5 видов светодиодов – какие самые яркие. Таблицы характеристик, цена и сравнение.
Условно все светодиоды можно разделить на две большие группы:
- осветительные
- индикаторные
Осветительные это те, которые могут обеспечить световой поток не меньше, чем у традиционных источников света. Некоторые модели даже их превосходят.
К ним можно отнести 4 популярных вида:
- SMD
- COB
- Filament
- PCB STAR
К индикаторным относится dip светодиоды. Рассмотрим сперва их.
DIP светодиоды
Сокращение DIP расшифровывается как Direct In-line Package. Именно их в первую очередь начали массово выпускать в недалеком прошлом.
Трудно представить, но первые неказистые экземпляры для рядовых пользователей стоили от 200$ за штуку.
На сегодняшний день они уже не так распространены, но все же применяются:
- в устройствах индикации
- в панелях электронных приборов
- световых табло
- или елочных украшениях
По форме корпуса они могут быть круглыми, овальными или прямоугольными.
Самые популярные типоразмеры с выпуклыми линзами – 3,5,8,10мм.
Напряжение питания 2,5-5В, при токе до 25мА.
Бывают разноцветными и многоцветными (RGB). Это когда в одном корпусе спрятано 3 перехода, а внизу есть 4 вывода.
В электрических схемах все светодиоды обозначаются как обычный диод с двумя стрелочками.
Несмотря на малые размеры и свою “древность”, отдельные модели из-за специфической формы корпуса, могут выдать в 1,5-2 раза больше яркости, чем некоторые SMD.
К тому же потребление энергии у DIP меньше чем SMD, да и стоят они дешевле. Однако SMD технология не стоит на месте и с каждым годом их параметры стремительно сближаются.
Вот таблицы с основными техническими характеристиками (сила света, рабочее напряжение, сила тока, угол свечения, цена) для индикаторных светодиодов DIP разных типоразмеров. А также расшифровка маркировки их названий и обозначений (для просмотра нажмите на соответствующую вкладку):
Круглые 3ммКруглые 5ммКруглые 8ммКруглые 10ммПрямоугольныеКвадратныеОвальныеЦилиндрические
SMD светодиоды
Данный вид на сегодня является самым популярным.
SMD расшифровывается с английского = Surface-Mount-Device.
В своей конструкции они имеют полупроводниковый чип или кристалл, установленный на подложку. Снизу расположены контакты для подключения.
Каждый такой светодиод закрывается в корпусе, который напрямую можно припаивать к любой поверхности. Поэтому то их и называют ”изделиями поверхностного монтажа”.
Несмотря на одинаковое название “СМД”, в продаже можно встретить модели обладающие абсолютно разными:
- типоразмерами
- мощностью
- напряжением питания
О популярности данного типа могут говорить следующие цифры. Общее количество производимых светодиодов SMD, только в одном корпусе 2835, за год составляет несколько миллиардов штук.
Почему они так популярны? Конечно из-за своих достоинств:
- малая стоимость
- высокая надежность
- продолжительный срок службы
- ну а самое главное – высокая светоотдача
Именно SMD вид используется в большинстве светодиодных лампочек и светильников.
Таблицы всех технических характеристик наиболее популярных марок светодиодов марки SMD 2835, 3528, 5050, 5730:
SMD 2835SMD 3528SMD 5050SMD 5730
COB светодиоды
COB – Chip On Board. У этого вида большое количество маленьких кристаллов размещено на единой подложке и все это собрано в одном корпусе.
Схема соединения этих кристаллов – последовательно параллельная. Сверху они заливаются люминофором.
По-другому их называют светодиодными матрицами. Их достоинства:
- легкость монтажа
- хороший световой поток
- высокий CRI
- разнообразная форма сборки светодиодов
Все эти преимущества очень кстати подошли для изготовления ярких и компактных прожекторов. Также КОБы активно применяют там, где нужна акцентированная и декоративная подсветка.
Однако из-за близости расположения кристаллов друг к другу, происходит сильный нагрев корпуса, даже если вы и обеспечите нормальное охлаждение.
Поэтому если вам нужна качественная фокусировка, придется использовать силиконовую оптику.
Она стойка не только к высоким температурам, но самое главное выдерживает без последствий огромное количество циклов нагрев-остывание.
На абы какую поверхность COM матрицы ставить нельзя. Ее необходимо предварительно подготовить.
В противном случае, от перепадов температур, подложка деформируется, что еще больше повысит температуру светодиода и приведет к его повреждению.
Кстати, это основная причина выхода из строя светодиодных прожекторов.
Приблизительно на один светодиодный ватт в режиме 100Лм/Вт нужно 20см2 площади радиатора.
По норме от 6 до 10Вт может пассивно принять воздух, в то время как теплопроводность алюминия 200-300 Вт/(м*К).
Есть у COB светодиодов и другие недостатки:
- высокая цена
- светоотдача и срок службы меньше чем у SMD видов
Поэтому на сегодня, для решения именно энергоэффективных задач в освещении, КОБ модели не совсем подходят.
Это будет экономически не целесообразным.
