Види та типи світлодіодів – повна класифікація. Характеристики світлодіодів: споживання струму, напруга, потужність та світловіддача Плоскі світлодіоди
З часів винаходу електричного освітлення вченими створювалися дедалі економічніші джерела. Але справжнім проривом у цій галузі став винахід світлодіодів, які не поступаються силою світлового потоку попередникам, проте витрачають у багато разів менше електроенергії. Їхньому створенню, починаючи від першого індикаторного елемента і закінчуючи найяскравішим на сьогодні діодом «Cree», передувала величезна кількість роботи. Сьогодні ми спробуємо розібрати різні характеристики світлодіодів, дізнаємося, як ці елементи еволюціонували і як їх класифікують.
Читайте у статті:
Принцип роботи та влаштування світлових діодів
Світлодіоди відрізняє від звичних освітлювальних приладів відсутність у ньому нитки розжарення, крихкої колби та газу в ній. Це принципово відмінний від них елемент. Говорячи науковою мовою, світіння створюється з допомогою наявності у ньому матеріалів р- і n-типу. Перші накопичують позитивний заряд, а другі негативний. Матеріали р-типу накопичують у собі електрони, тоді як у n-типі утворюються дірки (місця, де електрони відсутні). У момент появи на контактах електричного заряду вони прагнуть р-n-переходу, де кожен електрон інжектується саме в р-тип. З боку зворотного, негативного контакту n-типу внаслідок подібного руху виникає свічення. Воно обумовлено виділенням фотонів. При цьому не всі фотони випромінюють видиме людським оком світло. Сила, що змушує рухатися електрони, називається струмом світлодіода.
Ця інформація ні до чого звичайному обивателю. Достатньо знати, що світлодіод має міцний корпус та контакти, яких може бути від 2-х до 4-х, а також те, що кожен світлодіод має свою номінальну напругу, необхідну для свічення.
Корисно знати!Підключення здійснюється завжди в однаковому порядку. Це означає, що якщо до контакту "-" на елементі підключити "+", то світіння не буде - матеріали р-типу просто не зможуть зарядитися, а значить не буде руху до переходу.
Класифікація світлодіодів за їх сферою застосування
Такі елементи можуть бути індикаторними та освітлювальними. Перші були винайдені раніше других, причому вони вже давно використовуються в радіоелектроніці. А ось з появою першого освітлювального світлодіода розпочався справжній прорив у електротехніці. Попит на освітлювальні прилади такого типу неухильно зростає. Але й прогрес не стоїть на місці – винаходяться та впроваджуються у виробництво все нові види, які стають все яскравішими, не споживаючи при цьому більше енергії. Розберемо докладніше, якими бувають світлодіоди.
Індикаторні світлодіоди: трохи історії
Перший такий світлодіод червоного кольору було створено у середині ХХ століття. Хоча він мав низьку енергоефективність і випромінював тьмяне свічення, напрямок виявився перспективним і розробки у цій обрості продовжилися. У 70-х роках з'являються зелені та жовті елементи, а роботи щодо їх удосконалення не припиняються. До 90-го року сила їхнього світлового потоку досягає 1 Люмена.
1993 ознаменований появою в Японії першого синього світлодіода, який був набагато яскравіше попередників. Це означало, що тепер, поєднуючи три кольори (які й становлять усі відтінки веселки), можна отримати будь-який. На початку 2000-х сила світлового потоку вже сягає 100 люменів. У наш час світлодіоди не перестають удосконалюватися, збільшуючи яскравість без збільшення споживаної потужності.
Використання світлодіодів у побутовому та промисловому освітленні
Зараз подібні елементи використовуються у всіх галузях, чи то машино- чи автомобілебудування, освітлення виробничих цехів, вулиць чи квартир. Якщо взяти останні розробки, можна сказати, що навіть характеристики світлодіодів для ліхтариків часом не поступаються старим галогеновим лампам на 220 В. Спробуємо навести один приклад. Якщо взяти характеристики світлодіода 3 Вт, то вони будуть зіставні з даними лампи розжарювання із споживанням 20-25 Вт. Виходить економія електроенергії майже в 10 разів, що при повсякденному постійному використанні в квартирі дає дуже істотну вигоду.
Чим хороші світлодіоди і чи є в них мінуси
Про позитивні якості світлових діодів можна сказати багато. Основними з них можна назвати:
Що ж до негативних сторін, то їх всього дві:
- Працюють лише з постійною напругою;
- Випливає з першого - висока вартість ламп на їх основі через необхідність використання (електронного стабілізуючого блоку).
Які основні характеристики світлодіодів?
При виборі таких елементів для тієї чи іншої мети кожен звертає увагу на їх технічні дані. Основне, на що слід звернути увагу, набуваючи приладів на їх основі:
- струм споживання;
- Номінальна напруга;
- споживана потужність;
- температура кольору;
- сила світлового потоку.
Це те, що ми можемо побачити на маркуванні . Насправді ж, характеристик набагато більше. Про них зараз і поговоримо.
Струм споживання світлодіода – що це таке
Струм споживання світлодіода дорівнює 0.02 А. Але це стосується лише елементів з одним кристалом. Існують і потужніші світлові діоди, у складі яких може бути 2, 3 і навіть 4 кристали. У цьому випадку струм споживання збільшуватиметься, кратно числу чіпів. Саме цей параметр і диктує необхідність підбору резистора, що впаюється на введенні. В цьому випадку опір світлодіода не дає високому струму миттєво спалити елемент LED. Це може статися через високий струм мережі.
