O que é um LED - uma descrição detalhada das características e tipos

Os LEDs estão em toda parte: em casas, carros, telefones. Com a ajuda deles, a iluminação brilhante das telas dos gadgets é fornecida, fontes econômicas de iluminação são produzidas. Agora são fontes de luz indispensáveis. Considere o dispositivo e as características técnicas dos principais tipos de LEDs.

O que é um LED

Um LED (do inglês Light Emitting Diode, ou LED) é uma fonte elétrica de estado sólido de luz artificial feita de materiais semicondutores de condutividade p e n. Utilizando várias tecnologias - deposição através de máscaras, gravura, deposição epitaxial, etc., obtém-se uma junção p-n.

Em um material semicondutor do tipo p, os portadores atuais são "buracos" - átomos de um cristal semicondutor, nos quais, por dopagem com metais especiais, criam uma escassez de elétrons. Em n-materiais, os portadores são elétrons em excesso no cristal.

O "buraco" é praticamente imóvel. Tem uma carga positiva igual à carga de um elétron. O elétron, "saltando" da órbita externa de um átomo para a órbita externa do vizinho, move o "buraco" na direção oposta.

O princípio de operação ou o que brilha no LED

Ao conectar uma tensão constante de uma certa magnitude e polaridade à junção p-n, eles causam uma corrente elétrica na junção na forma de um contrafluxo de portadores de carga elétrica - "buracos" - "partículas" positivas e elétrons - negativos. Quando esses fluxos se encontram em uma junção p-n, eles se recombinam ou se fundem. Um elétron livre com energia aumentada entra no “buraco” e desaparece.

Esquema do LED.

À direita está a parte n-semicondutora do cristal, "enriquecida" com elétrons livres, à esquerda está a parte p-semicondutora com "partículas" positivas - "buracos".

A energia é liberada na forma de quanta de luz. Eles são emitidos, ou seja, emitido da extremidade do cristal. O fluxo de quanta atinge o refletor. Sua superfície polida reflete a luz na direção certa. Uma configuração de superfície especial forma o padrão direcional necessário do fluxo de luz.

Esquema para obtenção de luz em uma junção p-n.

A tensão para alimentar a transição é aplicada "+" - ao ânodo do diodo e "-" - ao cátodo.

Projeto

O dispositivo do LED em uma seção vertical.

O substrato de remoção de calor é representado em lilás. Trapézios cinza - seções de um refletor-refletor refletivo de configuração anular feita de alumínio.No centro azul há um chip de cristal de LED com fios de ouro ou prata conectados soldados aos terminais de ânodo e cátodo.

Tipos de LED

Os LEDs são dispositivos bastante "jovens". A sua classificação final ainda não foi desenvolvida. Portanto, muitos fabricantes conhecidos usam seus próprios sistemas de subdivisão.

De acordo com um deles, os LEDs são agrupados de acordo com sua finalidade da seguinte forma:

1. Indicador.
2. Iluminação.

Os indicadores em seu grupo são divididos nos seguintes tipos.

Diodos DIP

A abreviatura é derivada de Dual In-line Package ou "colocação em linha dupla". Normalmente as caixas são cilindros, mas também existem paralelepípedos. Na extremidade inferior existem fios axiais paralelos ao eixo principal de simetria do corpo. A saída do cátodo é mais curta que o ânodo.

Vista do LED DIP acima da PCB, é visível a solda nos orifícios metalizados.

A divisão em tipos - de acordo com o diâmetro da caixa e a lente na extremidade superior. Diâmetros de 2-3 a 20 mm e mais. Cor de brilho - qualquer, vários tons de branco.

Um dos tipos - piscando em 2 cores, possui 3 saídas.

Chapéu de palha

A tradução literal é um chapéu de palha ou bryl. Aplicando aos LEDs – o corpo é como um chapéu com o topo arredondado.

Uma variante do LED DIP chamado Chapéu de Palha ou Chapéu de Palha.

Condutores de diferentes comprimentos são visíveis, o mais curto é o cátodo. Os limitadores de altura de instalação também são visíveis. Sob a lente há um cristal com um fósforo amarelo.