Таблицы технических характеристик COB светодиодов:
COB 3ВтCOB 5ВтCOB 7ВтCOB 9ВтCOB 10ВтCOB 15ВтCOB 20ВтCOB 30Вт
И матриц:
Матрица 50ВтМатрица 150ВтМатрица 10Вт
Filament светодиоды
Филаментные модели представляют из себя стеклянную полоску с наклеенными поверх нее светодиодами. С двух концов полоски металлизируются.
Через них подается питание. Если здесь применить различные кристаллы, то можно добиться достаточно высокого CRI.
Люминофор наносится сверху. При этом вся конструкция помещена в стеклянную колбу, как в обычной лампочке.
Однако для всей этой конструкции, как и в любом ярком светодиоде требуется охлаждение.
Для этого здесь применяют газ – гелий. Именно благодаря ему, происходит отвод тепла на внешние стенки колбы филаментной лампочки.
По простому можно сказать, что филаментная лампочка – это КОБ светодиод, который поместили в газовую среду. Достоинства филаментных моделей:
- можно легко изготавливать привычные нам всем модели лампочек классического вида (груша, свеча, шарик).
- одинаковое светораспределение как и у ламп накаливания
Именно поэтому их применяют как альтернативная замена обычным лампочкам в светильниках и люстрах.
Однако свечение такой лампы все же сопровождается высоким нагревом. Вследствие чего, наблюдается постепенная деградация диодов, и как итог – их непродолжительный срок службы.
Таблица сравнения филаментных моделей и других видов ламп и источников света:
PCB Star светодиоды
Если исходить из занимаемой площади, то эти светодиоды занимают первое место по величине светового потока.
Данный светодиод состоит из одного единственного кристалла, имеющего большую площадь (относительно моделей SMD).
Однако по большому счету, это тот же самый SMD вид. Он напаивается к подложке из алюминия, напоминающую по форме звезду.
Если у вас очень мощный источник света, а не множество кристаллов, то и фокусировка его упрощается. Поэтому из таких типов светодиодов PCB Star и начали массово делать яркие мощные прожекторы и не менее яркие ручные фонарики.
Таблицы всех технических характеристик светодиодов “звезда”:
Star 1ВтStar 1Вт без платыОтдельно платыStar 3ВтStar 3Вт без платыStar 5ВтStar 5Вт без платы
Из всех представленных видов на сегодняшний день, SMD модели являются самыми универсальными. Из них делают множество световой продукции:
- прожекторы
При этом производители добиваются вполне оптимальных решений по цене и светоотдаче.
Характеристики основных китайских светодиодов – Elektrolife
Сделал сводные таблицы где отображены характеристики основных китайских светодиодов. Основные данные на одной странице. Думаю, пригодится.
Светодиод 3 мм
Полярность: анод (+) (длинная ножка) | катод (-) (короткая ножка)
Линза круглая диаметром 3 мм
Светодиод 5 мм
Полярность: анод (+) (длинная ножка) | катод (-) (короткая ножка)
Линза круглая диаметром 5 мм. Характеристики как и у 3 мм светодиодов.
Прямоугольный светодиод
Линза: 2x5x7 мм прямоугольная
Полярность: анод (более длинная часть) | катод (более короткая часть)
Двухцветный светодиод
Объектив: диаметр 3 или 5 мм/матовый/круглый
Цвет излучения: красный и зеленый
Интенсивность света: Красный: 600-800mcd Зеленый: 800-1000mcd
Угол обзора: 120 градусов
Прямое напряжение/ток: Красный: 2-2,2 В Зеленый: 3-3,2 В/20 мА
Трехцветный светодиод
Объектив: диаметр 5 мм/прозрачный/матовый
Цвет излучения: красный, зеленый, синий
Интенсивность света: Красный: 4000mcd Зеленый: 8000mcd Синий: 5000mcd
Угол обзора: 20-25 градусов
Прямое напряжение/ток: Красный: 2,1-2,4 В Зеленый: 3,2-3,4 В Синий: 3,2-3,4 В
Ток 20 мА
Светодиод “соломенная шляпка”
Линза: диаметр 4,8 мм
Полярность: анод (более длинная часть) | катод (более короткая часть)
Мощный светодиод 1 Вт
Линза: 8 мм круглая
Мощный светодиод 1, 3 и 5 Вт
Линза: 8 мм круглая.
Угол свечения: 120 градусовСветодиоды с большим выбором спектра свечения.
Матрицы 30×30мм / 45×45мм/ 33×33мм / 42×42мм в зависимости от модели (последние цифры в названии)
Мощность 1 Вт:
Мощность 3 Вт:
Мощность 5 Вт:
Мощный светодиод 10 Вт – низкое напряжение, большой ток
Угол свечения: 120 градусов
Светодиоды с большим выбором спектра свечения.
