Qué es un LED: una descripción detallada de las características y tipos
Los LED están en todas partes: en casas, automóviles, teléfonos. Con su ayuda, se proporciona una iluminación brillante de las pantallas de los dispositivos, se producen fuentes de iluminación económicas. Ahora son fuentes indispensables de luz. Considere el dispositivo y las características técnicas de los principales tipos de LED.
que es un led
Un LED (del inglés Light Emitting Diode, o LED) es una fuente eléctrica de estado sólido de luz artificial hecha de materiales semiconductores de conductividad p y n. Utilizando varias tecnologías - deposición a través de máscaras, grabado, deposición epitaxial, etc., se obtiene una unión p-n.
En un material semiconductor de tipo p, los portadores de corriente son "agujeros": átomos de un cristal semiconductor, en los que, al doparse con metales especiales, crean una escasez de electrones. En los materiales n, los portadores son electrones en exceso en el cristal.
El "agujero" está prácticamente inmóvil. Tiene una carga positiva igual a la carga de un electrón. El electrón, "saltando" de la órbita exterior de un átomo a la órbita exterior del vecino, mueve el "agujero" en la dirección opuesta.
El principio de funcionamiento o lo que brilla en el LED.
Al conectar un voltaje constante de cierta magnitud y polaridad a la unión p-n, provocan una corriente eléctrica en la unión en forma de contraflujo de portadores de carga eléctrica - "agujeros" - "partículas" positivas y electrones - negativos. Cuando estas corrientes se encuentran en un cruce p-n, se recombinan o fusionan. Un electrón libre con mayor energía entra en el "agujero" y desaparece.
A la derecha está la parte del semiconductor n del cristal, "enriquecida" con electrones libres, a la izquierda está la parte del semiconductor p con "partículas" positivas - "agujeros".
La energía se libera en forma de cuantos de luz.. Se emiten, es decir, emitida desde el extremo del cristal. El flujo de cuantos golpea el reflector. Su superficie pulida refleja la luz en la dirección correcta. Una configuración de superficie especial forma el patrón direccional requerido del flujo de luz.
El voltaje para alimentar la transición se aplica "+" - al ánodo del diodo y "-" - al cátodo.
Diseño
El sustrato que elimina el calor se representa en lila. Trapecios grises: secciones de un reflector reflectante-reflector de una configuración anular de aluminio.En el centro azul hay un chip de cristal LED con cables dorados o plateados conectados soldados a los terminales del ánodo y el cátodo.
Tipos de LED
Los LED son dispositivos bastante "jóvenes". Su clasificación final aún no se ha desarrollado. Por lo tanto, muchos fabricantes conocidos utilizan sus propios sistemas de subdivisión.
Según uno de ellos, los LED se agrupan según su finalidad de la siguiente manera:
- Indicador.
- Encendiendo.
Los indicadores en su grupo se dividen en los siguientes tipos.
diodos DIP
La abreviatura se deriva de Dual In-line Package o "ubicación doble en línea". Por lo general, las cajas son cilindros, pero también hay paralelepípedos. En el extremo inferior hay conductores axiales de alambre paralelos al eje principal de simetría del cuerpo. La salida del cátodo es más corta que la del ánodo.
La división en tipos, según el diámetro de la caja y la lente en el extremo superior. Diámetros de 2-3 a 20 mm y más. Color brillante: cualquiera, varios tonos de blanco.
Uno de los tipos, intermitente en 2 colores, tiene 3 salidas.
Sombrero de copa
La traducción literal es sombrero de paja o bryl. Aplicar a los LED – el cuerpo es como un sombrero con la parte superior redondeada.
Son visibles conductores de diferentes longitudes, el más corto es el cátodo. Los limitadores de altura de instalación también son visibles. Debajo de la lente hay un cristal con un fósforo amarillo.
Super Flux Piraña
Traducción directa - superflujo. Piraña - traducción al ruso - piraña. El nombre del LED se debió a las peculiaridades de los cables metálicos en forma de tiras estrechas. Para simplificar la instalación en los orificios de la placa de circuito impreso, las esquinas se cortaron en los extremos de los pines durante el estampado. Así quedaron los "dientes" afilados de un pez depredador.