Номінальна напруга
Напруга світлодіода має пряму залежність від його кольору. Це відбувається через різницю матеріалів для їх виготовлення. Розглянемо цю залежність.
| Колір світлодіода | Матеріал | Пряма напруга при 20 мА | |
|---|---|---|---|
| Типове значення (В) | Діапазон (В) |
||
| ІЧ | GaAs, GaAlAs | 1,2 | 1,1-1,6 |
| червоний | GaAsP, GaP, AlInGaP | 2,0 | 1,5-2,6 |
| Помаранчевий | GaAsP, GaP, AlGaInP | 2,0 | 1,7-2,8 |
| Жовтий | GaAsP, AlInGaP, GaP | 2,0 | 1,7-2,5 |
| Зелений | GaP, InGaN | 2,2 | 1,7-4,0 |
| Блакитний | ZnSe, InGaN | 3,6 | 3,2-4,5 |
| Білий | Синій/УФ діод із люмінофором | 3,6 | 2,7-4,3 |
Опір світлових діодів
Сам собою один і той же світлодіод може мати різний опір. Змінюється воно залежно від включення до ланцюга. В один бік – близько 1 кому, в інший – кілька МОм. Але тут є власний нюанс. Опір світлодіода нелінійний. Це означає, що воно може змінюватися в залежності від напруги, що подається на нього. Чим вище напруга, тим нижче буде опір.
Світловіддача та кут свічення
Кут світлового потоку світлодіодів може відрізнятися, залежно від їхньої форми та матеріалу виготовлення. Він може перевищувати 120 0 . З цієї причини, якщо потрібно більше розсіювання, застосовують спеціальні відбивачі та лінзи. Це якість «спрямованого світла» та сприяє найбільшій силі світлового потоку, яка може досягати 300-350 Лм у одного світлодіода на 3 Вт.
Потужність світлодіодних ламп
Потужність світлодіода – величина суто індивідуальна. Вона може змінюватись в діапазоні від 0.5 до 3 Вт. Визначити її можна за законом Ома P = I × U , де I - Сила струму, а U - Напруга світлодіода.
Потужність – досить важливий показник. Особливо коли необхідно розрахувати, який необхідний для тієї чи іншої кількості елементів.
кольорова температура
Цей параметр схожий на інші лампи. Найбільш наближені до температурного спектру до світлодіодних люмінесцентні лампи. Вимірюється колірна температура К (Кельвін). Світіння може бути теплим (2700-3000К), нейтральним (3500-4000К) або холодним (5700-7000К). Насправді відтінків набагато більше, тут вказані основні.
Розмір чіпа LED елемента
Цей параметр самостійно виміряти при покупці не вдасться і зараз шановному читачеві стане зрозумілим чому. Найпоширеніші розміри – це 45х45 mil та 30х30 mil (відповідають 1 Вт), 24х40 mil (0.75 Вт) та 24х24 mil (0.5 Вт). Якщо перевести в більш звичну систему вимірювань, то 30х30 mil дорівнюватимуть 0.762х0.762мм.
Чіпів (кристалів) в одному світлодіоді може бути багато. Якщо елемент не має шару люмінофора (RGB – кольоровий), кількість кристалів можна підрахувати.
Важливо!Не варто купувати дуже дешеві світлодіоди китайського виробництва. Вони можуть виявитися не лише низькою якістю, а й характеристики їх найчастіше завищені.
Що таке SMD світлодіоди: їх характеристики та відмінність від звичайних
Чітка розшифровка цієї абревіатури виглядає як Surface Mount Devices, що в буквальному перекладі означає «що монтується на поверхні». Щоб було зрозуміліше, можна згадати, що звичайні світлові діоди циліндричної форми на ніжках утоплюються ними в плату і припаюються з іншого боку. На відміну від них, SMD-компоненти фіксуються лапками з того ж боку, де знаходяться і самі. Такий монтаж дозволяє створити двосторонні друковані плати.
Такі світлодіоди набагато яскравіші і компактніші за звичайні і є елементами нового покоління. Їхні габарити вказуються в маркуванні. Але не варто плутати розмір SMD світлодіода та кристала (чіпа) яких у складі компонента може бути безліч. Розберемо кілька таких світлових діодів.
Параметри LED SMD2835: розміри та характеристики
Багато майстрів-початківців плутають маркування SMD2835 з SMD3528. З одного боку вони мають бути однакові, адже маркування вказує, що ці світлодіоди мають розмір 2.8х3.5 мм та 3.5 на 2.8 мм, що одне й те саме. Однак це помилка. Технічні характеристики світлодіода SMD2835 набагато вищі, при цьому він має товщину всього 0.7 мм проти 2 мм у SMD3528. Розглянемо дані SMD2835 з різною потужністю:
| Параметр | Китайська 2835 | 2835 0,2W | 2835 0,5W | 2835 1W |
|---|---|---|---|---|
| Сила світлового потоку, Лм | 8 | 20 | 50 | 100 |
| Потужність, Вт | 0,09 | 0,2 | 0,5 | 1 |
| Температура в градусах С | +60 | +80 | +80 | +110 |
| Струм споживання, ма | 25 | 60 | 150 | 300 |
| Напруга, В | 3,2 | |||
Як можна зрозуміти, технічні характеристики SMD2835 можуть досить різноманітні. Все залежить від кількості та якості кристалів.
Характеристики світлодіода 5050: більш габаритний SMD-компонент
Досить дивно, що при великих габаритах цей світлодіод має меншу силу світлового потоку, ніж попередній варіант – 18-20 Лм. Причиною цього мала кількість кристалів - зазвичай їх всього два. Найбільш поширене застосування такі елементи знайшли у світлодіодних стрічках. Щільність з смуги зазвичай становить 60 шт/м, що загалом дає близько 900 Лм/м. Гідність їх у цьому випадку в тому, що стрічка дає рівномірне спокійне світло. При цьому кут її освітлення максимальний і дорівнює 1200.