Матрицы 30×30мм / 45×45мм/ 33×33мм / 42×42мм в зависимости от модели (последние цифры в названии)
Мощный светодиод 10 Вт – низкий ток, большое напряжение
Цветовая температура: теплый белый (2800-3500K), чисто белый (6000k-6500K)
Световой поток: 900-1100 лм
Номинальный ток до 300 мА
Рекомендуемое напряжение на входе драйвера 22-24 В
Угол свечения 120 градусов
Анод помечен значком «+»
Материал: Алюминий
Мощный светодиод 20, 30, 50, 100 Вт
Угол свечения: 120 градусов
Светодиоды с большим выбором спектра свечения.
Матрицы 30×30мм / 45×45мм/ 33×33мм / 42×42мм в зависимости от модели (последние цифры в названии)
Мощность 20 Вт:
Мощность 30 Вт:
Мощность 50 Вт:
Мощность 100 Вт:
Мощный светодиод 20, 30, 50, 100 Вт – альтернативный вариант
Цветовая температура: теплый белый (2800-3500K), чисто белый (6000k-6500K)
Рекомендуемое напряжение на входе драйвера 30-32 В
Угол свечения 120 градусов
Анод помечен значком «+»
Материал: Алюминий
SMD светодиоды
Размер: 5,0X5,0 (мм)
Полярность: см. стрелку на обратной стороне
Размер: 3,5×2,8 (мм)/0,12×0,1 (дюйма)
Полярность: см. стрелку на обратной стороне
Размер: 3,2×1,6 (мм)/0,12×0,06 (дюйма)
Полярность: см. стрелку на обратной стороне
Размер: 2,0×1,2 (мм)/0,08×0,05 (дюймов)
Полярность: см. стрелку на обратной стороне
Размер: 1,6×0,8 (мм)/0,06×0,03 (дюймов)
Полярность: см.
стрелку на обратной сторонеДля справки
Си́ла све́та — физическая величина, одна из основных световых фотометрических величин. Характеризует поток излучения, приходящийся на единицу телесного угла, в пределах которого он распространяется. Телесный угол нужно выбирать таким образом, чтобы поток в нём можно было считать равномерным, тогда сила света источника по определённому направлению численно равна световому потоку, заключённому в единичном телесном угле.Единица измерения СИ: кандела (кд)=Ватт (Вт)(или Люмен (лм))/Стерадиан (ср)
Канде́ла — (обозначение: кд, cd; от лат. candela — свеча) — одна из семи основных единиц измерения СИ, равна силе света, испускаемого в заданном направлении источником монохроматического излучения частотой 540·1012 герц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет (1/683) Вт/ср. Выбранная частота соответствует зелёному цвету. Человеческий глаз обладает наибольшей чувствительностью в этой области спектра.
Если излучение имеет другую частоту, то для достижения той же силы света требуется бо́льшая энергетическая интенсивность. Ранее кандела определялась как сила света, излучаемого чёрным телом перпендикулярно поверхности площадью 1/60 см² при температуре плавления платины (2042,5 К). В современном определении коэффициент 1/683 выбран таким образом, чтобы новое определение соответствовало старому.Сила света, излучаемая свечой, примерно равна одной канделе, поэтому раньше эта единица измерения называлась «свечой», сейчас это название является устаревшим и не используется.
Люмен — (обозначение: лм, lm) — единица измерения светового потока в СИ. Один люмен равен световому потоку, испускаемому точечным изотропным источником, c силой света, равной одной канделе, в телесный угол величиной в один стерадиан (1 лм = 1 кд × ср). Полный световой поток, создаваемый изотропным источником, с силой света одна кандела, равен 4π люменам. Обычная лампа накаливания мощностью 100 Вт создаёт световой поток, равный примерно 1300 лм.
Компактная люминесцентная лампа дневного света мощностью 26 Вт создаёт световой поток, равный примерно 1600 лм. Световой поток Солнца равен 3,8 × 1028 лм.Цветовая температура (Тс) — характеристика хода интенсивности излучения источника света как функция длины волны в оптическом диапазоне. Температура абсолютно чёрного тела, при которой оно испускает излучение с той же хроматичностью (с той же цветностью), что и рассматриваемое излучение (см. закон Планка). Характеризует относительный вклад излучения данного цвета в излучение источника, видимый цвет источника. Применяется в колориметрии, астрофизике (при изучении распределения энергии в спектрах звёзд). Шкала цветовых температур распространённых источников светаЦветовая температура (К) в сравнении с некоторыми источниками света
800 К — начало видимого темно-красного свечения раскалённых тел
2000 К — свет пламени свечи, Натриевой лампы высокого давления
2360 К — лампа накаливания, вакуумная,
2800—2854 К — газонаполненные (газополные) лампы накаливания с вольфрамовой спиралью,
3200—3250 К — типичные киносъёмочные лампы,
5500 К — дневной свет, прямой солнечный,
6500 К — стандартный источник дневного белого света, он близок к полуденному солнечному свету,
7500 К — дневной свет, с большой долей рассеянного от чистого голубого неба,
100000 К — цвет источника с «бесконечной температурой»Основы светоизлучающих диодов
| Типы светодиодов, цвета и области применения
Светоизлучающий диод или просто светодиод является одним из наиболее часто используемых источников света в наши дни.
Будь то фары вашего автомобиля (или дневные ходовые огни) или освещение гостиной вашего дома, применение светодиодов бесчисленно.