En la salida, se estampan "hombros", limitadores que establecen la altura de la caja sobre el tablero. Entonces, el gabinete se abrió para enfriar el aire desde abajo. Se colocaron cristales para enfriamiento pasivo en los extremos superiores de los cables.
Al colocar 2 o 3 chips en el estuche, aumentaban el flujo de luz. Y el diodo cayó en el grupo de los súper brillantes.
Se puede ver un cristal “cubierto” por una lente y moldeadores de plomo estrechados de la altura de la instalación.
smd
Abreviatura de Dispositivo montado en superficie, traducido del inglés: un dispositivo instalado en la superficie. Parecen cajas rectangulares hechas de plástico o cerámica. Conclusiones: desde abajo y al costado de la caja en forma de almohadillas.
La mayoría de las veces, iluminación, pero a baja potencia también pueden ser indicadores. Potencias desde mW (milivatio) hasta W. Resplandor es cualquier color o tono de luz blanca.
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OLED
Además de los LED de estado sólido basados en metales semiconductores (silicio, germanio, arseniuro de galio, etc.), existe un grupo de LED en películas de compuestos orgánicos. Se denominan LED orgánicos u OLED - Organic Light Emitting Diode.
También, como los diodos semiconductores, emiten luz, pero no con una estructura sólida, sino con películas delgadas. Mientras que la aplicación principal se encuentra en el desarrollo de pantallas de un solo color. Las desventajas existentes de las películas OLED de color son los diferentes tiempos de funcionamiento para películas de diferentes colores de brillo. Como mínimo, esto es alrededor de 12-15 mil horas.
Después de la mejora, dichos LED se utilizarán ampliamente en teléfonos celulares, navegadores GPS de automóviles y barcos, en visores nocturnos y dispositivos para caza y tiro nocturnos, etc.
Revisión de video: comparación de QLED, OLED y LCD (IPS).
Filamento
En 2012-2013Aparecieron LED inusuales, a los que llamaron Filamento. De hecho, estas son matrices COB en forma de cilindros largos con un diámetro de 2-3 y una longitud de 15-30 mm. Se pegan 28-30 cristales azules intercalados con algunos rojos en un cilindro de vidrio o zafiro. Están conectados en cadenas en serie y, después de verificar la capacidad de servicio, se llenan con un fósforo amarillo.
Esta tecnología de fabricación de módulos de filamentos se denomina Chip-On-Glass o COG.
Las matrices COG listas para usar se colocan en los accesorios de las lámparas incandescentes convencionales, se instalan en la base y se colocan en un frasco de vidrio o plástico. Para enfriar los LED, el matraz se llena con helio.
Potencia de la lámpara: de 2-3 a 10-12 vatios. El flujo luminoso corresponde a la eficiencia luminosa de los LED convencionales de 80-100 lm/W.
El resultado es una lámpara incandescente retrofit LED. La lámpara a menudo se denomina incorrectamente lámpara incandescente LED.
El término retrofit proviene del inglés. modernización - modernización o modificación. Se trata de nuevas fuentes de luz en carcasas de dimensiones tradicionales.
Las cifras anteriores son diferentes en potencia y fabricantes. lámparas LED de filamento. En un matraz de vidrio con base E27, los módulos COL de filamento se fijan a los accesorios de filamento.
Tipo de estrella PCB
La abreviatura de los LED de este tipo se deriva de la frase en inglés Printed Circuit Board. Su traducción es placa de circuito impreso.
Placa de diodos tipo estrella PCB. El fabricante es la empresa estadounidense CREE, modelo de diodo XML. El rectángulo amarillo es la matriz COB del diodo de potencia.
El tablero está hecho de un metal que conduce bien el calor, como el aluminio. La configuración del tablero es una estrella de 6 rayos.La matriz de LED COB viene montada de fábrica en el centro de la placa de estrella. La placa está pintada de negro para mejorar la disipación de calor pasiva que genera un potente dispositivo emisor de luz en funcionamiento.
