образом для создания декоративного светового эффекта и используются как элемент украшения здания, комнаты, транспортного средства. Или же как инструмент стилизации текста — например, на рекламном баннере.

В свою очередь, есть осветительные светодиоды. Они предназначены для повышения яркости освещения в помещении или на определенном участке территории — например, если рассматривать светодиоды для авто. Соответствующего типа решения являются альтернативой применению обычных ламп и во многих случаях более выгодной с точки зрения энергоэффективности и экологичности.

Типы исполнения

Но вернемся к классификации светодиодов. Можно определить самый широкий спектр оснований для их отнесения к тем или иным категориям. Распространенный в среде экспертов подход предполагает выделение следующих основных типов светодиодов:

Волоконные;

Рассмотрим их подробнее.

В чем заключается специфика DIP-светодиодов?

Если подробнее изучать то, каким образом указанные типы светодиодов появлялись на рынке, то устройства класса DIP можно отнести к первым, которые стали продаваться массово. Данные решения представляют собой кристаллы, которые размещены в корпусах с оптическими компонентами, в частности линзой, которая создает световой пучок.

Светодиоды DIP относятся к категории индикаторных. У них есть еще одно наименование — DIL. Инсталлируются они на плату, на которой предварительно нужно проделывать отверстия. Можно отметить, что в рамках рассматриваемой категории могут выделяться различные типы светодиодов, которые отличаются диаметром колбы, цветом, материалом изготовления. При этом соответствующие параметры могут быть представлены в самом широком спектре. По форме рассматриваемые решения — цилиндрические. Среди соответствующих светодиодов есть как монохромные, так и многоцветные устройства.

Spider LED

Данного типа светодиоды в целом очень схожи с предыдущими устройствами. Но у них вдвое больше выводов — 4. В то время как у светодиодов DIP — 2. Тот факт, что представленный тип решений имеет больше выходов, оптимизирует теплоотвод и повышает надежность соответствующих компонентов. На практике они используются в разных сферах, в частности как светодиоды для авто.

Светодиоды типа SMD

Данные решения выпускаются с применением концепции поверхностного монтажа. То есть они представляют собой светодиоды, инсталлируемые на какую-либо поверхность, в то время как другие решения могут устанавливаться посредством сквозного монтажа.

Размеры светодиодов этого типа могут быть существенно меньше, чем у альтернативных им решений, равно как и тех конструкций, на которые они инсталлируются. Опять же, в данном случае правомерно вести речь о более оптимальном теплоотводе. Использование светодиодов типа SMD во многих случаях позволяет расширить вариативность исполнения осветительных конструкций.

SMD-светодиоды относятся к категории осветительных. Характеризуются достаточно сложной структурой. Так, сам светодиод состоит из металлической подложки. На ней фиксируется кристалл, который припаивается непосредственно к контактам корпуса подложки. Над кристаллом размещается линза. При этом на одной подложке может быть инсталлировано 1-3 светодиода. К SMD относятся распространенные типы сверхярких светодиодов, таких как 3528. Данные решения имеют высокий уровень востребованности.

Светодиоды типа COB

Следующий популярный тип светодиода — COB. Он изготовлен с применением технологии, которая предполагает инсталляцию кристалла непосредственно на плату. Данное решение характеризуется большим количеством преимуществ:

Защищенность соединения от окисления;

Небольшие габариты конструкции;

Эффективность теплоотвода;

Снижение себестоимости инсталляции светодиодов — в сравнении, в частности, с устройствами типа SMD.

Если рассматривать указанные выше типы светодиодов, то можно отметить, что решения марки COB можно отнести к самым инновационным. Впервые подобная технология была реализована японскими инженерами в конце 2000-х годов. Сейчас данные виды светодиодов продолжают набирать популярность.

Как считают эксперты, рассматриваемые решения могут и вовсе стать наиболее востребованными на рынке, особенно если говорить о коммерческом сегменте, о сфере бытового освещения. Стоит отметить, что есть сферы, в рамках которых применение светодиодов COB может быть затруднено. В числе таковых — производство профессионального осветительного оборудования. Дело в том, что рассматриваемые светодиоды не слишком оптимальны с точки зрения приспособления к организации освещения с установленной кривой силы света. В таких случаях более подходящими могут оказаться устройства типа SMD.

Описываемые диоды относятся к осветительным. Как отмечают эксперты, их можно отнести к лучшим, исходя из характеристик светового потока. Поставляются на рынок в разных цветах, например красном, зеленом, синем, а также белом. Световой поток у этих моделей имеет угол рассеивания в 40-120 градусов.