В отличие от (почти) устаревших ламп накаливания, для работы светодиодов (и люминесцентных ламп) требуется специальная схема. Их просто называют светодиодными драйверами (или балластом в случае люминесцентных ламп).
Поскольку светодиоды неизбежны в нашей жизни, интересующимся людям (инженерам, разработчикам драйверов и т. д.) рекомендуется ознакомиться с основами светоизлучающих диодов. Эта статья составлена как краткое руководство по светодиодам, которое включает в себя краткое введение, электрические символы светодиодов, типы, конструкцию, характеристики, драйверы светодиодов и многое другое.
ПРИМЕЧАНИЕ: Существует упрощенная версия этой статьи «Светодиод — светоизлучающий диод», в которой дается более простой обзор светодиода, не вдаваясь в технические подробности.
Краткое описание
Введение
Двумя наиболее важными полупроводниковыми источниками света, широко используемыми в различных приложениях, являются лазерные диоды и светодиоды.
Принцип работы лазерных диодов основан на вынужденном излучении, тогда как у светодиодов – на спонтанном излучении.
Светоизлучающие диоды являются наиболее распространенным выдающимся источником света, доступным в электронных компонентах. Например, они широко используются для отображения времени и многих других типов данных на экранах некоторых устройств отображения. Светодиоды — это опто-полупроводниковые устройства, которые легко преобразуют электрический ток в освещение (или свет). Площадь светодиода обычно очень мала, и при разработке его диаграммы направленности можно использовать множество встроенных оптических компонентов. Его основное преимущество заключается в низкой стоимости производства и более длительном сроке службы, чем у лазерного диода.
Светодиод состоит из двух основных полупроводниковых элементов. Это положительно заряженные дырки P-типа и отрицательно заряженные электроны N-типа.
Когда положительная сторона P диода подключена к источнику питания, а сторона N к земле, говорят, что соединение имеет прямое смещение, что позволяет электрическому току течь через диод.
Основные и неосновные носители заряда со стороны P и со стороны N объединяются друг с другом и нейтрализуют носители заряда в обедненном слое на PN-переходе.
Миграция электронов и дырок, в свою очередь, высвобождает некоторое количество фотонов, которые выделяют энергию в виде монохроматического света с постоянной длиной волны, обычно в нм, что напоминает цвет светодиода. Цветовой спектр излучения светодиодов обычно чрезвычайно узок.
В общем случае его можно определить как определенный диапазон длин волн в электромагнитном спектре. Выбор цвета излучения светодиода довольно ограничен из-за природы полупроводника, используемого при его производстве. Обычно доступные цвета светодиодов: красный, зеленый, синий, желтый, янтарный и белый.
Свет красного, синего и зеленого цветов можно легко комбинировать для получения белого света с ограниченной яркостью. Рабочее напряжение красного, зеленого, янтарного и желтого цветов составляет около 1,8 вольт. Фактический диапазон рабочего напряжения светодиода можно определить по напряжению пробоя полупроводникового материала, используемого в конструкции светодиода.
Цвет света, излучаемого светодиодом, определяется полупроводниковыми материалами, образующими PN-переход диода.
Это связано с различиями в структуре запрещенной зоны полупроводниковых материалов, поэтому испускается разное количество фотонов с разными частотами. Однако длина волны света зависит от ширины запрещенной зоны полупроводниковых материалов на стыке, а интенсивность света зависит от количества мощности или энергии, подаваемой через диод. Выходная длина волны может поддерживаться с помощью составных полупроводников, чтобы можно было наблюдать требуемый цвет, обеспечивая вывод в пределах видимого диапазона.
Свет может производиться и управляться электронными средствами несколькими способами. В светоизлучающих диодах свет создается за счет электролюминесценции, которая представляет собой твердотельный процесс. При определенных специфических условиях получения света твердотельные процедуры могут давать когерентный свет, как и в лазерных диодах.
Типы светодиодов
Светоизлучающие диоды можно разделить на две основные категории светодиодов.
- Видимые светодиоды
- Невидимые светодиоды
Светодиоды видимого диапазона в основном используются для переключателей, оптических дисплеев и для освещения без использования каких-либо фотодатчиков. Невидимые светодиоды используются в приложениях, включая оптические переключатели, анализ и оптическую связь и т. д. с использованием фотодатчиков.
Эффективность
Рейтинг светодиодов определяется их светоотдачей. Он определяется как отношение светового потока к подводимой к диоду электрической мощности и может быть выражен в люменах на ватт. Световой поток представляет собой реакцию глаза на различные длины волн света.
Конструкция светодиода
Структура и конструкция светоизлучающих диодов сильно отличаются от обычных полупроводниковых сигнальных диодов.
Свет будет излучаться светодиодом, когда его PN-переход смещен в прямом направлении. PN-переход покрыт прозрачным корпусом из твердой и пластичной эпоксидной смолы полусферической формы, который защищает светодиод от атмосферных помех, вибраций и теплового удара. PN-переход формируется с использованием материалов с самой низкой шириной запрещенной зоны, таких как арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, фосфид галлия, нитрид галлия и индия, нитрид алюминия и галлия, карбид кремния и т. д.