Piranha superfluxo

Tradução direta - superfluxo. Piranha - tradução para o russo - piranha. O nome do LED deve-se às peculiaridades dos fios metálicos em forma de tiras estreitas. Para simplificar a instalação nos orifícios da placa de circuito impresso, os cantos foram cortados nas extremidades dos pinos durante a estampagem. Foi assim que os “dentes” afiados de um peixe predador acabaram.

Na saída, estão estampados “ombros” - limitadores que definem a altura do gabinete acima da placa. Assim, a caixa foi aberta para resfriamento de ar por baixo. Cristais para resfriamento passivo foram colocados nas extremidades superiores dos eletrodos.

Ao colocar 2 ou 3 chips no case, eles aumentaram o fluxo de luz. E o diodo caiu no grupo dos super brilhantes.

LED tipo "piranha" em estojo transparente.

Pode-se ver um cristal “coberto” por uma lente e formadores de chumbo estreitados da altura da instalação.

smd

Abreviação de Surface Mounted Device, traduzido do inglês - um dispositivo instalado na superfície. Parecem caixas retangulares feitas de plástico ou cerâmica. Conclusões - de baixo e na lateral do estojo na forma de almofadas.

Na maioria das vezes - iluminação, mas com baixa potência também podem ser indicadores. Potências de mW (miliwatt) a W. Brilho é qualquer cor ou sombra de luz branca.

Leia também: Características dos LEDs SMD

OLED

Além dos LEDs de estado sólido baseados em metais semicondutores - silício, germânio, arsenieto de gálio, etc., existe um grupo de LEDs em filmes de compostos orgânicos. Eles são chamados de LEDs orgânicos ou OLED - Diodo Emissor de Luz Orgânico.

Eles também, como diodos semicondutores, emitem luz, mas não com uma estrutura sólida, mas com filmes finos. Enquanto a principal aplicação é encontrada no desenvolvimento de telas de cor única. As desvantagens existentes dos filmes OLED coloridos são os diferentes tempos de operação para filmes de diferentes cores de brilho. No mínimo, isso é cerca de 12 a 15 mil horas.

Após a melhoria, esses LEDs serão amplamente utilizados em telefones celulares, navegadores GPS de carros e navios, em miras noturnas e dispositivos para caça e tiro noturno, etc.

Revisão de vídeo: comparação de QLED, OLED e LCD (IPS).

Filamento

Em 2012-2013LEDs incomuns apareceram, que eles chamaram de Filamento. De fato, são matrizes COB na forma de cilindros longos com diâmetro de 2-3 e comprimento de 15-30 mm. 28-30 cristais azuis intercalados com alguns vermelhos são colados em um cilindro de vidro ou safira. Eles são conectados em cadeias em série e, após a verificação da manutenção, são preenchidos com um fósforo amarelo.

Esta tecnologia de fabricação de módulos de filamentos é chamada de Chip-On-Glass ou COG.

Matrizes COG prontas são colocadas nos encaixes das lâmpadas incandescentes convencionais, instaladas na base e colocadas em um frasco de vidro ou plástico. Para resfriar os LEDs, o frasco é preenchido com hélio.

Potência da lâmpada - de 2-3 a 10-12 watts. O fluxo luminoso corresponde à eficiência luminosa dos LEDs convencionais de 80-100 lm/W.

O resultado é uma lâmpada incandescente LED retrofit. A lâmpada é muitas vezes incorretamente referida como uma lâmpada incandescente de LED.

O termo retrofit vem do inglês. retrofit - modernização ou modificação. São novas fontes de luz em caixas com dimensões tradicionais.

Lâmpada LED de filamento em uma lâmpada "bola".

Lâmpada de filamento de alta potência em uma lâmpada alongada.

Os números acima são diferentes em potência e fabricantes lâmpadas LED de filamento. Em um frasco de vidro com base E27, módulos de filamento COL são fixados aos encaixes de filamento.

Tipo de estrela PCB

A abreviatura para LEDs deste tipo é derivada da frase em inglês Printed Circuit Board. Sua tradução é placa de circuito impresso.

Placa de diodo tipo PCB Star.

Placa de diodo tipo PCB Star. O fabricante é a empresa americana CREE, modelo de diodo XML. O retângulo amarelo é a matriz COB do diodo de potência.

