Види світлодіодів, що використовуються в лампах на 220 Вольт

З кожним роком світлодіодні пристрої стають дедалі популярнішими. працюють.

Види світлодіодів

Але класифікувати їх за такими ознаками незручно, оскільки модифікацій може бути безліч.

Індикаторні використовуються для кольорового підсвічування, акцентування та індикації Світлодіоди цієї групи відрізняються помірною яскравістю свічення, незначною потужністю - не більше 0,2 Вт.

Індикаторний тип світлодіодів.

Освітлювальні LED-джерела служать для виробництва світлодіодних лампочок, що працюють від мережі 220 В. Вони підходять для стельових і настінних світильників, автомобільних фар, настільних ламп і ліхтарів. під час освітлення внутрішніх приміщень, територій.

Саме освітлювальні світлодіоди ставлять у лампочки на 220 В. Їх випускають у двох колірних температурах (переважно) – холодний та теплий білий.

Типи освітлювальних світлодіодів

До основних типів відносять:

• слаботочні підвищеної яскравості SMD-діоди (модулі або кластери можуть доповнюватися лінзою для збільшення кута розсіювання) - характеристики світлового потоку залежать від кількості використаних у модулі світлодіодів;
• COB-кластери (лінійне, кругле або квадратне виконання відрізняються великою кількістю кристалів) — широко застосовуються для виробництва вуличних освітлювальних приладів: ліхтарів, прожекторів;
• Filаmеnt (стрижень з великої кількості LED-кристалів, в довжину може досягати 20 см) - використовуються для виготовлення лампочок, що імітують лампи розжарювання, підходять для виробничих приміщень;
• OLED-світлодіоди (мають дисплейний тип, органічна тонкоплівкова будова) - інноваційні джерела світла, що використовуються в дизайнерських люстрах, декоративних світильниках.

Незважаючи на технологічні відмінності між типами світлодіодів, їх функціонування ґрунтується на загальному принципі роботи випромінюючого кристала - перетворення електричної енергії на світловий потік. Самі кристали виготовляють із напівпровідників із заданими параметрами провідності.

Характеристики та особливості способів збирання

При складанні освітлювальних компонентів можуть застосовувати кілька технологій, кожна з яких має особливості. Розглянемо їх.

Тип корпусу COB

Найдосконаліший тип складання світлодіода. Елемент є пластиною (плату) з великою кількістю діодів, кожен з яких поміщений на основу за технологією поверхневого монтажу (SMD). На одній платі використовують від 20 кристалів. Щоб забезпечити свічення у білому спектрі, їх покривають люмінофором.

Технологія збирання COB.

Такі матриці не використовують для підсвічування чи декорування. Вони підходять лише освітлення приміщень, відкритих просторів.Причина - кут розсіювання променя світла 180 градусів.

• немає керамічної підкладки;
• не використовується корпус, лінза;
• підвищені показники потужності;
• мінімальна площа свічення;
• велика щільність розміщення діодів;
• рівномірне світіння.

При виборі ламп цього типу слід звертати увагу на вимоги до освітлення приміщення.

Тип корпусу SMD

Найпоширеніша технологія зборки джерела світла. Готові лампи мають потужність в діапазоні від 0,01 до 0,2 Вт. , такі SMD-елементи поєднують.

Технологія збирання SMD.

• є керамічна основа;
• дають спрямоване випромінювання світла без лінзи - 1000 -1300 (з лінзою до 1700);
• кожний діод покривається люмінофором окремо;
• збільшена товщина елемента;
• використовується тепловідвідна підкладка.

Серед недоліків - для рівномірного освітлення великих площ потрібно збільшена кількість ламп. Цей тип джерел підходить для переносних ліхтарів, бра, нічників, настільних світильників.

Тип корпусу DIP

Найстаріша і рідко застосовується сьогодні технологія збирання.

Технологія збирання DIP.

• слабке нагрівання;
• різні кольори колби;
• невисока яскравість свічення;
• низька потужність.