На одной подложке может быть установлено более 9 светодиодов типа COB. Покрываются они люминофором, вследствие чего приобретают высокую яркость. Можно отметить, что световой поток у данных решений выше, чем у устройств типа SMD. Таким образом, если рассматривать то, какой тип светодиодов лучше, то по указанному критерию преимущество может иметь решение класса COB.

Светодиоды типа COB также находят применение в автомобильной индустрии. Их можно использовать в качестве компонента передних, задних фар, поворотников. Главное — правильно инсталлировать приобретенные устройства. Для этого имеет смысл обратиться к опытным специалистам.

Волоконные светодиоды

К инновационным можно отнести волоконные светодиоды. Они появились на рынке недавно, в 2015 году. Разработаны были рассматриваемые решения инженерами из Южной Кореи.

Использовать данные типы светодиодов можно в производстве одежды. То есть, из них вполне реально сшить рубашку или футболку, которые могут светиться. Производство одежды на основе волоконных светодиодов предполагает также применение различных полимеров, а также соединений алюминия.

Светодиоды Filament

Еще один пример инновационных светодиодов — решения типа Filament. Главное их преимущество — высокая энергоэффективность. При одинаковой мощности, к примеру, с такими светодиодами, как COB, решения типа Filament могут обеспечивать более высокий уровень освещенности.

Рассматриваемый чаще всего используется при изготовлении В числе примечательных характеристик производства соответствующих светодиодов — осуществление монтажа непосредственно на подложку, выполненную из стекла. Данный подход дает возможность распространять свет, излучаемый светодиодом, на 360 градусов.

Как выбрать оптимальный вариант?

Как определить тип светодиода, оптимальный для той или иной конструкции? Существует большое количество критериев, на которые можно ориентироваться в данном вопросе. В принципе, вполне правомерно определить сферу применения светодиода исходя из его классификации по тем признакам, которые мы рассмотрели выше. Изучим специфику выбора соответствующих электронных компонентов с учетом особенностей девайсов:

Выбор светодиодов: особенности решений типа DIP

Как мы отметили выше, DIP-светодиоды относятся к самым ранним продуктам, появившимся на рынке. Таким образом, в них задействованы довольно старые, но до сих пор востребованные технологии. Главные их преимущества — простота установки, удобство формы, низкое энергопотребление, слабый нагрев, а также достаточно высокая степень защищенности от внешнего воздействия.

Чаще всего рассматриваемые светодиоды выпускаются в диаметре 3 и 5 мм. Если проводить сравнения светодиодов по типам, то можно прийти к выводу, что рассматриваемые решения наиболее оптимальны для применения:

В качестве элементов тюнинга автомобилей;

Как декоративные компоненты;

В составе маломощных — как вариант самодельных - фонарей.

Рассматриваемые светодиоды имеют относительно невысокую стоимость и доступность на рынке. Можно отметить, что в числе самых часто встречаемых модификаций — светодиоды на 12 вольт. Они могут присутствовать в различных онлайновых каталогах, а также специализированных магазинах в широком ассортименте. Собственно, любые светодиоды на 12 вольт характеризуются достаточно высокой востребованностью на рынке.

Выбор светодиодов: особенности решений типа SMD

Соответствующего типа решения по внешнему виду принципиально отличаются от других тем, что имеют плоскую форму. Монтаж данных электронных компонентов осуществляется без использования ножек. Ток на светодиоды типа SMD подается на клеммы, которые находятся с их обратной стороны.

Таким образом, инсталляция данных девайсов осуществляется без использования отверстий. Размещение светодиодов можно осуществить очень компактно. Как результат — может уменьшиться и конструкция, на которой соответствующие устройства располагаются.

Основные способы применения рассматриваемых устройств — тот же автотюнинг, различные типы интерьерного освещения. В числе самых значимых преимуществ данных вариантов — высокая яркость, светоотдача. В сочетании с небольшими размерами эти решения обладают существенными преимуществами перед альтернативными моделями изделий.

В числе самых распространенных на современном рынке — тип светодиода 3528. Данные изделия широко применяются при выпуске светодиодных лент. Конструкция соответствующих изделий позволяет выпускать трехцветные светодиоды — с красным, синим, а также зеленым цветами свечения. На базе решений типа 3528 производятся многие другие электронные компоненты, например светодиод типа SMD 5050.

Рассматриваемые изделия также характеризуются ценовой доступностью. Представлены на рынке они обычно в широком ассортименте.

Выбор светодиодов: особенности решений типа COB

Прежде всего стоит отметить, что значительная часть светодиодов соответствующего типа — очень мощные конструкции. Их характерная особенность — быстрое рассеивание света, благодаря размещению кристаллов на поверхности, которая обеспечивает динамичное отведение тепла.