Випускаються такі елементи з білим світінням (холодного або теплого відтінку), одноколірними (червоний, синій або зелений), триколірними (RGB), а також чотириколірними (RGBW).
Характеристики світлодіодів SMD5730
Порівняно з цим компонентом попередні вже вважаються застарілими. Їх уже можна назвати навіть над яскравими світлодіодами. 3 вольти, які живлять і 5050 і 2835 видають тут до 50 Лм при 0.5 Вт. Технічні характеристики SMD5730 набагато вище, а значить їх необхідно розглянути.
І все-таки це не найяскравіший із SMD-компонентів світлодіод. Порівняно недавно на російському ринку з'явилися елементи, які в буквальному значенні «заткнули за пояс» решту. Про них зараз і йтиметься.
Світлодіоди «Cree»: характеристики та технічні дані
Сьогодні аналогів продукції фірми Cree немає. Характеристики понад яскраві світлодіоди їх виробництва справді вражають. Якщо попередні елементи могли похвалитися силою світлового потоку лише в 50 Лм з одного кристала, то, наприклад, характеристики світлодіода XHP35 від Cree говорять про 1300-1500 Лм так само від одного чіпа. Але й потужність їх більша – вона становить 13 Вт.
Якщо узагальнити характеристики різних модифікацій та моделей світлодіодів цієї марки, то можна побачити таке:
Сила світлового потоку SMD LED Cree називається біном, який в обов'язковому порядку проставляється на упаковці. Останнім часом з'явилося дуже багато підробок під цю марку, переважно китайського виробництва. При покупці їх складно відрізнити, а ось уже через місяць використання їх світло тьмяніє і вони перестають відрізнятися від інших. За досить високої вартості таке придбання стане неприємним сюрпризом.
Пропонуємо Вам невелике відео на цю тему:
Перевірка світлодіода мультиметром – як її виконати
Найпростішим і найдоступнішим способом є «продзвонювання». На мультиметрах є окреме положення перемикача спеціально для діодів. Переключивши прилад у потрібну позицію, торкаємося щупами до ніжок світлодіода. Якщо на дисплеї з'явилася цифра «1», слід змінити полярність. У цьому положенні зумер мультиметра повинен видавати звуковий сигнал, а світлодіод світиться. Якщо такого не сталося, значить, він вийшов з ладу. Якщо ж світловий діод справний, але при впайці його в схему не працює, цьому може бути дві причини - неправильне його розташування або вихід з ладу резистора (у сучасних SMD-компонентів він вже вбудований, що буде ясно в процесі продзвонювання).
Колірне маркування світлових діодів
Загальноприйнятого світового маркування подібних виробів немає, кожен виробник позначає колір так, як це зручно. У Росії застосовують кольорове маркування світлодіодів, але нею мало хто користується, тому, як список елементів з літерними позначеннями досить значний і запам'ятовувати його навряд чи захочеться комусь. Найбільш поширене буквене позначення, яке багато хто і вважає загальноприйнятим. Але таке маркування найчастіше зустрічається не на потужних елементах, а на світлодіодних стрічках.
Розшифровка коду маркування світлодіодної стрічки
Для того, щоб зрозуміти, як маркується стрічка, слід звернути увагу на таблицю:
| Позиція у коді | Призначення | Позначення | Розшифровка позначення |
|---|---|---|---|
| 1 | Джерело світла | LED | Світлодіод |
| 2 | Колір світіння | R | червоний |
| G | Зелений | ||
| B | Синій | ||
| RGB | Будь-який | ||
| CW | Білий | ||
| 3 | Спосіб монтажу | SMD | Surface Mounted Device (Пристрій, що монтується на поверхню) |
| 4 | Розмір чіпа | 3028 | 3,0 х 2,8 мм |
| 3528 | 3,5 х 2,8 мм | ||
| 2835 | 2,8 х 3,5 мм | ||
| 5050 | 5,0 х 5,0 мм | ||
| 5 | Кількість світлодіодів на метр довжини | 30 | |
| 60 | |||
| 120 | |||
| 6 | Ступінь захисту: | IP | International Protection |
| 7 | Від проникнення твердих предметів | 0-6 | Відповідно до ГОСТ 14254-96 (стандарт МЕК 529-89) «Ступені захисту, що забезпечуються оболонками (код IP)» |
| 8 | Від проникнення рідини | 0-6 |
Наприклад візьмемо конкретне маркування LED CW SMD5050/60 IP68. З неї можна зрозуміти, що перед нами світлодіодна стрічка білого кольору для поверхневого монтажу. Елементи, встановлені на ній, мають розмір 5х5мм у кількості 60 шт/м. Ступінь захисту дозволяє їй тривалий час працювати під водою.
Що можна зробити зі світлодіодів своїми руками?
Це питання дуже цікаве. І якщо відповідати на нього розгорнуто, то на це знадобиться дуже багато часу. Найчастіше застосування світлових діодів – це підсвічування підвісних та натяжних стель, робочої зони на кухні або навіть клавіатури комп'ютера.
Думка експерта
Інженер-проектувальник ЕС, ЕМ, ЕО (електропостачання, електрообладнання, внутрішнє освітлення) ТОВ "АСП Північний Захід"
Запитати у фахівця“Для роботи таких елементів потрібний стабілізатор живлення або контролер. Його можна взяти навіть із старої китайської гірлянди. Багато "умільців" пишуть, що досить звичайного понижуючого трансформатора, але це не так. У цьому випадку діоди моргатимуть.”