A placa é feita de um metal que conduz bem o calor, como o alumínio. A configuração da placa é uma estrela de 6 raios.A matriz de LED COB é montada de fábrica no centro da placa estrela. A placa é pintada de preto para melhorar a dissipação de calor passiva que um poderoso dispositivo emissor de luz de trabalho gera.

Poderosos LEDs tipo PCB Star.

6 "estrelas" à esquerda - diodos de diferentes potências e tons de luz branca. Os dois inferiores são elementos mais poderosos com grandes círculos de fósforo amarelo. À direita está uma coluna de 4 peças. – diodos para montagem plana na superfície de pads em uma placa de circuito impresso.

Desenho dimensional de um poderoso LED planar em uma placa de estrela.

Desenho dimensional de um poderoso LED planar em uma placa de estrela. A altura da estrutura é de 6,6 mm, o diâmetro do corpo do diodo com terminais planares é de 8 mm, o tamanho da placa Star é de 22 mm.

Matriz de LED COB

Se várias dezenas de cristais semicondutores azuis são colados com cola dielétrica em um substrato condutor de calor feito de uma safira artificial ou cristal de silício, conectados por condutores em grupos paralelos em série e preenchidos com um fósforo amarelo no topo, obtemos um módulo de LED. isto Matriz COB. A abreviação é derivada da frase em inglês Chip-On-Board. É traduzido como "cristais no tabuleiro".

Matriz COB redonda de LED preenchida com fósforo amarelo. Ao longo do "rim" existem almofadas de contato marrons para conectar os circuitos de alimentação e/ou controle.

As matrizes COB usam chips de chip LED sem pacote sem substratos. A acomodação é extremamente apertada. Essa tecnologia produz uma parte significativa de LEDs de alta potência, incluindo centenas de cristais. Um bom dissipador de calor refrigerado por ventilador, às vezes usando tubos de calor, permite atingir uma potência de 150-200 W ou mais em um gabinete.A matriz fornece um fluxo direcional com um ângulo de dispersão de 100-150 graus a um nível de 0,7 do máximo de radiação.

Classificação do tipo

Os tipos de LEDs incluem:

• LEDs únicos em um único chip de alta potência (matriz COB);
• par de LEDs em um pacote - diodos indicadores piscando alternadamente em duas cores, por exemplo, vermelho e amarelo;
• tripletos ou tríades de emissores de três cores primárias - vermelho, verde e azul ou RGB: Vermelho - Vermelho, Verde - Verde, Azul - Azul.

LED de três chips em pacote SMD para montagem em superfície de PCB.

Se em um LED de três cristais houver cristais da mesma cor de brilho, temos um LED super brilhante. Com diferentes cores de luz de cristal, obtemos uma tríade RGB ou um dispositivo emissor de luz controlado multicolorido.

SMD é uma abreviação da frase em inglês Surface Mounted Device, um dispositivo de montagem em superfície. Usado para automatizar a colocação e soldagem de componentes eletrônicos em placas de circuito impresso, incl. e LED. Utilizado em fitas, réguas, módulos e placas de circuito impresso convencionais.

As cores principais também incluem um par de cores YB - amarelo, amarelo e azul, azul. Existem outras combinações de cores que dão branco quando misturadas.

LEDs COB poderosos

Modelos grandes têm furos de montagem nos cantos do gabinete. Modelos menores são soldados na placa de circuito impresso.

Além das características usuais dos LEDs, modelos poderosos adicionam vários parâmetros adicionais:

• potência nominal, W;
• tamanho do chip, mm;
• corrente nominal de operação do cristal ou matriz;
• vida útil associada às normas L 70, L80, etc.

LEDs de baixa potência

Em termos de consumo de energia, são LEDs de 0,05 a 0,5 W, corrente operacional - 20-60 mA (potência média - 0,5-3 W, corrente 0,1-0,7 A, grande - mais de 3 W , corrente 1 A e mais) .

Estruturalmente, os LEDs de baixa potência incluem vários grupos de emissores de luz LED:

• Os LEDs nos gabinetes SMD são comuns e super brilhantes;
• Diodos DIP em caixas cilíndricas - para montagem em furos em placas de circuito impresso;
• em estojos tipo piranha - para montagem em furos.