Рассматриваемые светодиоды — очень яркие. Это делает их востребованными как раз для использования в конструкции автомобильных фар. Стоит отметить, что данные изделия следует инсталлировать с учетом ряда значимых нюансов — таковые могут знать только опытные специалисты. Поэтому для установки соответствующих решений рекомендуется обращаться к компетентным сервисным службам.

Светодиоды для человечества стали одним из наиболее распространенных источников света для промышленных и бытовых нужд. Этот полупроводниковый прибор имеет один электрический переход, он преобразует электроэнергию в энергию видимого светового излучения. Явление открыто Генри Джозефом Раундом в 1907 году. Первые эксперименты были поставлены советским физиком-экспериментатором О.В. Лосевым, которому в 1929 году удалось получить рабочий прототип современного светодиода.

Первые современные светодиоды (СД, СИД, LED ) были созданы в начале шестидесятых годов. У них было слабое красное свечение, их применяли в качестве индикаторов включения в самых разных приборах. В 90-х появились синие, желтые, зеленые и белые светодиоды. Их стали выпускать в промышленных масштабах многие компании. Сегодня LED-диоды применяются повсеместно: в светофорах, лампочках, автомобилях и так далее.

Устройство

Светодиод представляет полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, который создает оптическое излучение при прохождении через него тока в прямом направлении.

Стандартный индикаторный светодиод выполнен из следующих частей;

1 — Эпоксидная линза
2 — Проволочный контакт
3 — Отражатель
4 — Полупроводник (Определяет цвет свечения)
5 и 6 — Электроды
7 — Плоский срез

В основании светодиода закрепляются катод и анод. Все устройство сверху герметично закрыто линзой. На катоде установлен кристалл. На контактах имеются проводники, которые подсоединены к кристаллу p-n-переходом (проволока соединения для объединения двух проводников с различными типами проводимости). Для создания стабильной работы светодиода применяется теплоотвод, который необходим для осветительных приборов. В индикаторных приборах тепло не имеет решающего значения.

DIP-диоды имеют выводы, которые монтируются в отверстия печатной платы, они при помощи пайки подсоединяются на электрический контакт. Имеются модели с несколькими кристаллами различного цвета в одном корпусе.

SMD-светодиоды сегодня являются наиболее востребованными источниками света любых форматов.

Основа корпуса, куда крепится кристалл, является отличным проводником тепла. Благодаря этому в разы улучшился отвод тепла от кристалла.
В структуре белых светодиодов между линзой и полупроводником имеется слой люминофора, который нейтрализует ультрафиолет и задает необходимую цветовую температуру.
В SMD-компонентах, имеющих широкий угол излучения, линза отсутствует. При этом сам светодиод выделяется формой параллелепипеда.

Chip-On-Board (COB) представляют новейшее практическое достижение, которое должно занять в искусственном освещении лидерство в создании белых светодиодов.

Устройство светодиодов по технологии COB предполагает следующее:

На алюминиевую основу посредством диэлектрического клея крепят десятки кристаллов без подложки и корпуса.
Полученная матрица покрывается общим слоем люминофора. В итоге получается источник света, который имеет равномерное распределение светового потока без возможности появления теней.

Разновидностью Chip-On-Board является Chip-On-Glass (COG) технология, предусматривающая размещение на поверхности из стекла множества мелких кристаллов. К примеру, это филаментные лампы, где излучающим элементом является стеклянный стержень со светодиодами, которые покрыты люминофором.

Принцип действия

Несмотря на технологические особенности и разновидности, работа всех светодиодов основывается на общем принципе функционирования излучающего элемента:

Преобразование электроэнергии в световой поток осуществляется в кристалле, который выполнен из полупроводников с самым разным типом проводимости.
Материал с n-проводимостью обеспечивают путем легирования его электронами, а материал с p-проводимостью при помощи дырок. В результате в сопредельных слоях появляются дополнительные носители заряда разной направленности.
При подаче прямого напряжения стартует движение электронов, а также дырок к p-n-переходу.
Заряженные частицы проходят барьер и начинают рекомбинировать, вследствие этого протекает электрический ток.
Процесс рекомбинации электрона и дырки в зоне p-n-перехода идет выделением энергии в качестве фотона.