На самом деле светодиодный переход не излучает большого количества света, поэтому корпус из эпоксидной смолы сконструирован таким образом, что фотоны света, испускаемые переходом, отражаются от окружающего основания подложки и фокусируются через куполообразную верхнюю часть светодиод, который сам действует как линза, концентрирующая большее количество света.
Именно поэтому излучаемый свет кажется наиболее ярким в верхней части светодиода.
Обычно светоизлучающие диоды, излучающие красный свет, построены на подложке из арсенида галлия, а диоды, излучающие зеленый/желтый/оранжевый свет, являются фиктивными на подложке из фосфида галлия.
Для излучения красного цвета слой N-типа легирован теллуром (Te), а слой P-типа легирован цинком. Контактные слои сформированы с использованием алюминия на стороне P и алюминиевого олова на стороне N соответственно.
Светодиоды предназначены для того, чтобы большая часть рекомбинации носителей заряда происходила на поверхности PN-перехода следующими путями.
- При увеличении концентрации легирования подложки дополнительные электроны неосновных носителей заряда перемещаются в верхнюю часть структуры, рекомбинируют и излучают свет на поверхности светодиода.
- Путем увеличения диффузионной длины носителей заряда, т. е. L = √ Dτ, где D — коэффициент диффузии, τ — время жизни носителей заряда. При превышении критического значения будет вероятность повторного поглощения испущенных фотонов устройством.
Когда диод подключен в прямом направлении, носители заряда приобретают достаточное количество энергии, чтобы преодолеть барьерный потенциал, существующий на PN-переходе.
Всякий раз, когда применяется прямое смещение, неосновные носители заряда как P-типа, так и N-типа инжектируются через переход и рекомбинируют с основными носителями. Эта рекомбинация основных и неосновных носителей заряда может быть как излучательной, так и безызлучательной. При излучательной рекомбинации излучается свет, а при безызлучательной рекомбинации выделяется тепло.
Органические светоизлучающие диоды (OLED)
В органических светоизлучающих диодах составной полупроводниковый материал, используемый при разработке светодиода, является органическим по своей природе. Органический полупроводниковый материал является электропроводным в некоторой части или во всей молекуле за счет сопряженного электрона; в результате это органический полупроводник. Материал может находиться в кристаллической фазе или полимерных молекулах. Он имеет преимущество в тонкой структуре, меньшей стоимости, низком напряжении для вождения, отличной диаграмме направленности, высокой яркости, максимальной контрастности и интенсивности.
Цвета светоизлучающих диодов
В отличие от обычных полупроводниковых, сигнальных диодов, которые используются для коммутационных цепей, выпрямителей и цепей силовой электроники, изготовленных из кремниевых или германиевых полупроводниковых материалов, светоизлучающие диоды изготавливаются из составных полупроводниковых материалов, таких как Арсенид галлия, фосфид арсенида галлия, карбид кремния и нитрид галлия-индия смешиваются вместе в различных соотношениях для получения уникальной отличительной длины волны цвета.
Различные полупроводниковые соединения излучают свет в определенных областях спектра видимого света, поэтому они производят свет с разной интенсивностью. Выбор полупроводникового материала, используемого при производстве светодиода, будет определять длину волны излучения фотонов и результирующий цвет излучаемого света.
Диаграмма направленности
Определяется как угол излучения света по отношению к излучающей поверхности. Максимальное количество мощности, интенсивности или энергии будет получено в направлении, перпендикулярном излучающей поверхности.
Угол излучения света зависит от излучаемого цвета и обычно колеблется от 80° до 110°.
| Арсенид галлия | |||
| Арсенид галлия алюминия | |||
| Алюминий Арсенид галлия | |||
| Арсенид галлия фосфид | |||
| Алюминий Галлий Фосфид индия | |||
| Фосфид галлия | |||
| Фосфид арсенида галлия | |||
| Алюминий Галлий Фосфид индия | |||
| Фосфид галлия | |||
 1 2.2 | Фосфид арсенида галлия | ||
| Алюминий Галлий Фосфид индия | |||
| Фосфид галлия | |||
| Фосфид индия галлия | |||
| Алюминий Галлий Фосфид индия | |||
| Фосфид галлия алюминия | |||
| Индий-галлий Нитрид | |||
| Селенид цинка | |||
| Индий-галлий Нитрид | |||
| Карбид кремния | |||
| Кремний | |||
| Индий-галлий Нитрид | |||
| Два синих/красных светодиода | |||
| Синий с красным люминофором | |||
| Белый с фиолетовым пластиком | |||
| Алмаз | |||
| Нитрид бора | |||
| Нитрид алюминия | |||
| Алюминий Нитрид галлия | |||
| Алюминий галлий Нитрид индия | |||
| Синий с люминофором | |||
| Желтый с красным, оранжевым или розовым люминофором | |||
| Белый с розовым пигментом | |||
| Синий/УФ-диод с желтым люминофором |
Цвет света, излучаемого светодиодом, не определяется цветом пластикового корпуса, в котором находится светодиод.
