Что такое светодиод

Содержание

Историческая справка

Исторически изобретателями светодиодов считаются физики Г. Раунд, О. Лосев и Н. Холоньяк, которые по-своему дополняли технологию в 1907, 1927 и 1962 годах, соответственно:

  1. Г. Раунд исследовал излучение света твердотельным диодом и открыл электролюминесценцию.
  2. О. В. Лосев в ходе экспериментов открыл электролюминесценцию полупроводникового перехода и запатентовал «световое реле».
  3. Н. Холоньяк считается изобретателем первого светодиода, применяемого на практике.

Светодиод Холоньяка светился в красном диапазоне. Его последователи и разработчики дальнейших лет разработали жёлтый, синий и зелёный светодиоды. Первый элемент высокой яркости для применения в волоконно-оптических линиях был разработал в 1976 году. Синий светодиод  LED был сконструирован в начале 1990-х трио японских исследователей: Накамура, Амано и Акасаки.

Эта разработка отличалась крайне малой себестоимостью и, по сути, открыла эпоху повсеместного применения LED-светодиодов. В 2014 году японские инженеры получили за это Нобелевскую премию по физике.

В нынешнем мире светодиоды встречаются повсеместно:

  • в наружном и внутреннем освещении светодиодными лампами и лентами;
  • как индикаторы для буквенно-цифровых табло;
  • в рекламной технике: бегущих строках, уличных экранах, стендах и т.п;
  • в светофорах и уличном освещении;
  • в дорожных знаках со светодиодным оснащением;
  • в USB-устройствах и игрушках;
  • в подсветке дисплеев телевизоров, мобильных устройств.

Устройство элемента

Светодиод состоит из следующих частей:

  • основание;
  • линза;
  • катод (-);
  • анод (+);
  • кристалл (полупроводниковый чип);
  • отражатель (рассеиватель).

В основании закреплены катод и анод, сверху все устройство герметично закрыто линзой (колбой). На катоде закреплен кристалл. На контактах установлены проводники, подсоединенные к кристаллу p-n-переходом (соединительная проволока, объединяющая два проводника с разными типами проводимости).

Теплоотвод необходим для поддержания стабильной работы светодиода. В индикаторных светодиодах тепло не накапливается за счет невысокой мощности. Для осветительных – основание напрямую припаивается к поверхности для обеспечения теплоотвода.

Строение светодиодного элемента

Светодиод изнутри

Что делает светодиод идеальным?

Светодиоды широко используются в электронных схемах из-за его преимущества по сравнению с лампами. Некоторые важные особенностями являются:

  • Светодиоды заключены в пластик, так что они могут выдерживать механические удары.
  • В отличие от ламп, светодиоды не выделяют тепло и потери мощности при нагреве практически отсутствует.
  • Светодиоды требуют очень низкий ток и напряжений обычно 20 мА при 1,8 вольта. Так что это идеально в схемах с батарейками.

Основные материалы, используемые при изготовлении светодиодов

Основными полупроводниковыми материалами, используемыми для производства светодиодов, являются:

  • InGaN: синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости
  • AlGaInP: желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости
  • AlGaAs: красные и инфракрасные светодиоды
  • GaP: желтые и зеленые светодиоды

Устройство индикаторного светодиода – «Пиранья»

Устройство светодиоов ПираньяМаломощные светодиоды. За счет того, что конструкционно на них размещаются четыре пина, увеличивается механическая прочность. Большое распространение этот вид диодов получил в автомобилестроении. Устройство LEDs пиранья понятно из картинки. Как говорится — без комментариев. Ну и дополню еще, что у данного типа полупроводников отмечается более качественная теплопроводность.

к оглавлению ↑

Устройство светодиода на основе волокон

Устройство Волоконные светодиодыИнтересная разработка, которая появилась в конце 2015 года. Разработка представлена корейскими учеными института науки передовых технологий ((Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST).

Как заявляют ученые, в скором будущем технология получения волоконных светодиодов станет основой создания источников света на волокнах различны тканей. Сейчас мощность у них очень маленькая и составляет всего 0,3 Вт. Подождем, посмотрим, когда удасться перенести их в группу осветительных. Сейчас же посмотрим на устройство светодиодов из волокон.

Основой будущих диодов является волокно терефталата полиэтилена. погруженного в раствор PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate. Следующим этапом происходит сушка волокна при 130 градусах в течении получаса. На просушенную заготовку наносят OLED раствор poly-(p-phenylenevinylene) polymer organic LED (OLED) имеющий желтое свечение. Затем будущий диод снова отправляют в сушку и покрывают слоем фторида лития-алюминия (Lithium Fluoride/Aluminum (LiF/Al)).