Стабілізатор струму – яку функцію він виконує
Стабілізатор для світлодіодів – це джерело живлення, яке знижує напругу та вирівнює струм. Іншими словами, створює умови для нормальної роботи елементів. При цьому він захищає від підвищення чи падіння напруги на світлодіодах. Існують стабілізатори, які можуть не тільки регулювати напругу, забезпечуючи плавне згасання світлових елементів, а й керувати режимами кольору або мерехтіння. Вони називаються контролерами. Такі пристрої можна побачити на гірляндах. Також вони продаються в магазинах електротехніки для комутації з RGB-стрічками. Такі контролери оснащуються пультами дистанційного керування.
Схема такого пристрою не складна, і за бажання найпростіший стабілізатор можна виготовити своїми руками. Для цього знадобляться лише невеликі знання у радіоелектроніці та вміння тримати в руках паяльник.
Денні ходові вогні на автомобіль
Застосування світлових діодів автомобільної промисловості досить поширене. Наприклад, ДХО виготовляються тільки з їх допомогою. Але якщо авто не оснащене ходовими вогнями, їх придбання може вдарити по кишені. Багато автолюбителів обходяться дешевою світлодіодною стрічкою, але це не дуже вдала думка. Особливо якщо сила її світлового потоку невелика. Непоганим виходом може стати придбання стрічки, що самоклеїться, на діодах «Cree».
Цілком можна зробити ДХО і за допомогою тих, що вже вийшли з ладу, помістивши всередину старих корпусів нові, потужні діоди.
Важливо!Денні ходові вогні створені саме для того, щоб авто було помітно вдень, а не вночі. Немає сенсу перевіряти, як вони світитимуть у темний час доби. ДХО мають бути помітні при світлі сонця.
Миготливі світлодіоди – для чого це потрібно?
Непоганим варіантом використання таких елементів стане рекламне табло. Але якщо воно буде статично світитися, це не приверне належної уваги. Основним завданням є складання та спайка щита – для цього потрібні деякі навички, набути які нескладно. Після збирання можна вмонтувати контролер від тієї ж гірлянди. В результаті виходить миготлива реклама, яка явно приверне увагу.
Кольорова музика на світлових діодах - чи складно її зробити
Ця робота вже не для новачків. Для того, щоб зібрати повноцінну музику кольору своїми руками потрібен не тільки точний розрахунок елементів, але і знання радіоелектроніки. Але все ж таки найпростіший її варіант цілком під силу кожному.
У магазинах радіоелектроніки завжди можна знайти датчик звуку, та й у багатьох сучасних вимикачах він є (світло по бавовні). Якщо у Вас є світлодіодна стрічка та стабілізатор, то пустивши з блоку живлення «+» на смугу через подібну хлопушку можна досягти бажаного результату.
Індикатор напруги: що робити, якщо він перегорів
Сучасні індикаторні викрутки складаються якраз із світлового діода та опорів із ізолятором. Найчастіше це ебонітова вставка. При перегоранні елемента всередині його можна замінити на новий. А колір вже вибиратиме сам умілець.
Ще один із варіантів – це виготовлення продзвінка ланцюга. Для цього знадобиться 2 пальчикові батареї, проводи і світловий діод. З'єднавши елементи живлення послідовно, одну їх ніжок елемента припаюємо до плюс батареї. Проводи будуть йти від іншої ніжки та від мінуса батареї. У результаті при замиканні діод засвітиться (якщо полярність не переплутати).
Схеми підключення світлодіодів – як все правильно виконати
Подібні елементи можна підключити двома способами – послідовно та паралельно. При цьому не можна забувати, що світловий діод має бути розташований правильно. В іншому випадку схема не працюватиме. У звичайних елементах з циліндричною формою це можна визначити так: на катоді (-) видно прапорець, він трохи більший за анод (+).
Як розрахувати опір світлодіоду
Розрахунок опору світлового діода дуже важливий. Інакше елемент просто згорить, не витримавши величини струму мережі.
Зробити це можна за формулою:
R = (VS - VL) / I, де
- VS - напруга живлення;
- VL – номінальна напруга для світлодіода;
- I - Струм світлодіода (зазвичай це 0.02 А, що дорівнює 20 мА).
За бажання можливо все. Схема досить проста – використовуємо блок живлення від зламаного мобільного телефону чи будь-якого іншого. Головне, щоб у ньому був випрямляч. Важливо не перестаратися із навантаженням (з чисельністю діодів), інакше є ризик спалити блок живлення. Стандартний зарядний пристрій витримає 6-12 елементів. Можна змонтувати кольорове підсвічування для клавіатури комп'ютера, взявши по 2 синіх, білих, червоних, зелених та жовтих елементах. Виходить досить гарно.
Корисна інформація!Напруга, що видає блок живлення, дорівнює 3.7 В. Це означає, що діоди потрібно з'єднати послідовно скомутованими парами паралельно.
Паралельне та послідовне з'єднання: як вони виконуються
За законами фізики та електротехніки при паралельному з'єднанні напруга розподіляється поступово по всіх споживачів, залишаючись постійним кожному з них. При послідовному монтажі потік ділиться і кожному зі споживачів воно стає кратним їх кількості. Якщо взяти 8 світлових діодів, з'єднаних послідовно, вони будуть нормально працювати від 12 В. Якщо ж з підключити паралельно - вони згорять.