Оболочка используется как для усиления светового излучения, так и для обозначения его цвета, когда он не питается от источника питания. В последние годы также доступны синие и белые светодиоды, но они дороже, чем обычные стандартные цветные светодиоды, из-за производственных затрат на смешивание двух или более дополнительных цветов в точном соотношении в полупроводниковом соединении.
Общие характеристики источников света
Ток возбуждения в зависимости от светоотдачи
При высоких значениях прямого тока возбуждения температура PN-перехода полупроводника увеличивается из-за значительного рассеивания мощности. Такой тип повышения температуры на переходе приводит к снижению эффективности излучательной рекомбинации. В результате плотность тока еще больше увеличивается; внутреннее последовательное сопротивление будет иметь тенденцию снижать светоизлучающую эффективность любого источника света.
Квантовая эффективность
Квантовая эффективность любого источника света определяется как отношение скорости излучательной рекомбинации, которая излучает свет, к общей скорости рекомбинации и определяется как:
η=Rr/Rt
Скорость переключения
Скорость переключения источника света похожа на то, как быстро источник света может включаться и выключаться при подаче электропитания для создания соответствующей картины оптического выхода.
Светодиоды имеют меньшую скорость переключения, чем обычные ЛАЗЕРНЫЕ диоды.
Длина волны спектра
Пиковая длина волны спектра определяется как длина волны, при которой генерируется максимальная интенсивность света. Он определяется шириной запрещенной зоны полупроводникового материала, используемого в производстве светодиодов.
Ширина спектра
Ширина спектра источника света определяется как диапазон длин волн, в котором источник света излучает свет. Источник света должен излучать свет в пределах более узкой ширины спектра.
ВАХ светодиода
Прежде чем излучать свет от любого светоизлучающего диода, через него должен протекать ток, поскольку светодиод является устройством, зависящим от тока, интенсивность его выходного света прямо пропорциональна прямому току, проходящему через светодиод.
Светоизлучающий диод должен быть подключен в комбинации с прямым смещением к источнику питания, и его ток должен быть ограничен с помощью последовательно включенного резистора для защиты от избыточного тока.
Светодиод не следует подключать напрямую к аккумулятору или источнику питания, поскольку через него будет протекать избыточный ток, что может привести к повреждению светодиода.
Каждый светодиод имеет собственное индивидуальное прямое падение напряжения вдоль PN-перехода, и этот параметр определяется полупроводниковым материалом, используемым при производстве светодиода, для определенного значения прямого тока проводимости, обычно для прямого тока около 20 мА.
При низких прямых напряжениях управляющий ток диода определяется током безызлучательной рекомбинации из-за рекомбинации носителей заряда по длине светодиодного чипа. При более высоких прямых напряжениях в токе возбуждения диода преобладает ток радиационной диффузии.
Даже при больших напряжениях, чем обычно, ток диода ограничивается последовательным сопротивлением. Диод никогда не должен достигать обратного напряжения пробоя в течение короткого промежутка времени, так как это может привести к необратимому повреждению диода.
На рисунке ниже показаны вольт-амперные характеристики светодиодов разного цвета.
Расчет сопротивления серии светодиодов
Светоизлучающий диод работает хорошо, когда он соединен последовательно с сопротивлением, в результате чего прямой ток, необходимый для светодиода, обеспечивается напряжением питания на комбинации. Значение сопротивления последовательно включенного резистора можно рассчитать по приведенной ниже формуле. Обычно прямой ток обычного светодиода считается равным 20 мА.
Многоцветный светоизлучающий диод
На рынке представлено большое количество светодиодов различных форм и размеров, цветов и интенсивности светового потока. Арсенид-фосфид галлия Светодиод красного цвета диаметром 5 мм является наиболее часто используемым светодиодом и очень дешев в производстве. В настоящее время производятся светодиоды с многоцветным излучением, и они доступны во многих корпусах, большинство из которых представляют собой два-три светодиода в одном корпусе.
Двухцветные светодиоды
Двухцветные светодиоды представляют собой разновидность светодиодов, аналогичную одноцветным светодиодам, только с дополнительным светодиодным чипом, входящим в комплект поставки. Двухцветные светодиоды могут иметь два или три контакта для подключения; это зависит от используемого метода. Как правило, два светодиодных вывода соединены в обратно-параллельной комбинации. Анод одного светодиода подключается к катоду другого светодиода и наоборот. При подаче питания на любой из анодов будет светиться только один светодиод. Мы также можем включить оба светодиода одновременно с динамическим переключением на высокой скорости.
Трехцветный светоизлучающий диод
Обычно трехвыводной светодиод имеет общий катодный вывод, в котором два других светодиодных чипа соединены внутри. Должен гореть либо один, либо два светодиода, необходимо общий катод соединить с землей. Токоограничивающие резисторы подключены к обоим анодам для индивидуального управления током.
Для одноцветной или двухцветной светодиодной подсветки необходимо подключить питание к любому из анодов по отдельности или одновременно. Эти трехцветные светодиоды состоят из отдельных КРАСНЫХ и ЗЕЛЕНЫХ светодиодных чипов, подключенных к одному и тому же катоду. Этот тип диодов генерирует дополнительные оттенки основных цветов путем включения двух светодиодов с разным соотношением прямого тока.
