Світлодіоди класифікація, призначення, основні характеристики
У цій статті зібрано докладну інформацію про світлодіоди. Описано їх характеристики, види та специфікації. Світлодіод або світловипромінюючий діод (СД, СІД, LED англ. Light-emitting diode) - напівпровідниковий прилад з електронно-дірковим переходом, що створює оптичне випромінювання при пропусканні через нього електричного струму. Випромінене світло лежить у вузькому діапазоні спектру. Його спектральні характеристики залежить багато в чому від хімічного складу використаних у ньому напівпровідників. Іншими словами, кристал світлодіода випромінює конкретний колір (якщо йдеться про ЦД видимого діапазону), на відміну від лампи, що випромінює ширший спектр і де конкретний колір відсівається зовнішнім світлофільтром.
1. Основні характеристики світлодіодів:
- сила світла (ефективність);
- кут випромінювання;
- потужність;
- робочий струм;
- колір (температура свічення);
- деградація світлодіода.
ПИТАННЯ 1.Світлодіод або світловипромінюючий діод (СД, СІД, LED англ. Light-emitting diode) - напівпровідниковий прилад з електронно-дірковим переходом, що створює оптичне випромінювання при пропусканні через нього електричного струму. Випромінене світло лежить у вузькому діапазоні спектру. Його спектральні характеристики залежить багато в чому від хімічного складу використаних у ньому напівпровідників. Іншими словами, кристал світлодіода випромінює конкретний колір (якщо йдеться про ЦД видимого діапазону), на відміну від лампи, що випромінює ширший спектр і де конкретний колір відсівається зовнішнім світлофільтром.
Рис.1 Пристрій та зовнішній вигляд індикаторних світлодіодів.
Рис.2 Позначення світлодіода на схемі
Існують такі основні характеристики світлодіодів:
Ефективність (світловіддача).
Відношення світлового потоку до споживаної потужності (Лм/Вт). Це та величина, яка в першу чергу потрапляє до уваги фахівців, тому що саме за ефективністю визначається застосування світлодіодів для систем освітлення. Для порівняння:
- лампочка розжарювання 8-12 Лм/Вт;
- люмінесцентні (енергозберігаючі) лампи 30-40 Лм/Вт;
- сучасні світлодіоди 120-140 Лм/Вт;
- газорозрядні лампи (ДРЛ) 50-60 Лм/Вт.
Показники дуже хороші, що дозволяє успішно конкурувати із люмінесцентними, натрієвими, галогеновими лампами. Понад те, світлодіоди вже виграють за цим показником у газорозрядних ламп, т.к. весь світловий потік у них йде в одну напівплощину, тому не потрібні різного роду відбивачі.
Кольорова температура.
Рис.3 Шкала світлових температур
Кольорова температура використовуваних світлодіодів: 2500 Кельвінів-9500 Кельвінів.
2500-3000 Кельвінів: тепле біле світло. (warm white або скорочено WW) Він ближче до ламп розжарювання. 4000-5000 Кельвінів: нейтральне біле світло.( white neutral або скорочено NW) 6500-9500 Кельвінів: холодне біле світло. (cold white або скорочено CW)
За джерелами незалежних досліджень, саме нейтральне біле світло є найбільш комфортним для офісної роботи, і в ньому предмети стають найбільш чіткими. зелений, жовтий) та світлодіодиRGB (повнокольоровий світлодіод).
Потужність світлодіодів.
Малої потужності: до 0,5 Вт (20-60 мА).
Малопотужні індикаторні світлодіоди.
Малопотужні smd (slt) світлодіоди
Середньої потужності: 0,5-3 Вт (100-700 мА).
Рис.6 Світлодіоди SEOULSEMICONDUCTOR, Корея, 0,5 Вт (150 мА)
Мал.7 Світлодіоди Epistar, Тайвань, 1 Вт, 300 мА
Рис.8 Світлодіоди NICHIA, Японія, 1 Вт, 300 мА
Великій потужності: більше 3-х Вт (1000 мА і більше).
Мал.9 Надпотужний світлодіод 20W
Кут свічення.
Як правило, 120-140 градусів, в індикаторних 15-45 градусів.
Деградація (ресурс) світлодіодів.
Дуже важливий показник. Багато виробників декларують близько 100 тисяч годин і навіть більше. Які чинники впливають на ресурс світлодіодів? Насамперед це струмова деградація. Якщо через діод пропустити силу струму більшу, ніж та, яку він розрахований, настає швидка деградація. Як правило: у межах перших 1000 годин. Цим користуються несумлінні виробники.