Підключення світлових діодів на 12 В як оптимальний варіант
Будь-яка світлодіодна стрічка розрахована на підключення до стабілізатора, що видає 12 або 24 В. На сьогоднішній день на прилавках російських магазинів представлений величезний асортимент виробів різних виробників із цими параметрами. Але все ж таки переважають стрічки та контролери саме 12 В. Ця напруга безпечніша для людини, та й вартість таких приладів нижча. Про самостійне підключення до мережі 12 В говорилося трохи вище, ну а з підключенням до контролера проблем виникнути не повинно – до них додається схема, з якої розбереться навіть школяр.
На закінчення
Популярність, яку набирають світлові діоди, не може не тішити. Адже це змушує прогрес рухатись уперед. І хто знає, можливо, вже найближчим часом з'являться нові світлодіоди, які будуть на порядок вищі за характеристиками, ніж існуючі зараз.
Сподіваємось, наша стаття була корисна шановному читачеві. При виникненні питань на тему просимо ставити їх у обговореннях. Наша команда завжди готова відповісти на них. Пишіть, ділитесь досвідом, адже він може допомогти комусь.
Відео: як правильно підключити світлодіод
Зміст:
Світлодіодне освітлення набуває все більшої популярності і поступово витісняє традиційні освітлювальні прилади. Багато видів світлодіодів, що випускаються виробниками, постійно вдосконалюються, їх конструкція з кожним роком стає кращою. Збільшується потужність, корпуси стають оптимізованішими для використання в різних областях. Величезний вибір кольорів дозволяє створювати необхідне освітлення в різних приміщеннях. Сучасні світлодіоди завдяки характерним ознакам можуть легко класифікуватися за видами, що значною мірою полегшує їх вибір для тих чи інших цілей.
Які бувають світлодіоди
Найперші світлодіоди застосовувалися як індикатори і продовжують використовуватися в цій сфері досі. Найбільшого поширення набули індикаторні світлодіоди, які є елементами вивідного монтажу. Вони мають прямокутну або круглу лінзу і зустрічаються, починаючи з найпростіших пристроїв і закінчуючи найскладнішим сучасним обладнанням. Використовуються не тільки для індикації, але і як підсвічування.
Найбільш характерні представники цієї групи мають круглі опуклі лінзи діаметр яких становить від 3 до 10 мм. Однак незначний струм цих світлодіодів не дає можливості отримати велику кількість світла, роблячи їх використання як освітлювальні прилади недоцільним. Найбільше вони підходять для таких приладів, як рядок, що біжить, і світлове табло. Вони вимагають незначного струму та напруги і майже не нагріваються.
Індикаторні світлодіоди можуть бути білими або кольоровими відповідно до стандартного спектру кольорів. Деякі конструкції випускаються у кольоровому варіанті. І тут одна лінза обладнується трьома переходами, а нижня частина - чотирма висновками. Такі елементи виходять функціональнішими, що дає можливість створення кольорових світлодіодних табло.
З розвитком технологій у вивідному монтажі стали використовуватися більш сучасні яскраві світлодіоди. Сила світла цих елементів значно вища, ніж у індикаторних світлодіодів, тому вони почали широко застосовуватися для кишенькових ліхтариків.
Поверхневий монтаж на друкованій платі все частіше виконується за допомогою світлодіодів, що поєднали індикаторні та освітлювальні функції. Відомі під маркою SMD – Surface Mounted Device. Вони укладені у корпуси зі стандартною розмірною лінійкою. За потужністю можна порівняти з індикаторними світлодіодами. Велика кількість таких світлодіодів може бути змонтована на невеликій площі друкованої плати. За рахунок цього вдається отримати світлодіодні лампи і панелі практично будь-яких розмірів.
Окремо варто відзначити групу надяскравих світлодіодів, що широко використовуються у зовнішній рекламі та тюнінгу автомобілів. Вони відомі під назвою «Пірання», мають прямокутну форму та покращені розсіювальні властивості. Чотири висновки дозволяють жорстко закріпити елемент на платі чи іншій площині. Основні кольори - білий, червоний, зелений та синій, розміри становлять 3-7,7 мм.
В даний час світлодіоди найбільше широко використовуються в приміщень. Вони представлені модельним рядом СОВ, що означає Ghip On Board. Дані джерела світла можуть бути теплими та холодними, білими, жовтими та інших відтінків. За кольором вони схожі на звичайні лампи розжарювання, лампи денного світла і навіть природне сонячне світло. Ці параметри залежать від характеристик напівпровідників і нанесеного люмінофора. Для нанесення покриття використовуються переважно сині світлодіоди, що дає можливість отримання червоного, зеленого, жовтого та іншого кольору. Світлові якості максимально наближені до люмінесцентного освітлення.
Конструктивно світлодіоди СОВ складаються з безлічі кристалічних напівпровідників, змонтованих на загальну підкладку та покритих люмінофором. Таким чином, вдається досягти високої яскравості за рахунок сумарного світлового потоку, що створюється кількома джерелами світла, розташованими дуже щільно між собою. У разі потреби такі світлодіоди можуть застосовуватись як індикатори.
У процесі експлуатації даним елементам обов'язково необхідне відведення тепла, а пристрої підвищеної та високої потужності обладнуються радіаторами. В іншому випадку під впливом тепла світлодіодні кристали руйнуватимуться. Якщо вони виявляться частково зруйнованими, знадобиться заміна всієї підкладки. Тому рекомендується заздалегідь подбати про охолодження.
Сьогодні все популярнішими стають джерела світла Filament, світлодіоди у яких нагадують звичайну нитку розжарювання. Світлові властивості цього виду світлодіодів помітно перевершують будь-які моделі СВВ. Це досягається за рахунок великої кількості кристалів змонтованих на скляну підкладку. Далі вся конструкція заливається флуоресцентним складом. Ця технологія отримала назву Chip On Glass, що означає чіп на склі.