6 "estrellas" a la izquierda: diodos de diferente potencia y tonos de luz blanca. Los dos inferiores son elementos más poderosos con grandes círculos de fósforo amarillo. A la derecha hay una columna de 4 piezas. – diodos para montaje plano en la superficie de pads en una placa de circuito impreso.
Dibujo acotado de un potente LED plano en un tablero en estrella. La altura de la estructura es de 6,6 mm, el diámetro del cuerpo del diodo con conductores planos es de 8 mm, el tamaño de la placa Star es de 22 mm.
Matriz LED COB
Si se pegan varias decenas de cristales semiconductores azules con pegamento dieléctrico en un sustrato conductor de calor hecho de zafiro artificial o cristal de silicio, conectados por conductores en grupos en serie-paralelo y rellenos con un fósforo amarillo en la parte superior, obtenemos un módulo LED. eso matriz COB. La abreviatura se deriva de la frase en inglés Chip-On-Board. Se traduce como "cristales en el tablero".
Las matrices COB utilizan chips de chips LED sin paquete y sin sustratos. El alojamiento es extremadamente estrecho. Esta tecnología produce una parte importante de los LED de alta potencia, incluidos cientos de cristales. Un buen disipador de calor enfriado por ventilador, que a veces usa tubos de calor, le permite lograr una potencia de 150-200 W o más en un caso.La matriz proporciona un flujo direccional con un ángulo de dispersión de 100-150 grados a un nivel de 0,7 del máximo de radiación.
Tipo de clasificación
Los tipos de LED incluyen:
- LED individuales en un único chip de alta potencia (matriz COB);
- par de LED en un paquete - diodos indicadores que parpadean alternativamente en dos colores, por ejemplo, rojo y amarillo;
- tripletes o tríadas de emisores de tres colores primarios - rojo, verde y azul o RGB: Rojo - Rojo, Verde - Verde, Azul - Azul.
Si en un LED de tres cristales hay cristales del mismo color de brillo, tenemos un LED superbrillante. Con diferentes colores de luz de cristal, obtenemos una tríada RGB o un dispositivo emisor de luz controlado multicolor.
SMD es una abreviatura de la frase en inglés Surface Mounted Device, un dispositivo de montaje en superficie. Se utiliza para automatizar la colocación y soldadura de componentes electrónicos en placas de circuito impreso, incl. y LED. Utilizado en cintas, reglas, módulos y circuitos impresos convencionales.
Los colores principales también incluyen un par de colores YB: amarillo, amarillo y azul, azul. Hay otras combinaciones de colores que dan blanco cuando se mezclan.
Potentes LED COB
Los modelos grandes tienen orificios de montaje en las esquinas de la caja. Los modelos más pequeños se sueldan a la placa de circuito impreso.
Además de las características habituales de los LED, los modelos potentes agregan varios parámetros adicionales:
- potencia nominal, W;
- tamaño de viruta, mm;
- corriente nominal de funcionamiento del cristal o matriz;
- vida útil asociada a las normas L 70, L80, etc.
LED de bajo consumo
En términos de consumo de energía, estos son LED de 0,05 a 0,5 W, corriente de funcionamiento: 20-60 mA (potencia promedio: 0,5-3 W, corriente 0,1-0,7 A, grande: más de 3 W , corriente 1 A y más) .
Estructuralmente, los LED de bajo consumo incluyen varios grupos de emisores de luz LED:
- Los LED en cajas SMD son ordinarios y súper brillantes;
- Diodos DIP en cajas cilíndricas: para montar en orificios en placas de circuito impreso;
- en cajas tipo piraña - para montaje en agujeros.
En la imagen, los LED de arriba a abajo:
- En paquetes DIP cilíndricos, con cables flexibles para soldar en los orificios de la placa.
- En los casos tipo piraña también son Superflux, soldando por los agujeros.
- En cajas con conductores planos para montaje en placas de contacto de placas de circuito impreso de una y dos caras o en "pozos" de placas multicapa.