Використовується тільки як підсвічування.

Тип корпусу «Пірання»

Аналог попередньої технології тільки з 4 контактами. Конструкція дозволяє надійно закріпити випромінюючий кристал на платі, що забезпечує тривалий термін служби. Випускають вироби з лінзою та без неї у різних кольорах: зелений, синій, червоний та 3 білих (температура свічення відрізняється).

Технологія складання «Піранья».

• достатня інтенсивність свічення;
• слабке нагрівання;
• непогане розсіювання променя світла.

Радимо подивитись відео: Світлодіоди «Піранья». Особливості застосування.

Висновок

Тепер легко визначити, які типи діодів застосовують у світлодіодних лампах. Це джерела світла SMD та COB. Перший варіант доступніший за ціною, продається частіше, другий — коштує дорожче, рідше зустрічається на прилавках. При виборі лампочок варто звертати увагу на виробника. Ринок наповнений недорогими китайськими варіантами, де часто відсутній драйвер, використана елементна база низької якості. Термін служби таких світлодіодних ламп не перевищує 8 місяців-1,5 років, тоді як якісна продукція експлуатується понад 2-3 роки.

Що таке світлодіод - докладний опис характеристик та типів

Світлодіоди присутні скрізь: у будинках, автомобілях, телефонах. З їх допомогою забезпечується яскраве підсвічування екранів гаджетів, випускаються економічні джерела освітлення. Нині це незамінні джерела світла. Розглянемо пристрій та технічні характеристики основних видів світлодіодів.

Що таке світлодіод

Світлодіод (від англійського Light Emitting Diode, або LED) – це твердотільне електричне джерело штучного світла, виготовлене з напівпровідникових матеріалів p- та n-провідності.Використовуючи кілька технологій – напилення через маски, травлення, епітаксійне осадження тощо, отримують p-n перехід.

У напівпровідниковому матеріалі p-типу носіями струму є "дірки" - атоми кристала напівпровідника, у яких легуванням спеціальними металами створюють нестачу електронів. У n-матеріалах носіями є надлишкові електрони у кристалі.

"Дірка" фактично нерухома. Вона має позитивний заряд, що дорівнює заряду електрона. Електрон, «перескакуючи» із зовнішньої орбіти одного атома на зовнішню орбіту сусіднього, пересуває у зворотному напрямку «дірку».

Принцип роботи або що світиться у світлодіоді

Підключаючи до p-n переходу постійну напругу певної величини і полярності, викликають у переході електричний струм у вигляді зустрічного потоку носіїв електричного заряду - дірок - позитивних частинок і електронів негативних. При зустрічі цих потоків у p-n-переході відбувається їхня рекомбінація або злиття. У «дірку» потрапляє вільний електрон із підвищеною енергією, і вона зникає.

Схема роботи світлодіоду.

Справа n-напівпровідникова частина кристала, «збагачена» вільними електронами, зліва – p-напівпровідникова частина з позитивними «частинками» – «дірками».

Енергія вивільняється у вигляді квантів світла. Вони емітуються, тобто. випромінюються з торця кристала. Потік квантів потрапляє на відбивач. Його полірована поверхня відбиває світло в потрібному напрямку. Особливою конфігурацією поверхні формують потрібну діаграму спрямованості світлового потоку.

Схема отримання світла у p-n-переході.

Напруга для живлення переходу прикладається "+" - до анода діода, а "-" - до катода.

Конструкція

Бузковим кольором зображена тепловідвідна підкладка.Сірими трапеціями – перерізи світловідбиваючого рефлектора-відбивача кільцевої конфігурації з алюмінію. У центрі блакитний – чіп-кристал світлодіода з підключеними золотими або срібними дротиками, підпаяними до висновків анода та катода.

Види світлодіодів

Світлодіоди – пристрої досить «молоді». Їхня остаточна класифікація ще не склалася. Тому багато відомих виробників використовують власні системи підрозділу.