Величина видимого тілесного кута становить 3600, тому світлова віддача вища, ніж плоских матриць. Світлодіодна лампа на 6 Вт за світловим випромінюванням дорівнює звичайній лампі розжарювання на 60 Вт.
Параметри світлодіодів
Однією з основних показників світлодіодів є робочий струм. Справа в тому, що дані елементи можуть працювати лише за певної сили струму, що забезпечує нормальну працездатність. Тому навіть незначне перевищення встановленої величини струму швидко приведе до виходу з ладу світлодіода - він просто перегорить.
Робочий струм відрізняється у кожного типу джерела світла. Більш потужним елементам потрібен відповідний вищий струм. Для регулювання необхідної величини струму в кожній світлодіодній лампі та світильнику встановлені спеціальні драйвери. Якщо світлодіод підключається окремо, необхідно знання його технічних характеристик для обмеження струму за допомогою потрібного драйвера, конденсатора або резистора.
Не менш важливим параметром світлодіодів є робоча напруга. Його величина залежить від самих напівпровідників та інших матеріалів, що застосовуються під час виготовлення. Таким чином, світлодіоди з різними кольорами відрізняються різною робочою напругою. Тобто значення робочої напруги можна встановити за кольором того чи іншого світлодіода.
У більшості випадків живлення світильників і світлодіодних стрічок здійснюється за допомогою драйверів, з вихідним постійним струмом 12 В. Тобто, в послідовному ланцюзі може бути лише 4 світлодіоди з робочою напругою 3 В. Якщо додатково включити п'ятий світлодіод, такий ланцюг не буде працювати. Ця характеристика називається також падінням напруги, що становить у цьому випадку 3 вольта.
Не можна забувати і про такий параметр, як потужність світлодіода. На її показники впливають дві попередні характеристики - робочий струм та падіння напруги. Великий струм для потужних світлодіодів має поєднуватися з якісною системою охолодження. Для цього використовуються алюмінієві та мідні радіатори, а також вентилятори-кулери примусового обдування.
Потужність будь-якого світлодіода визначається шляхом множення значення напруги на силу струму. При розрахунках світлодіодного складання враховуються всі елементи, що використовуються. Наприклад, загальна потужність світлодіода, що включає 100 кристалів по 1 вату, становитиме 100 Вт.
Випускається освітлювальними світлодіодами, відрізняється більш високою потужністю в порівнянні з іншими джерелами - лампами розжарювання, люмінесцентними та іншими світильниками з такою ж або більш високою потужністю. Отже, у них і більш висока світлова віддача на кожен ват потужності того чи іншого світлодіода. Тим не менш, ці чудові якості помітно відрізнятимуться, в залежності від типу і якості виготовлення конкретного елемента.
Важливе значення має кут розсіювання. У світлодіодів він менший, ніж у інших світильників. Для його розширення застосовуються спеціальні лінзи, що розсіюють. При необхідності створення вузького кута розсіювання використовуються лінзи, що звужують світловий промінь. Яскравість світлодіодного пучка світла буде нерівномірною у межах кута розсіювання. Яскраве свічення в центрі поступово знижується з наближенням світлового потоку до країв цього кута.
Класифікація
Світлодіоди - це маленькі лампочки, що світяться, виготовлені на основі напівпровідникових матеріалів. У минулому їх використовували як індикатор, який показував, що пристрій увімкнено. Наразі розробники надають інноваційні прилади, які можна застосовувати у різних сферах. Потужність світлодіода дозволяє використовувати їх не тільки як декор, а й для освітлення приміщень.
Процес виготовлення
Світлодіоди – маленькі кристалики, їх вирощують із хімічних компонентів. Кожен із них встановлюють у спеціальний корпус. За яким процесом виготовлятиметься кристалік, залежить від типу світлодіода. Порядок робіт:
Перед тим, як виготовити світлодіодні лампи або інші прилади, світлодіоди перевіряють на справність. Їх випробовують на спеціальних стендах.
Різноманітність світлодіодів
Перед тим, як придбати виріб, потрібно розібратися, які бувають світлодіоди, де вони застосовуються і як розшифровується зазначене маркування. Їх поділяють не лише за способом застосування, але й встановленням на монтажну плату. Вони можуть бути індикаторними, освітлювальними та лазерними. Види світлодіодів:
Основні характеристики
Перш ніж підібрати потрібну лампу для освітлення, потрібно знати основні характеристики світлодіодів. Це допоможе досягти необхідної освітленості у приміщенні. До основних характеристик відноситься робочий струм, потужність та напруга, рівень світлового потоку, температура кольору, кут та діапазон світіння. Від чого залежать ці показники:
Плюси і мінуси
Світлодіодні лампи - це нова технологія, що широко застосовується. Щоб визначити, чи потрібні такі вироби в будинку, потрібно знати їхні переваги та недоліки. Плюси діодів:
Найбільша вада світлодіодних ламп - висока вартість. Якщо порівнювати їх із звичайними лампами, то їх ціна вища у 2 рази. Але це швидко окупається.
Незважаючи на те, що виробник дає 10 років гарантії, цей термін може набагато скоротитися. На це впливають технологія виготовлення та матеріали. Ще один мінус LED ламп - вони не підходять до простих димерів та індикаторних вимикачів. Щоб усунути цю проблему, набувають спеціальних ламп.
Для того щоб не розгубитися серед різноманіття видів та типів світлодіодів, потрібен єдиний стандарт, відповідно до якого всі світловипромінюючі діоди можна розділити на групи за тими чи іншими параметрами. Але, як виявилося, такого стандарту не існує, і кожен виробник світлодіодів класифікує продукцію на власний розсуд. Причина такого підходу є очевидною. Оптоелектроніка стрімко розвивається, з'являються нові моделі світлодіодів, зроблені за більш досконалими технологіями.