Схемы драйверов светодиодов
Интегральные схемы либо комбинационные схемы, либо последовательные схемы могут использоваться для управления светоизлучающими диодами. Светоизлучающие диоды можно включать и выключать с помощью интегральных схем. Выходные каскады логических элементов TTL или CMOS могут использоваться для управления светодиодами в качестве переключателей в двух режимах конфигурации. Это режимы источника и приемника конфигурации.
Выходной ток, выдаваемый интегральными схемами в конфигурации с режимом приемника, может составлять около 50 мА, а в конфигурации с режимом истока прямой ток может составлять около 30 мА.
Однако ток, управляемый светодиодом, должен быть ограничен резистором, включенным последовательно.
Управление светодиодом с помощью транзистора
Вместо использования интегральных схем для управления светодиодами можно использовать дискретные компоненты, такие как биполярные транзисторы PNP и NPN. Дискретные компоненты могут использоваться для управления более чем одним светодиодом, как в больших структурах массива светодиодов.
В меньшем количестве приложений используется только один светодиод. Транзисторы-переходники используются для подачи тока через несколько светоизлучающих диодов таким образом, что прямой ток, создаваемый светодиодом, составляет около 10–20 мА. Если для управления светодиодом используется NPN-транзистор, то последовательный резистор действует как источник тока. Если для управления светодиодами используется PNP-транзистор, то последовательный резистор действует как приемник тока.
Для таких применений, как подсветка экрана, уличное освещение или замена люминесцентной лампы или лампы накаливания, в большинстве случаев требуется более одного светодиода.
Как правило, параллельное включение нескольких одиночных светодиодов приводит к неравномерному распределению тока между светодиодами; даже в этом случае все светодиоды рассчитаны на одинаковое прямое падение напряжения.
Если один светодиод не может управлять последовательно включенными светодиодами, это можно решить, установив параллельные стабилитроны или кремниевые управляемые выпрямители (SCR) для каждого последовательно включенного светодиода. SCR — разумный выбор, потому что они рассеивают меньше энергии, если им приходится работать вокруг неисправного светодиода.
В случае параллельной комбинации включение отдельного драйвера для каждой строки обходится дороже, чем использование нескольких драйверов с соответствующей выходной мощностью.
Управление интенсивностью света светодиода с помощью ШИМ
Интенсивность света, излучаемого светодиодом, регулируется протекающим через него током. Поскольку ток через него меняется, яркостью света можно управлять.
Если через диод пропускается большое количество тока, светодиод светится намного лучше обычного.
Если ток превышает максимальное значение, интенсивность света увеличивается еще больше, что приводит к рассеиванию тепла светодиодом. Ограничение прямого тока, установленное для проектирования светодиодов, составляет от 10 до 40 мА. Когда требуемый ток очень мал, могут быть шансы выключить светодиод.
В таких случаях для управления яркостью света и током, потребляемым светодиодом, используется процесс, известный как широтно-импульсная модуляция, для многократного включения и выключения светодиода в зависимости от требуемой интенсивности света. Устройства линейного управления рассеивают избыточную энергию в виде тепла, в результате для выдачи необходимого количества мощности используются ШИМ-драйверы, так как они вообще не выдают мощность.
Прежде всего, чтобы подавать импульсы ШИМ в цепи светодиодов, сначала требуется генератор ШИМ. Существует разное количество генераторов ШИМ.
Дисплеи светодиодные
Одноцветные, двухцветные, многоцветные и некоторые другие Светодиоды объединены в одну упаковку. Их можно использовать в качестве задней подсветки, полос и гистограмм. Одним из основных требований к цифровым устройствам отображения является визуальный цифровой дисплей. Обычный пример такого единого пакета из нескольких светодиодов можно увидеть в семисегментных дисплеях.
Семисегментный дисплей, как следует из названия, состоит из семи светодиодов в одном корпусе дисплея. Его можно использовать для отображения информации.
Отображаемая информация может быть представлена в виде цифровых данных, состоящих из цифр, букв, символов, а также буквенно-цифровых символов. Семисегментный дисплей обычно имеет восемь комбинаций входных соединений, по одной для каждого светодиода, а оставшаяся одна является общей точкой соединения для всех внутренних светодиодов.
Если катоды всех светодиодов соединить вместе и подать логический ВЫСОКИЙ сигнал, то загорятся отдельные сегменты.
Таким же образом, если аноды всех светодиодов соединить вместе и подать логический НИЗКИЙ сигнал, тогда загорятся отдельные сегменты.
Преимущества, недостатки и области применения светодиодов
Преимущества
- Малый размер кристалла и низкая стоимость
- Долгий срок службы
- Высокая энергоэффективность
- Низкотемпературный
- Гибкость дизайна
- Много цветов
- Экологичный
- Высокая скорость переключения
- Высокая сила света
- Предназначен для фокусировки света в определенном направлении
- Меньше подвержен повреждениям
- Меньше излучаемого тепла
- Более устойчив к тепловому удару и вибрации
- Отсутствие УФ-лучей
Недостатки
- Зависимость выходной мощности излучения и длины волны светодиода от температуры окружающей среды.