В целом, указанное физическое явление свойственно всем полупроводниковым диодам. Однако длина волны фотона в большинстве случаев располагается за пределами видимого спектра излучения. Чтобы элементарная частица двигалась в диапазоне 400-700 нм, ученые проводили множество опытов и экспериментов с разными химическими элементами. В итоге появились новые соединения: фосфид галлия, арсенид галлия и более сложные формы. У каждой из них своя длина волны, то есть свой цвет излучения.
К тому же, кроме полезного света, который испускает светодиод, на p-n-переходе образуется некоторое количество теплоты, которое уменьшает эффективность полупроводникового прибора. Именно поэтому в конструкции мощных светодиодов предусматривается эффективный отвод тепла.

Разновидности

На текущий момент LED-диоды могут быть следующих видов:

Осветительные, то есть с большой мощностью. Их уровень освещенности равен вольфрамовым и люминесцентным источникам света.
Индикаторные – с небольшой мощностью, их применяют для подсветки в приборах.

Индикаторные LED-диоды по типу соединения делятся на:

Двойные GaP (галлий, фосфор) – имеют зеленый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
Тройные AIGaAs (алюминий, мышьяк, галлий) – имеют желтый и оранжевый свет в структуре видимого спектра.
Тройные GaAsP (мышьяк, галлий, фосфор) – имеют красный и желто-зеленый свет в структуре видимого спектра.

По типу корпуса светодиодные элементы могут быть:

DIP — устаревшая модель низкой мощности, их применяют для подсветки световых табло и игрушек.
«пиранья» или Superflux – аналоги DIP, но с четырьмя контактами. Они применяются для подсветки в автомобилях, меньше нагреваются и лучше крепятся.
SMD – самый распространенный тип, применяются во множестве источников света.
COB – это усовершенствованные светодиоды SMD.

Применение

Область применений светодиодов условно можно разделить на две широкие категории:

Освещение.
С использованием прямого света.

Светодиод в освещении применяется для освещения объекта, пространства или поверхности, вместо того, чтобы быть непосредственно видимым. Это интерьерная подсветка, фонарики, освещение фасадов зданий, освещение в автомобилях, подсветка клавиш мобильных телефонов и дисплеев и так далее. Широкое применение LED-диоды находят в коммуникаторах и сотовых телефонах.

Прямой светодиодный свет применяется для передачи информации, к примеру, в полноцветных видео дисплеях, в которых LED-диоды формируют пиксели дисплея, а также в алфавитно-цифровых табло. Прямой свет также применяется сигнальных устройствах. К примеру, это индикаторы поворота и стоп-сигналы автомобилей, светофоры и знаки.

Будущее светодиодов

Ученые создают светодиоды нового поколения, к примеру, на основе нано-кристаллических тонких пленок из перовскита. Они дешевые, эффективные и долговечные. Исследователи надеются, что такие LED-диоды будут применяться вместо обычных экранов ноутбуков и смартфонов, в том числе в бытовом и уличном освещении.

Создаются и волоконные LED-диоды, которые предназначены для создания носимых дисплеев. Ученые считают, что создаваемый метод производства волоконных светодиодов позволит наладить массовый выпуск и сделать интеграцию носимой электроники в одежду и текстиль совершенно недорогой.

Типичные характеристики

Светодиоды характеризуются следующими параметрами:

Цветовая характеристика.
Длина волны.
Сила тока.
Напряжение (тип применяемого напряжения).
Яркость (интенсивность светового потока).

Светодиодная яркость пропорциональна протекающему через него току, то есть чем напряжение будет выше, тем будет больше яркость. Единицей силы света служит люмен на стерадиан, она также измеряется в милликанделах. Бывают яркие (20-50 мкд.), а также сверх яркие (20000 мкд. и более) LED-диоды белого свечения.

Величина падения напряжения – характеристика допустимых значений прямого и обратного включений. Если подача напряжений выше этих значений, то наблюдается электрический пробой.

Сила тока определяет яркость свечения. Сила тока осветительных элементов обычно равняется 20 мА, для индикаторных светодиодов она составляет 20-40 мА.

Цвет излучения светодиода зависит от активных веществ, внесенных в полупроводниковый материал.

Длина волны света определяется разностью энергий при переходе электронов на этапе рекомбинации. Она определяется легирующими примесями и исходным полупроводниковым материалом.

Достоинства и недостатки

Среди достоинств светодиодов можно отметить:

Малое потребление электроэнергии.
Долгий срок службы, измеряемый 30-100 тысячами часов.
Высокая светоотдача. Светодиоды дают 10-250250 люменов светового потока на ватт мощности.
Нет ядовитых паров ртути.
Широкое применение.

Недостатки:

Низкие характеристики у некачественных светодиодов, созданных неизвестными производителями.
Сравнительно высокая цена качественных светодиодов.
Необходимость качественных источников питания.