На жаль, перерахувати спочатку основні, а потім другорядні характеристики також не вдасться. Такий поділ дуже суб'єктивний. Тому доведеться приступити до детального розгляду питання, щоб читач зміг ознайомитися з усіма найбільш поширеними видами і типами світловипромінюючих діодів.
Класифікація за кольором
Нинішні технології дозволяють отримати кристал світлодіода з будь-яким кольором випромінювання у видимому діапазоні. Для цього використовують хімічні сполуки напівпровідникових матеріалів індію та галію з різними елементами. З метою уніфікації крім кольору на упаковці з виробом вказують ще одну характеристику: довжину хвилі випромінювання. Вона допомагає якнайточніше ідентифікувати відтінок. Наприклад, до світлодіоду із зеленим світінням можна віднести будь-який світловипромінюючий кристал із довжиною хвилі від 500 до 570 нм. При цьому екземпляр з λ=500-520 нм матиме колір морської хвилі, а з λ більше 550 нм - салатний відтінок. Проміжні кольори отримують шляхом близького розташування трьох кристалів: синього, червоного і зеленого з подальшим управлінням потужністю їх свічення. Це звані RGB-светодиоди. Існують також двоколірні види, що використовуються в основному в індикаторному підсвічуванні.
Окремим абзацом слід згадати про білі типи світлодіодів. Вони мають широкий спектр випромінювання та формуються, як правило, на базі ультрафіолетового світлодіода, покритого люмінофором. Світлодіоди білого світіння мають свою градацію за відтінками (теплий, нейтральний, холодний), що виражається у вигляді такого параметра як .
УФ та ІЧ типи випромінюючих діодів хоч і не працюють у видимому спектрі, але своєю практичною користю також заслуговують на місце в переліку різновидів світлодіодів.
Відмінності за потужністю
Залежно від призначення, потужність споживання може становити від одиниць мВт до десятків Вт. Перші, найменші типи світлодіодів – це безкорпусні кристали. Їх використовують для створення COB-матриць із застосуванням останніх технологій. До другого типу умовно можна віднести вироби потужністю від 60 мВт до 1 Вт (ультраяскраві в прозорому корпусі, SMD 3528 та їх похідні). До третьої групи увійдуть світлодіоди з потужністю розсіювання більше 1 Вт, що вимагають застосування додаткової системи охолодження. Найпотужнішими прийнято вважати COB-матриці. Один такий модуль розміром 35х35 мм може розсіювати до 180 Вт.
Сила світла
Дана характеристика пов'язана з такими параметрами як потужність, кут світіння і технологією виробництва. Чим менший кут, тим більша яскравість у точці виміру. Надяскраві світлодіоди з кутом розсіювання світлового потоку 110 ° мають силу світла близько 1000 мкд, а з кутом 15 ° - силу світла 35000 мкд.
У американській корпорації кожне покоління потужних білих світлодіодів заносять до окремої групи (S5, T6, U3…). Таким чином, виробник намагається виділити кожен новий тип світлодіода, що має підвищений світловий потік за попередньої потужності споживання.
Варто відзначити, що застарілі дифузні світлодіоди типу з силою світла 0,4-6 мкд перестали бути потрібні і фактично витіснені надяскравими аналогами зі світловіддачею в тисячі разів більше.
Класифікація за напругою
Падіння напруги однокристальних світлодіодів визначається їх потужністю та кольором випромінювання та має фіксовані рамки. Наприклад, у характеристиці білого світловипромінюючого діода може бути зазначено падіння напруги від 3,3 до 3,6.
Нарощування струму через кристал з метою збільшення яскравості не могло продовжуватись нескінченно. У результаті компанії налагодили випуск багатокристальних світлодіодів, які розраховані на напругу 9, 12, 18, 24, 48, 72 вольт. Яскравим представником цієї родини є COB-матриці білого світіння.
Не можна не згадати про філаменти, які живляться постійною напругою близько 70 В. Ці специфічні стрижні використовуються в лампах з імітацією нитки напруження.
Тип виконання та призначення
Якщо вдаватися в деталі, цей розділ стане дуже великим. Адже кожен виробник випускає сотні видів світлодіодів, що відрізняються геометричними розмірами. І все ж таки існують ознаки, за якими можна їх упорядкувати. Перелічимо основні типи світлодіодів.
- Слаботкові. Надяскраві двовивідні світлодіоди у круглому прозорому корпусі 3, 5 або 10 мм. Найчастіше даний тип світлодіодів застосовують як індикатори, рекламно-інформаційні модулі або світлофори. Другий різновид слаботочних світлодіодів - компоненти в SMD корпусі прямокутної або квадратної форми розміром до 3х3,5 мм. SMD варіанти найбільш часто використовуються в побудові рядків, що біжать, і систем індикації.
- Потужний SMD. Зібрані на одному кристалі без лінзи, застосовується цей тип у світлодіодних лампах та стрічках широкого вжитку. Також є варіанти, зібрані на кількох кристалах із загальною лінзою. Багатокристальні види світлодіодів використовуються для промислового та декоративного освітлення.
- COB-модулі. Вироби білого світіння можуть досягати розміру 38х38 мм у квадратному виконанні та 50х6 мм у формі лінійок. Через підвищений світловий поток затребувані у конструюванні прожекторів та ліхтарів вуличного освітлення.