к оглавлению ↑

Как работает элемент?

Принцип действия светодиода основывается на функциях и свойствах p-n-перехода. Под ним понимается специальная область, в которой имеет место пространственное изменение типа проводимости (от электронной n-области к дырочной p-области). p-полупроводник является носителем положительного, а n-полупроводник – отрицательного заряда (электронов).

В конструкции светодиода положительным и отрицательным электродами выступают анод и катод, соответственно. Поверхность электродов, которая находится снаружи колбы, имеет металлические контактные площадки, к которым припаяны выводы. Таким образом, после подачи положительного заряда на анод и отрицательного – на катод – на p-n переходе начинает протекание электрического тока.

Рекомбинация на p-n переходе

При прямом включении питания дырки из области p-полупроводника и электроны из области n-полупроводника буду направлено двигаться на встречу друг другу. В результате этого на границе дырочно-электронного перехода происходит рекомбинация, то есть обмен, и выделяется световая энергия в виде фотонов.

Для преобразования фотонов в видимый свет материал подбирается таким образом, чтобы длина их волна оставалась в видимых пределах цветового спектра.

Основные выводы

Светодиоды – это компоненты, которые активно используются во многих сферах деятельности. Их можно встретить в освещении улиц и домов, подсветке экранов мобильного телефона и компьютера, в качестве индикаторов. Строение элемента:  полупроводниковый кристалл, подложка, линза и электроды.

Излучающие диоды бывают нескольких типов – SMD, DIP, COB, они различаются по конструкции и техническим характеристикам. Получить устройство нужного цвета можно с помощью RGB технологии, нанесения люминофора на поверхность и путем подбора полупроводников для кристалла. Производство светодиодов активно развивается, и появляются все новые приборы с улучшенными характеристиками.

Следующая

Лампы и светильникиКак сделать светильник из светодиодной ленты на 12 и 220 Вольт своими руками

Проверка светодиода мультиметром – как ее выполнить

Самым простым и доступным способом является «прозвонка». На мультиметрах есть отдельное положение переключателя, специально для диодов. Переключив прибор в нужную позицию, прикасаемся щупами к ножкам светодиода. Если на дисплее высветилась цифра «1», следует поменять полярность. В этом положении зуммер мультиметра должен издавать звуковой сигнал, а светодиод светиться. Если подобного не произошло, значит, он вышел из строя. Если же световой диод исправен, но при впайке его в схему не работает, этому может быть две причины – неправильное его расположение или выход из строя резистора (у современных SMD-компонентов он уже встроен, что будет ясно в процессе «прозвонки»).

Мультиметром довольно просто прозвонить световой диодМультиметром довольно просто прозвонить световой диод

Выводы

Мы рассмотрели основные типы светодиодов, которых как Вы можете видеть существует огромное количество. Однако по принципу работы они все одинаковы.

Также можно сказать, что благодаря применению современных материалов и технологий производства можно добиться высоких технических показателей и более надежной и длительной работы светодиодов.

Для наглядности рекомендуем просмотреть видео, в котором Вы подробно ознакомитесь с конструкцией LED:

Заключение

Более подробно о светодиодах можно прочитать в статье Устройство современных светодиодов. Если у вас остались вопросы, можно задать их в комментариях на сайте. Также в нашей группе ВК можно задавать вопросы и получать на них подробные ответы от профессионалов.

Чтобы подписаться на группу, вам необходимо будет перейти по следующей ссылке: https://vк.coм/еlеctroinfonеt. В завершение статьи хочу выразить благодарность источникам, откуда мы черпали информацию:

www.sestek.ru

www.howitworks.iknowit.ru

www.optogid.ru

www.voltiq.ru

Предыдущая

ПолупроводникиНесколько фактов о лазерном диоде

Следующая

ПолупроводникиЧем стабисторы отличаются от стабилитронов?

Лазерные диоды

Лазерный диод похож на обычные прозрачные светодиодные, но производит Laserwith высокой интенсивности. В лазерном луче число атомов вибрируют в такой цикле, что всё испускаемое излучение одной длины волны в фазе друг с другом. Лазерный свет является монохроматическим и проходит в виде узкого пучка. Луч типичных лазерных диодов составляет 4 мм х 0,6 мм, которая расширяется только до 120 мм на расстоянии 15 метров.