LEDs de baixa potência em diferentes embalagens.

Na imagem, os LEDs de cima para baixo:

1. Em embalagens DIP cilíndricas - com fios flexíveis para soldagem nos orifícios da placa.
2. Nos estojos tipo piranha, também são Superflux, soldando pelos furos.
3. Em casos com cabos planos para montagem em blocos de contato de placas de circuito impresso de um e dois lados ou em "poços" de placas multicamadas.

Características dos LEDs

Os LEDs são descritos por muitos parâmetros. O mais importante deles:

• intensidade luminosa e eficiência energética - Lm e Lm/W;
• o ângulo de divergência do fluxo de luz em níveis de 0,5 ou 0,7 graus - para os comuns de 120 a 140 graus, para modelos de indicadores - de 15 a 45 graus;
• energia consumida durante a operação, W - pequena - até 0,5, média - 0,5-3, grande - mais de 3;
• corrente de operação através do diodo, mA ou A;
• cor ou sombra da luz branca Temperatura colorida, graus Kelvin, K - de 2000-2500 K - branco quente e até 6500-9500 K - branco frio.

Existem outras características, mas elas são usadas com menos frequência. Por exemplo, a característica de tensão de corrente, característica I-V de um LED é uma curva de corrente através de uma junção versus a tensão de operação aplicada a ela. É usado em cálculos elétricos do modo de operação do LED.

Dimensões

As dimensões do LED são determinadas pelas dimensões de sua carcaça.Para casos SMD - comprimento, largura, espessura. Os dois primeiros valores estão embutidos na designação, por exemplo, SMD2835, onde dois pares de números são 2,8 mm - largura e 3,5 mm - comprimento. A espessura da caixa deve ser retirada da descrição ou passaporte do diodo.

Dimensões SMD3528 e SMD2835. No canto inferior direito, um canto cinza é uma chave que denota o cátodo.

Para diodos DIP cilíndricos, características importantes são o diâmetro da caixa e sua altura com uma lente. Neste caso, é necessário levar em consideração o comprimento dos fios e as recomendações do fabricante para dobrá-los antes da instalação.

Comprimento de onda

Tal característica dos LEDs como comprimento de onda é usada muito raramente. Muitas vezes chamado de cor do brilho.

O comprimento de onda do brilho do diodo é medido em nanômetros - nm. Nem sempre é indicado nos dados do passaporte do produto.

Designação e marcação de cores

Cada fabricante tem sua própria marcação de LEDs. Por exemplo, na designação do LED - LED-WW-SMD5050, seus elementos alfabéticos e numéricos são decodificados:

• LED - LED;
• WW - cor brilhante Warm White - branco quente 2700-3500 K;
• SMD - pacote de montagem em superfície;
• 5050 - dimensões do corpo em décimos de milímetro - 5,0 × 5,0.

Variantes de abreviações para tons de luz branca:

• DW - Dia Branco - dia branco (4000-5000 K);
• W - Branco, branco puro (6000-8000 K);
• CW ou WC - Cool White - cold white (8000-10 000 K);
• WSC - Branco Super Cool - branco super frio, temperatura de cor 15.000 K com tonalidade azulada característica;
• NW - Branco neutro - branco neutro - 5000 K.

Existem outras designações para LEDs e cores, o sistema ainda não foi totalmente padronizado, portanto, os fabricantes usam diferentes valores numéricos \u200b\u200nomes de bandas para tons de luz branca.

Imagem gráfica e alfabética no diagrama

O ânodo, também conhecido como o positivo do LED, é mostrado como um triângulo nos circuitos elétricos. Cátodo (menos) - um traço transversal.

A aparência do LED AL307 e sua designação nos desenhos e diagramas.

Uma abreviatura comumente usada é a abreviatura latina HL.

tabela de tensão de LED

Para que o LED forneça durante a operação todas as características especificadas pelo seu projeto e tecnologia de fabricação, ele precisa ser fornecido com uma fonte de alimentação calculada. Por exemplo, aplique uma tensão ao seu ânodo e cátodo, que será um pouco maior que a tensão direta da junção p-n. O excesso de tensão deve ser "apagado" em série resistor incluído. O resistor é chamado de resistor limitador de corrente. Serve para evitar o excesso de corrente através da junção p-n.