- Filament LED. Виконаний у вигляді стрижня довжиною близько 30 мм з множиною кристалів на поверхні. В даний час можливості філаментних світильників лише розкриваються. Поки Filament LED масово використовуються тільки для створення на 220В.
- OLED. Цей тип тонкоплівкових органічних світлодіодів застосовується для побудови органічних дисплеїв.
- Випромінювальні діоди в ІЧ та УФ-діапазоні.Випускають як у корпусі з висновками, так і у SMD виконанні. Серед товарів широкого споживання їх можна побачити в пультах дистанційного керування і лампах для сушіння нігтів.
Насамкінець варто відзначити, що наведена класифікація світлодіодів не є повною і може бути ще доповнена підвидами та групами. Те ж саме стосується сфери застосування, що постійно розширюється. Але загальна концепція, яку висувають лідери у виробництві оптоелектроніки Nichia, Cree та Philips, у цій статті описана максимально докладно.
Читайте також
Класифікація світлодіодів на різні види та підвиди зараз досить умовна. Це зумовлено бурхливим зростанням оптоелектроніки останні десятиліття. Нові вироби з'являються швидше, ніж встигає сформуватись та чи інша класифікаційна схема. Виробники розподіляють типи випромінюючих діодів на групи із загальними ознакамивідповідно до власних міркувань правильності та доцільності. При цьому часто діоди з однаковими параметрами у різних виробників можуть потрапляти в різні групи. Класифікаційні ознаки можуть бути різними: колір випромінювання, потужність світлодіода, з чого складається світлодіод, його призначення та інші.
Які ознаки вважатимуться основними, а які другорядними? Однозначної відповіді це питання – немає. Спробуємо коротко висвітлити все різноманіття твердотільних джерел світла, спираючись на такі параметри, як колір випромінювання та потужність.
Колір
Світлодіоди розрізняються по довжині хвилі світла, що випромінюється. Різні кольори (випромінювання різних довжин хвиль) виходять під час використання різних напівпровідникових матеріалів основі світлодіодів. На сьогоднішній день можливе виготовлення світлодіодів будь-якого видимого кольору (довжини хвиль видимого спектру від 400 до 760 нм), а також інфрачервоних та ультрафіолетових. Окремо слід звернути увагу на світлодіоди білого кольору випромінювання. Їх отримують шляхом нанесення спеціального люмінофора на світлодіоди синього кольору (рідше ультрафіолетові). Люмінофор перетворює синє світло на біле, при цьому ефективність світлодіода природно зменшується.
Різні види білих світлодіодів умовно класифікуються ще за типом відтінків білого світла: теплі, нейтральні та холодні. Характеристикою кольоровості у разі виступає корельована колірна температура, яка вимірюється в Кельвінах [K]. Для теплих діодів вона становить 2600-3700 К, для нейтральних 3700-5000 К, для холодних - 5000-10000 К. При інших однакових параметрах кристала, чим тепліший відтінок має світлодіод, тим нижча його ефективність. Відповідно, чим холодніше (більше частки синього світла в загальному потоці), тим діод ефективніший. Вважається, що для приміщень найкраще підходять світлодіоди теплого кольору, а для вуличного освітлення – холодного.
Потужність
Діапазон потужностей промислово випускаються світлодіодів починається від кількох міліватів і закінчується десятками ватів. Найпотужніший однокристальний світлодіод XML випускається фірмою CREE і має максимальний робочий струм – 3 А, розміри корпусу всього 5х5 мм. Основна сфера застосування таких діодів - вуличне та промислове освітлення, т.к. вони мають дуже велику габаритну яскравість і при низькій висоті підвісу будуть створювати сильний сліпучий ефект.
Серед освітлювальних світлодіодів найбільшу популярність набули одноватні світлодіоди з номінальним струмом 350 мА і триватні зі струмом 700 мА, т.к. вони підходять для більшості застосувань і для них найбільший вибір готових джерел живлення. Причому розподіл видів світлодіодів по ватах досить умовно: як правило, один і той же світлодіод можна використовувати на різних режимах потужності, вибираючи значення робочого струму 350 або 700 мА (при цьому паспортне значення максимального робочого струму природно має бути > 700 мА). Однак, збільшуючи струм, ми повинні подбати про відведення тепла, інакше світлодіод почне швидко деградувати. Краще не використовувати світлодіоди на максимальному струмі, а залишати запас хоча б 30% (наприклад, задавати 700 мА при I max =1000 мА). Також слід пам'ятати про те, що зі збільшенням струму знижується світлова віддача. Тому, у випадках, коли необхідно отримати максимальну ефективність, краще знижувати струм.
Багато виробників об'єднують світлодіоди в потужні матриці: кристали, з'єднані, як правило, у послідовно-паралельні ланцюги, розміщені на одній підставі та залиті загальним шаром люмінофора. Така технологія називається Chip-On-Board або скорочено COB.
COB-модулі можуть мати потужність до декількох сотень ват і застосовуються для освітлення.
Світлодіоди малої потужності (0,05 ... 0,5 Вт) застосовуються в основному для підсвічування дисплеїв різних пристроїв, включаючи мобільні пристрої.
Ця найбільша ніша на ринку світлодіодів. Також малопотужні LED можуть бути використані для освітлення: у випадку, коли потрібно отримати поверхню з малою габаритною яскравістю, що рівномірно світиться, виготовляються світлодіодні модулі з десятків або навіть сотень малопотужних світлодіодів. Найкраще такі джерела світла підходять для внутрішнього освітлення.
Найменшу потужність мають світлодіоди, які застосовуються для цілей індикації або просто індикаторні. Вони дуже різноманітні за формою та розмірами, деякі види представлені на малюнку нижче.