По одній із них світлодіоди за призначенням групують так:

Індикаторні у своїй групі поділяються на такі види.

DIP-діоди

Абревіатура отримана від Dual In-line Package або подвійне розміщення в лінію. Зазвичай корпуси – циліндри, але є паралелепіпеди. На нижньому торці дротяні аксіальні висновки, паралельні осі основної симетрії корпусу. Виведення катода меншої довжини ніж анода.

Вид ДИП-світлодіода над друкованою платою, видно паяння в металізовані отвори.

Поділ на типи – по діаметру корпусу та лінзі на верхньому торці. Діаметри від 2-3 до 20 мм та більше. Колір свічення – будь-який, білих відтінків кілька.

Один з типів - миготливий двома кольорами, має три висновки.

Straw Hat

Дослівний переклад - солом'яний капелюх або бриль. Застосовуючи до світлодіодів – корпус схожий на капелюх із округлим верхом.

Варіант ДІП-світлодіода під назвою Straw Hat або «солом'яний капелюх».

Видно висновки різної довжини, короткий - катод. Видно і обмежувачі висоти установки. Під лінзою – кристал із жовтим люмінофором.

Super Flux "Piranha"

Прямий переклад – надпотік. Piranha - переклад на російську мову - піранья. Назву світлодіод отримав через особливості металевих висновків у вигляді вузьких смужок. Для спрощення установки в отвори друкованої плати в кінці висновків при штампуванні зрізали кути. Так вийшли гострі зуби хижої риби.

На висновку відштамповані «плічки» – обмежувачі, що задають висоту корпусу над платою. Так відкрили корпус для охолодження повітрям знизу. Кристали для пасивного охолодження розмістили верхніх торцях выводов.

Розмістивши в корпусі 2 чи 3 чіпи, збільшили потік світла. А діод потрапив до групи надяскравих.

Світлодіод виду «пірання» у прозорому корпусі.

Видно кристал, «накритий» лінзою і звужені висновки-формувачі висоти установки.

SMD

Абревіатура від Surface Mounted Device, переклад з англійської – пристрій, встановлений на поверхню. Мають вигляд прямокутних корпусів із пластику або кераміки. Висновки – знизу та на бічній частині корпусу у вигляді контактних майданчиків.

Найчастіше – освітлювальні, але за малої потужності можуть бути індикаторними. Потужності від мВт (мілліватт) до Вт. Свічення – будь-який колір чи відтінок білого світла.

OLED

Крім твердотільних світлодіодів на основі напівпровідникових металів – кремнію, германію, арсеніду галію та ін. є група світлодіодів на плівках з органічних сполук. Їх називають органічні або OLED-світлодіоди – Organic Light Emitting Diode.

Вони також, як і напівпровідникові діоди, випромінюють світло, але не твердотільною структурою, а тонкими плівками. Поки що основне застосування знаходять при розробці одноколірних дисплеїв. Наявні недоліки кольорових OLED-плівок – різне за тривалістю роботи плівок різного кольору світіння. Щонайменше це близько 12-15 тис. годин.

Такі світлодіоди після вдосконалення широко застосовуватимуться в стільникових телефонах, автомобільних і суднових GPS-навігаторах, в нічних прицілах і приладах для нічного полювання та стрільби та ін.

Відео – огляд: порівняння QLED, OLED та LCD (IPS).

Філаментні

У 2012-2013 р. з'явилися незвичайні світлодіоди, що їх назвали Filament.По суті це COB-матриці у вигляді довгих циліндрів діаметром 2-3 і довжиною 15-30 мм. На скляний або сапфіровий циліндр наклеєно 28-30 синіх кристалів із вкрапленнями кількох червоних. Їх з'єднують у послідовні ланцюжки, і після перевірки справності заливають жовтим люмінофором.

Така технологія виготовлення філаментних модулів одержала назву Chip-On-Glass або COG.