Características de los LED
Los LED se describen mediante muchos parámetros. El más importante de ellos:
- intensidad de la luz y eficiencia energética - Lm y Lm / W;
- el ángulo de divergencia del flujo de luz a niveles de 0,5 o 0,7 grados, para los ordinarios de 120 a 140 grados, para los modelos indicadores, de 15 a 45 grados;
- potencia consumida durante el funcionamiento, W - pequeño - hasta 0,5, mediano - 0,5-3, grande - más de 3;
- corriente de funcionamiento a través del diodo, mA o A;
- color o tono de la luz blanca Temperatura colorida, grados Kelvin, K - de 2000-2500 K - blanco cálido y hasta 6500-9500 K - blanco frío.
Hay otras características, pero se usan con menos frecuencia. Por ejemplo, la característica corriente-voltaje, característica I-V de un LED es una curva de corriente a través de una unión frente al voltaje operativo que se le aplica. Se utiliza en los cálculos eléctricos del modo de funcionamiento del LED.
Dimensiones
Las dimensiones del LED están determinadas por las dimensiones de su carcasa.Para cajas SMD: largo, ancho, grosor. Los dos primeros valores están incrustados en la designación, por ejemplo, SMD2835, donde dos pares de números tienen 2,8 mm de ancho y 3,5 mm de largo. El grosor de la caja debe tomarse de la descripción o pasaporte del diodo.
Para los diodos DIP cilíndricos, las características importantes son el diámetro de la caja y su altura con una lente. En este caso, es necesario tener en cuenta la longitud de los cables y las recomendaciones del fabricante para doblarlos antes de la instalación.
Longitud de onda
Una característica de los LED como la longitud de onda se usa muy raramente. A menudo llamado el color del resplandor.
| Color sombra | Longitud de onda, nanómetro |
|---|---|
| infrarrojo (invisible) | 760-880 |
| rojo | 620-760 |
| Naranja | 585-620 |
| amarillo | 575-585 |
| amarillo verde | 555-575 |
| verde | 510-555 |
| azul | 480-510 |
| azul | 450-480 |
| Violeta | 390-450 |
| ultravioleta (invisible) | 10-390 |
La longitud de onda del brillo del diodo se mide en nanómetros - nm. No siempre se indica en los datos de pasaporte del producto.
Designación y marca de color
Cada fabricante tiene su propia marca de LED. Por ejemplo, en la designación del LED - LED-WW-SMD5050, se decodifican sus elementos alfabéticos y numéricos:
- LED - LED;
- WW - color brillante Blanco cálido - blanco cálido 2700-3500 K;
- SMD: paquete de montaje en superficie;
- 5050 - dimensiones del cuerpo en décimas de milímetro - 5,0 × 5,0.
Variantes de abreviaturas para tonos de luz blanca:
- DW - Día Blanco - día blanco (4000-5000 K);
- W - Blanco, blanco puro (6000-8000 K);
- CW o WC - Cool White - blanco frío (8000-10 000 K);
- WSC - White Super Cool - blanco súper frío, temperatura de color de 15 000 K con un tinte azulado característico;
- NW - Blanco Neutro - blanco neutro - 5000 K.
Hay otras designaciones para LED y colores, el sistema aún no se ha estandarizado por completo, por lo que los fabricantes usan diferentes valores numéricos y nombres para tonos de luz blanca.
Imagen gráfica y alfabética en el diagrama.
El ánodo, también conocido como el plus del LED, se muestra como un triángulo en los circuitos eléctricos. Cátodo (menos) - un guión transversal.
Tabla de voltaje de LED
Para que el LED proporcione durante su funcionamiento todas las características especificadas por su diseño y tecnología de fabricación, es necesario que se le proporcione una fuente de alimentación calculada. Por ejemplo, aplique un voltaje a su ánodo y cátodo, que será un poco más que el voltaje directo de la unión p-n. El exceso de voltaje debe "apagarse" en serie resistencia incluida. La resistencia se llama resistencia limitadora de corriente. Sirve para evitar el exceso de corriente a través de la unión p-n.