- Чувствительность к повреждениям из-за избыточного напряжения и/или избыточного тока.
- Теоретическая общая эффективность достигается только в особых холодных или импульсных условиях.
Применение
- В автомобилях и велосипедных фонарях
- В светофоре Указатели, знаки и сигналы
- В платах отображения данных
- В медицинских целях и игрушках
- Невизуальные приложения
- В лампочках и многом другом
- Пульты дистанционного управления
Цветовые характеристики светодиодов. Цветовая температура
Общая информация о лампочке, технологии
Денис Оставить комментарий
Сегодня на рынке освещения представлено множество различных светодиодов. Разнообразные характеристики светодиодов включают, помимо прочего, цвет света или длину волны излучения, а также интенсивность света.
Эти цветовые характеристики являются результатом множества факторов, влияющих на производственный процесс.
Такие факторы, как состав полупроводника, используемая технология изготовления и герметизация, также важны для определения внешнего вида светодиода.
Цвета светодиодов
Цвет является фундаментальной характеристикой светоизлучающих диодов (СИД). Первоначально для этих светильников было доступно ограниченное количество цветов. Вы могли найти только красные светодиоды.
Однако по мере развития технологий материалы и цвета светодиодов значительно улучшились.
Цветовые характеристики светодиодов: Цветовая температура
Одним из важных аспектов цветового восприятия является цветовая температура, которая показывает, насколько холодным/голубоватым или теплым/желтоватым кажется белый свет. Коррелированная цветовая температура CCT (сокращенно CCT) на самом деле является метрикой, коррелирующей внешний вид источника света с предварительно нагретым теоретическим внешним видом темного/черного тела. Когда тело черного цвета нагревается, оно становится красным, оранжевым, белым и, наконец, синим.
Значение CCT источника света, выраженное в градусах Кельвина (К), представляет собой температуру, при которой горячее черное тело точно соответствует цвету исследуемого источника света. Он символизирует цвет излучаемого света, а не освещенных объектов.
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, ЧТОБЫ УЗНАТЬ О ЦВЕТОВОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ
Что такое индекс цветопередачи (CRI)?
Метрики Представление цветов имеет множество различных форм, включая системы на основе эталонов, системы на основе цветовой гаммы и системы, построенные на сложных моделях отображения цветов.
CRI относится к показателю точности (насколько «истинен» определенный источник света по отношению к эталонному источнику), но он не затрагивает проблему цветовой привлекательности и различения.
УЗНАТЬ ОБ ИНДЕКСЕ ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ
Цветность и цвета светодиодов
Цветность относится к объективной интерпретации качества цвета независимо от его яркости. Он состоит из двух отдельных параметров, часто описываемых как цветность (s) и оттенок (h).
Для указанного CCT источник света с положительным значением Duv имеет цветность, которая падает выше геометрического места черного тела (выглядит слегка зеленоватым), в то время как источник с отрицательным значением Duv имеет цветность, которая падает ниже геометрического места черного тела (выглядит слегка зеленоватым). слегка розоватый).
Влияние падения напряжения на светодиодах
Падение напряжения на светодиодах часто составляет от 2 до 4 вольт. Фактическое напряжение, возникающее на двух клеммах, сильно зависит от типа используемых светодиодов/материалов и влияет на цвет рассматриваемого светодиода.
Как и ожидалось, кривая напряжения светодиода в целом напоминает характеристику прямого диода. Но как только диод включается, напряжение становится относительно ровным для различных уровней прямого тока.
Характеристики светодиодов: сводка
В следующей таблице приведены общие сведения о цветовых характеристиках светодиодов.
| Диапазон длин волн в морских милях | Цвет светодиода | Напряжение (В) при 20 мА | Тип материала |
| Ниже 400 | УФ (ультрафиолетовый) | от 3,1 до 4,4 | AIN, AlGaN, AlGanP |
| от 400 до 450 | Фиолетовый | от 2,8 до 4,0 | GaP, AlGalnP |
| от 450 до 500 | Синий | от 2,5 до 3,7 | InGaN |
| от 500 до 570 | Зеленый | от 1,9 до 4,0 | GaP, AlGalnP |
| от 570 до 590 | Желтый | от 2,1 до 2,2 | GaAsP, AlGalnP |
| от 590 до 610 | Оранжевый или янтарный | от 2,0 до 2,1 | GaAsP, AlGalnP |
| от 610 до 760 | Красный | от 1,6 до 2,0 | AlGaAs, GaAsP, AlGalnP |
| Ниже 760 | Инфракрасный | Ниже 1,9 | GaAs, AlGaAs |
Помимо цвета светодиода, следующие основные характеристики светодиодов:
- Значение силы света (обозначается как Iv)
- Спецификация зависимости тока от напряжения
- Обратное напряжение
- Угол обзора
Характеристики светодиодов для срока службы
Интенсивность света светодиодов не уменьшается со временем.