Готові COG-матриці розміщують на арматурі звичайних ламп розжарювання, встановлюють цоколь і поміщають у скляну або пластмасову колбу. Для охолодження світлодіодів колбу заповнюють гелієм.

Потужність ламп – від 2-3 до 10-12 Вт. Світловий потік відповідає світлової ефективності звичайних світлодіодів 80-100 Лм/Вт.

В результаті отримали світлодіодний ретрофіт лампи розжарювання. Часто лампу некоректно називають світлодіодною лампою розжарювання.

Термін ретрофіт походить від англ. retrofit – модернізація чи модифікація. Це нові джерела світла у корпусах із традиційними габаритами.

Філаментна світлодіодна лампа у колбі «куля». Філаментна лампа підвищеної потужності у витягнутій колбі.

На малюнках вище різні за потужністю та виробниками філаментні світлодіодні лампи. У скляній колбі із цоколем Е27 на арматурі для ниток розжарювання закріплені філаментні COL-модулі.

Вигляд PCB Star

Абревіатура світлодіодів цього виду утворена від англійського словосполучення Printed Circuit Board. Його переклад – друкована плата.

Плата діодів виду PCB Star.

Плата діодів виду PCB Star. Виробник – американська компанія CREE, модель діода XML. Жовтий прямокутник – це COB-матриця потужного діода.

Плата виготовляється з металу, що добре проводить тепло, наприклад, алюмінію. Конфігурація плати – 6 променева зірка. Світлодіодна COB-матриця на заводі монтується у центрі плати-зірки.Плата забарвлюється в чорний колір для підвищення пасивного розсіювання тепла, яке виділяє потужний працюючий світловипромінюючий прилад.

Потужні світлодіоди виду PCB Star.

6 «зірочок» зліва – діоди різної потужності та відтінків білого світла. Дві знизу – потужніші елементи з великими колами жовтого люмінофора. Праворуч стовпчик із 4-х шт. – діоди для планарного монтажу на поверхню контактних майданчиків на друкованій платі.

Габаритне креслення потужного планарного світлодіода на платі-зірці.

Габаритне креслення потужного планарного світлодіода на платі-зірці. Висота конструкції – 6,6 мм, діаметр корпусу діода з планарними висновками – 8 мм, розмір Star-плати – 22 мм.

Світлодіодна COB-матриця

Якщо на теплопровідну підкладку зі штучного кристала сапфіру або кремнію приклеїти діелектричним клеєм кілька десятків напівпровідникових кристалів синього світіння, з'єднати їх провідниками в послідовно-паралельні групи та залити зверху жовтим люмінофором, отримаємо світлодіодний модуль. Це COB-матриця. Абревіатура утворена від англомовного словосполучення Chip-On-Board. Його переводять як "кристали на платі".

Світлодіодна кругла COB-матриця, залита жовтим люмінофором. По «обідку» розташовані коричневі контактні майданчики для підключення живильних та/або керуючих ланцюгів.

У COB-матрицях застосовують безкорпусні світлодіодні кристали-чіпи без підкладок. Розміщення дуже щільне. За такою технологією виробляють значну частину потужних світлодіодів, що включає сотні кристалів. Хороший радіатор-тепловідвід, що обдувається вентилятором, іноді з використанням теплових трубок, дозволяє досягти потужності 150-200 Вт і більше в одному корпусі.Матриця забезпечує спрямований потік із кутом розсіювання 100-150 градусів за рівнем 0,7 від максимуму випромінювання.

Типова класифікація

До типів світлодіодів можна віднести:

• поодинокі світлодіоди на одному кристалі великої потужності (COB-матриці);
• пари світлодіодів в одному корпусі – індикаторні діоди, що миготять поперемінно двома кольорами, наприклад, червоним та жовтим;
• трійки або тріади випромінювачів трьох основних кольорів – червоного, зеленого та синього або RGB: Red – Червоний, Green – Зелений, Blue – Синій.