El LED tiene dos cables de contacto: el ánodo y el cátodo, el cátodo es más corto que el ánodo. Si la longitud es la misma, entonces definir Puedes usarlos con una batería de dedo. Si hay luz, entonces tienes un ánodo frente a ti.
Mesa. Tensión directa de la unión p-n del LED de color.
| color brillante | Tensión de funcionamiento, continua, V |
|---|---|
| blanco | 3,5 |
| rojo | 1,63–2,03 |
| Naranja | 2,03–2,1 |
| amarillo | 2,1–2,18 |
| verde | 1,9–4,0 |
| azul | 2,48–3,7 |
| Violeta | 2,76–4 |
| infrarrojo | hasta 1.9 |
| ultravioleta | 3,1–4,4 |
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Aplicación de LED
El alcance de los LED está en constante expansión. Inicialmente, se utilizaron como indicadores luminosos en circuitos para encender o operar equipos electrónicos.Por ejemplo, encender el transmisor, cambiar a potencia aumentada o reducida, etc. Podrían arreglar la activación automática, por ejemplo, cuando aparece una señal de llamada o para llamar la atención. Se utilizaron LED intermitentes o de un solo color: rojo, amarillo, verde, azul.
Los LED DIP superbrillantes de tamaño pequeño se conectaron en cadenas en serie-paralelo y se alimentaron directamente desde una red de 220 V. Al colocar estos grupos de diodos en serie en un tubo de PVC flexible transparente y llenarlos con un sellador transparente, obtuvimos "neón flexible"- el torniquete luminoso". Se puede colocar a lo largo del borde de la piscina, el bordillo del camino, decorar el techo de la casa o un árbol en el jardín.
El advenimiento de tableros multicapa flexibles y paquetes SMD para montaje en superficie ha llevado a la creación de tableros flexibles tiras de leds.
Inicialmente, estos eran medios de decoración decorativa de interiores. Un aumento en la potencia de los diodos SMD y la densidad de su ubicación en el tablero hizo posible comenzar a usar tiras de LED, primero para iluminación auxiliar y luego para iluminación principal. Un aumento en el grado de protección contra el polvo y la humedad de las cintas llevó a su uso para iluminación decorativa y luego para la iluminación principal en las condiciones de la calle.
Al mismo tiempo, se estaban desarrollando lámparas LED para reemplazar las lámparas incandescentes en lámparas: apliques, candelabros y lámparas de mesa. Aparecieron lámparas modificadas: análogos completos de lámparas incandescentes y tubos fluorescentes en términos de forma, tamaño de bombilla y voltaje de suministro. Ha comenzado la sustitución gradual de las lámparas incandescentes por retroadaptaciones LED. Al mismo tiempo, se detuvo la producción de LN: primero 100 W o más, luego 75, 60, etc.
El desarrollo de potentes LED individuales, especialmente en el paquete Emitter o PCB Star, ha contribuido a la aparición de linternas con batería incorporada. El brillo y la duración del brillo después de un ciclo de carga fue varias veces mayor que en los modelos anteriores.
Excelente capacidad de control de los LED por medios electrónicos: controladores y atenuadores - Dimmers, permitió el uso de potentes focos en la iluminación lumínica-dinámica de calles y plazas de ciudades y pueblos de cualquier región del país.
Tipo de tira de LED RGB, RGBW y RGBWW hizo posible no solo obtener poderosos flujos de luz blanca, sino también cambiar su tono blanco en una amplia gama de amarillo cálido a azulado y azul frío.
La capacidad de control de las nuevas fuentes de luz hace posible su uso generalizado en publicidad iluminada: "líneas progresivas", pantallas de luz, pantallas de información, etc. Utilice estas fuentes de luz blanca y de colores brillantes en la publicidad de fachadas y en los tejados: letras y dibujos planos y tridimensionales, nombres de marcas, imágenes de marcas registradas y mucho más.
Y todos estos diseños funcionan mucho más tiempo que sus contrapartes en lámparas convencionales, casi no requieren mantenimiento y consumen muchas veces menos electricidad. Las características técnicas de los LED y los equipos de iluminación están en constante crecimiento. El costo de los LED está disminuyendo y la aplicación se está expandiendo.