Лазерный диод может включаться и выключаться на более высоких частотах даже выше, чем 1 ГГц. Так что это весьма полезно в телекоммуникационных системах.Поскольку лазер генерирует тепло на поражение тканей тела, он используется в хирургии, чтобы исцелить поражения в очень чувствительных частей, как сетчатки, головного мозга и т.д. лазерные диоды являются важными компонентами в проигрывателях компакт-дисков, чтобы получить данные, записанные в компакт-дисках.

Лазерные Диоды

Преимущества

Особенности того, как работает светодиод, дали ему несколько важных эксплуатационных и функциональных достоинств перед другими видами преобразователей электрической энергии в световую:

  • современные светодиоды не уступают по параметрам светоотдачи металлогалогенным и натриевым газоразрядным лампам;
  • конструкция практически полностью исключает выход из строя каких-либо компонентов из-за вибрации и механических повреждений;
  • LED-светильники малоинерционные, то есть моментально достигают полной яркости после включения;
  • современный ассортимент позволяет выбирать модели со спектром от 2700 до 6500 K;
  • внушительный рабочий ресурс – до 100 000 часов;
  • ценовая доступность индикаторных светодиодов;
  • светодиодное освещение, как правило, не требует большого напряжения и сохраняет пожарную безопасность,;
  • температуры ниже 0˚С почти не сказываются на работоспособности устройств;
  • строение светодиода не предусматривает использование фосфора, ртути, других опасных веществ или ультрафиолетового излучения.

Общая конструкция светодиода

Есть много разных стилей светодиодов, которые доступны. Одним из наиболее широко используемых является простой светодиодный индикатор. Это обеспечивает понимание того, каким образом светодиоды могут быть упакованы.

В дополнение к очень простому светодиодному индикатору есть много других типов светодиодов, включая буквенно-цифровые дисплеи и более сложные светодиодные дисплеи.

Структура панели светодиодного индикатора панели может быть разделена на три основных элемента:

  • Полупроводниковая матрица:   это сам светодиодный полупроводниковый элемент.
  • Ведущий каркас:   эта часть светодиодного пакета содержит матрицу и обеспечивает соединение.
  • Инкапсуляция:   это окружает сборку и действует как защита. Он также предназначен для рассеивания света требуемым образом.

Кубик соединен с углублением в одной половине ведущей рамы, называемой наковальней из-за ее формы. Это делается с использованием проводящей эпоксидной смолы. Выемка в наковальне имеет форму, чтобы излучать световой излучение вперед. Верхний контакт от матрицы затем соединяется проволокой с другой клеммой ведущей рамы, которую часто называют столбом.

Цветовая маркировка.

Маркировка led в мире не стандартизирована. Изготовитель сам решает, что он будет обозначать на корпусе.

Светодиоды российского производства маркируются цветовым кодом. Он состоит из цветных кружочков или черточек. Примеры маркировки приведены ниже на рисунке.

Цветовая маркировка российских индикаторных светодиодов.

Рассмотрим маркировку известных мировых производителей.

Philips.

В качестве примера возьмем модель Luxeon Rebel. Она маркируется LXML-ABCD-EFGH. В этой аббревиатуре зашифровано следущее:

  • LXML – серия;
  • ABC – информация о свете:  как распределяется, цветовая температура;
  • D – величина тока;
  • E – запасная буква на будущие модели;
  • FGH – яркость (в люменах).

Cree.

Фирма предлагает обозначение SSSCCC-BD-0000-NNNNN, где:

  • SSS – серия;
  • CCC – описание цвета:
  • BD – индекс цветопередачи:
  • 0000 – код производителя;
  • NNNNN – индивидуальный номер по цветовой температуре и яркости. Стоит уточнить в техническом описании.

Схемы подключения светодиодов

Приступая к подключению светодиодов, следует руководствоваться определенными правилами. Следует придерживаться схемы, так как ток движется в одном направлении.

Расчет сопротивления светодиода

Чтобы узнать, как рассчитать сопротивление для светодиода, достаточно вспомнить закон Ома, описывающий зависимости искомого параметра (R) от значения силы тока (I) и напряжения (U): R = U/I. Если надо подключить светодиод на 3 В, рассчитанный на силу тока 0,02 А к блоку питания на 5 В, придется убрать лишних 2 В путем включения в схему резистора с достаточным сопротивлением равным 100 Ом.