Наступний фактор – температурна деградація. Світлодіод у процесі роботи нагрівається. І, якщо не відводити тепло, то діод швидко потьмяніє. Для відведення тепла використовується багато конструкторських рішень. У наших світильниках застосовується плата із алюмінієвою підкладкою. Підкладка має механічний контакт з корпусом світильника, що додатково відводить тепло. Головне: у точці паяння світлодіода дотримуватись температурного режиму не більше 65 градусів Цельсія. У наших світильниках це досягається. Відповідно, перебуваючи у робочому режимі, ресурс діодів у пропонованих світильниках становить декларовані 40-50 тисяч годин.
ПИТАННЯ 2.Індикаторні світлодіоди (ILT) є лідерами у повсюдному використанні. З'явившись у 60-х роках, вони швидко завоювали популярність, витіснивши лампи розжарювання, що використовуються як підсвічування та індикація. А використання даних світлодіодах кристали з підвищеною яскравістю дозволяють використовувати їх у потужних світловипромінюючих пристроях (ліхтарі, стоп-сигнали, індикаторні вогні, світлофори, DIP-стрічки і т.д.). На сьогоднішній день практично жодна побутова техніка не обходиться без індикаторного світлодіода. Існують такі стандартні типорозміри індикаторних світлодіодів: 3; 5; 4,8; 8 та 10мм.
Рис.10 Індикаторні світлодіоди у схемотехніці
Рис.11 Індикаторні світлодіоди у ліхтарях
Рис.12 Індикаторні світлодіоди у світлофорах
Робочий струм таких світлодіодів, як правило, 20-40мА, світлова віддача може доходити для білого світла 3-5Лм зі світлодіода. Кут випромінювання у цих світлодіодів або тонкий (15-45 градусів), або широкий (110-140 градусів). Температура світла і колірна характеристика така сама, як і у всіх світлодіодів. Можливе виробництво у 2-х кольорових компонуваннях.
Мал.13 Індикаторний 2-х кольоровий світлодіод.
Використання інтегрованого резистора дозволяє використовувати індикаторні світлодіоди для напруги живлення 12В.
Рис.14 Індикаторні світлодіоди в DIP стрічці.
ПИТАННЯ 3.SMD-поверхневий монтаж - технологія виготовлення електронних виробів на друкованих платах, а також пов'язані з цією технологією методи конструювання друкованих вузлів.
Технологію поверхневого монтажу друкованих плат також називають ТМП (технологія монтажу на поверхню), SMT (surface mount technology) та SMD-технологія (від surface mounted device — прилад, що монтується на поверхню), а компонентиповерхневий монтаж також називають чіп-компонентами. Дана технологія є найпоширенішим на сьогоднішній день методом конструювання та складання електронних вузлів на друкованих платах. Основною її відмінністю від «традиційної» технології наскрізного монтажу в отвори є те, що компоненти монтуються на поверхню друкованої плати, проте переваги технології поверхневого монтажу друкованих плат виявляються завдяки комплексу особливостей елементної бази, методів конструювання та технологічних прийомів виготовлення друкованих вузлів.
Рис.15 Конденсатор поверхневого монтажу на платі, макрофотографія
Найбільш популярні SMD(SLT) світлодіоди це світлодіод 3528 та 5050.
Світлодіоди 3528
Рис.16 Світлодіод 3528
- Робочий струм 20-25 мА;
- Потужність 0,07 Вт;
- Світловий потік 3-7 Лм;
- Напруга живлення 3-3,2 (для білого світлодіода);
- Кольори: всі відтінки білого, червоний, зелений, синій, жовтий:
- Норма упаковки – бабина 2000 штук.
Використання: Світлодіодні стрічки, лампи, автолампи, панелі, світильники.
Рис.17 Світлодіодна автолампа на світлодіодах 3528
Світлодіоди 5050
Рис.18 Світлодіоди 5050
У світлодіоди 5050 використовуються однотипні кристали як і в світлодіоді 3528 тільки в кількості 3-х штук. А використання 3-х кристалів різних кольорів (червоного, зеленого та синього) дозволяють отримати малопотужний світлодіод RGB.
Основні характеристики: -Робочий струм 60-75мА -Потужність 0,21Вт -Світловий потік 10-21Лм -напруга живлення 3-3,2В (для білого світлодіода) -кольору : всі відтінки білого, червоний, зелений, синій, жовтий, RGB-норма упаковки – бабина 1000 штук.
Використання : Світлодіодні стрічки, лампи,автолампи, модулі, панелі, світильники.
Рис.19 Світлодіоди 5050 у світлодіодному модулі
ПИТАННЯ 4.Для виробництва світлодіодного обладнання компанія HTF Світлодіодне освітлення використовує світлодіоди середньої та великої потужності. Усі вони маркуються як світлодіоди PLT. Порівняльна характеристика використовуваних світлодіодів представлена в Таблиці 1.
Потреби. Потужність, Вт
Світловий потік, (ефективність) Лм/Вт