O LED tem dois cabos de contato - o ânodo e o cátodo, o cátodo é mais curto que o ânodo. Se o comprimento é o mesmo, então definir Você pode usá-los com uma bateria de dedo. Se houver luz, então você tem um ânodo à sua frente.

Mesa. Tensão direta da junção p-n do LED colorido.

Leia também: Como descobrir quantos volts um LED

Aplicação de LED

O escopo dos LEDs está em constante expansão. Inicialmente, eles foram usados ​​como indicadores luminosos em circuitos para ligar ou operar equipamentos eletrônicos.Por exemplo, ligar o transmissor, alternar para potência aumentada ou reduzida, etc. Eles podem corrigir a ativação automática, por exemplo, quando um sinal de chamada aparece ou para chamar a atenção. Foram utilizados LEDs intermitentes ou de cor única - vermelho, amarelo, verde, azul.

LEDs DIP super brilhantes de tamanho pequeno foram conectados em cadeias paralelas em série e alimentados diretamente de uma rede de 220 V. Ao colocar esses grupos de diodos em série em um tubo de PVC flexível transparente e preenchê-los com um selante transparente, obtivemos "néon flexível"- um torniquete luminoso". Pode ser colocado ao lado da piscina, no meio-fio do caminho, decorar o telhado da casa ou uma árvore no jardim.

Usando néon flexível.

O advento de placas multicamadas flexíveis e pacotes SMD para montagem em superfície levou à criação de placas flexíveis tiras de LED.

Inicialmente, estes eram meios de decoração decorativa de interiores. Um aumento na potência dos diodos SMD e a densidade de sua colocação na placa tornaram possível começar a usar tiras de LED, primeiro para iluminação auxiliar e depois para iluminação principal. Um aumento no grau de proteção contra poeira e umidade das fitas levou ao seu uso para iluminação decorativa e depois para a iluminação principal em condições de rua.

Ao mesmo tempo, as lâmpadas LED estavam sendo desenvolvidas para substituir as lâmpadas incandescentes nas lâmpadas - arandelas, lustres e luminárias de mesa. Lâmpadas retrofit apareceram - análogos completos de lâmpadas incandescentes e tubos fluorescentes em termos de forma, tamanho da lâmpada e tensão de alimentação. Começou a substituição gradual das lâmpadas incandescentes por retrofits de LED. Ao mesmo tempo, a produção de LN foi interrompida - primeiro 100 W ou mais, depois 75, 60 etc.

O desenvolvimento de LEDs únicos poderosos, especialmente no pacote Emitter ou PCB Star, contribuiu para o surgimento de lanternas com bateria embutida. O brilho e a duração do brilho após um ciclo de carga foram várias vezes maiores do que os modelos anteriores.

Excelente controlabilidade de LEDs por meios eletrônicos - controladores e dimmers - dimmers, permitiu o uso de potentes holofotes na iluminação dinâmica de ruas e praças de cidades e vilas em qualquer região do país.

Aplicação na iluminação decorativa de edifícios.

tipo de tira de LED RGB, RGBW e RGBWW tornou possível não apenas obter poderosos fluxos de luz branca, mas também alterar sua tonalidade branca em uma ampla faixa de amarelado quente para azulado e azul frio.

A controlabilidade das novas fontes de luz permite uma ampla utilização em publicidade iluminada - "linhas rastejantes", displays de luz, telas de informação, etc. Use essas fontes de luz coloridas e brancas brilhantes em publicidade de fachada e em telhados - letras e desenhos planos e tridimensionais, nomes de marcas, imagens de marcas registradas e muito mais.

E todos esses projetos funcionam muito mais do que suas contrapartes em lâmpadas convencionais, exigindo quase nenhuma manutenção e consumindo muito menos eletricidade. As características técnicas dos LEDs e equipamentos de iluminação estão em constante crescimento. O custo dos LEDs está diminuindo e a aplicação está se expandindo.