Закон Ома поможет рассчитать напряжение

Закон Ома поможет рассчитать напряжение

Иногда по результатам расчета может получиться, что сопротивление светодиода следует увеличить на нестандартную величину, приобретя резистор с ближайшим большим значением сопротивления, чем требуется. Световой поток, излучаемый прибором, слегка уменьшиться, хотя визуально этого заметно не будет.

Схема подключения светодиода к сети 220 В

Используемый источник питания определяет порядок выборы схемы подключения светодиода к сети 220В. Возможно использование:

  • Драйвера с ограниченным током. Силу тока рассчитывается заранее. От резистора в этом случае можно отказаться. Количество подключаемых резисторов зависит от характеристик драйвера;
  • Специального стабилизатора напряжения.
Схема подключения к 220 В

Схема подключения к 220 В

Параллельное и последовательное подключение

Светодиоды могут подключаться последовательно и параллельно. В первом случае требуемое напряжение будет равно сумме падений напряжений каждого элемента. При параллельном включении складываются значения силы тока. При использовании приборов с разными параметрами, рассчитываются характеристики для каждого из резисторов в отдельности.

Вариант последовательного и параллельного подключения

Вариант последовательного и параллельного подключения

Подключение светодиодов к 12 В

Подключение светодиода выполняют в следующей последовательности:

Таким образом, несложно разобраться в характеристиках светодиодов 3 Вт и больше, а также самостоятельно выполнить их установку.

Достоинства и недостатки светодиодов

Плюсы

  • Высокая механическая и вибрационная стойкость.
  • Небольшой разогрев.
  • Маленькие габаритные размеры, легкий
  • Долговечность.
  • Низкое энергопотребление и мощность.
  • Возможность регулирования интенсивности свечения.
  • Высокие декоративные качества: разнообразие цветов и оттенков свечения.
  • Безынерционность: включаются сразу на полную мощность.
  • Возможность работы при низких температурах.
  • Низкая цена индикаторных светодиодов.
  • Безопасность: низкие рабочие значения напряжения и тока.

Минусы

  • Высокая цена SMD.
  • Ухудшения со временем качества кристалла: чем дольше светодиод работает, тем он тусклее.
  • Повышенные требования к источнику питания.
  • Недопустимы даже небольшие превышения минимальных и максимальных значений электрических параметров.

Видео: основные параметры светодиодов

ОЦЕНИТЕ ЭТУ СТАТЬЮ

1 балл2 балла loading.gif Загрузка…

custom_photo.jpg

Экономьте время: отборные статьи каждую неделю по почте

Рейтинг

А какие led чипы выбираешь ты? Отдай 1 голос, какой тип ты бы порекомендовал для решения большинства задач.

Пройди тест и сделай правильный выбор

Все типы SMD-светодиодов их технические характеристики и маркировки

Для каких целей ты собираешь конструкцию?

Дежурный свет

Общее освещение.

Декоративная цветная подсветка.

Декоративная белая подсветка.

Локальное освещение

Возможна ли в процессе эксплуатации ошибочная смена полярности питания или скачки напряжения?

Нет, ничего переключаться не будет.

Маловероятно, но может быть.

Вполне возможна.

Предполагаемые габариты конструкции

Габариты НЕ имеют значения

Миниатюрная

Компактная

Будут ли светодиоды установлены на радиатор?

Да, на радиатор больших размеров.

Радиатор будет, но небольшой

Нет, для радиатора места нет

Какое питание будет у конструкции?

Аккумулятор достаточно большой емкости

От сети 220В.

Батарейки

Миниатюрные аккумуляторы

Бортовая сеть автомобиля

Какой тип SMD светодиодов выбрать

Тебе подойдет SMD 3528

led-smd-3528.jpg

Тебе подойдет SMD 5050

10-piezas-de-leds-smd-5050-luz-blanco-frio-d_nq_np_727224-mlm26799187943_022018-f.jpg

Тебе подойдет SMD 5630

led-smd-5630-0-620x277.jpg

Тебе подойдет SMD 5730

led-smd-5730-0-620x277.jpg

Тебе подойдет SMD 3014

gw-jclms1-ec-gthp-5c7e-l1n2.jpg

Тебе подойдет SMD 2835

svetodiod-smd-2835-3528-11-620x277.jpg

Предыдущая

СветодиодыКорпуса и маркировка SMD диодов и стабилитронов

Следующая

СветодиодыКак выбрать фонарь на светодиоде Cree XM-L T6

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...
Электрик в Дом