Якщо у трикристаловому світлодіоді кристали одного кольору світіння – маємо надяскравий світлодіод. При різних кольорах світла кристалу отримуємо RGB-тріаду або багатокольоровий керований світловипромінюючий прилад.

SMD - абревіатура від англійського словосполучення Surface Mounted Device, пристрій поверхневого монтажу. Використовується для автоматизації розміщення та паяння електронних компонентів на друкованих платах, у т.ч. та світлодіодів. Застосовують у стрічках, лінійках, модулях та звичайних друкованих платах.

До основних кольорів відноситься і пара кольорів YB – Yellow, жовтий та Blue, синій. Є й інші комбінації кольорів, які дають після змішування білий колір.

Потужні світлодіоди на основі COB-матриць

У великих моделей у кутах корпусу є отвори для кріплення. Моделі невеликих розмірів кріпляться пайкою на друковану плату.

На додаток до звичайних характеристик світлодіодів у потужних моделей додаються кілька додаткових параметрів:

• номінальна потужність, Вт;
• розмір чіпа, мм;
• номінальний робочий струм кристала чи матриці;
• термін служби, пов'язаний із стандартами L 70, L80 та ін.

Малопотужні світлодіоди

За величиною споживаної потужності – це світлодіоди від 0,05 до 0,5 Вт, робочий струм – 20-60 мА (середня потужність – 0,5-3 Вт, струм 0,1-0,7 А, великий – більше 3 Вт , Струм 1 А і більше).

Конструктивно до малопотужних світлодіодів відносяться кілька груп LED-випромінювачів світла:

• світлодіоди в корпусах SMD звичайні та надяскраві;
• діоди типу DIP у циліндричних корпусах – для монтажу в отвори друкованих плат;
• у корпусах типу «пірання» – для монтажу в отвори.

На малюнку світлодіоди зверху вниз:

1. У циліндричних корпусах типу DIP – з гнучкими дротяними висновками для паяння в отвори плати.
2. У корпусах типу «пірання», вони ж Superflux, паяння в отвори.
3. У корпусах з планарними висновками для монтажу на контактні майданчики одно- та двосторонніх друкованих плат або у «колодязі» багатошарових плат.

Характеристики світлодіодів

Світлодіоди описуються безліччю параметрів. Найважливіші з них:

• сила світла та енергетична ефективність – Лм та Лм/Вт;
• кут розходження світлового потоку за рівнями 0,5 або 0,7, градуси - у звичайних від 120 до 140 град., У індикаторних моделей - від 15 до 45 град.;
• потужність, споживана під час роботи, Вт – мала – до 0,5, середня – 0,5-3, більша – понад 3;
• робочий струм через діод, ма або А;
• колір або відтінок білого світла, колірна температура, градуси Кельвіна, К – від 2000-2500 К – теплий білий та до 6500-9500 К – білий холодний.

Є й інші характеристики, але вони використовуються рідше. Наприклад, вольт-амперна характеристика, ВАХ світлодіода – крива залежності струму через перехід від прикладеної до нього робочої напруги. Застосовується під час електричних розрахунків режиму роботи світлодіода.

Розміри

Розміри світлодіода визначаються габаритами його корпусу. Для корпусів SMD – довжина, ширина, товщина.Перші дві величини закладено у позначенні, наприклад, SMD2835, де дві пари цифр – це 2,8 мм – ширина та 3,5 мм – довжина. Товщину корпусу потрібно брати з опису чи паспорта на діод.

Розміри SMD3528 та SMD2835. Справа внизу сірий куточок - ключ, що позначає катод.

Для циліндричних DIP-діодів важливі характеристики – діаметр корпусу та його висота з лінзою. При цьому потрібно врахувати довжину дротяних висновків та рекомендації виробника щодо їх вигину перед монтажем.

Довжина хвилі

Така характеристика світлодіодів як довжина хвилі використовується дуже рідко. Найчастіше називають колір свічення.

Довжина хвилі світіння діода вимірюється у нанометрах – нм. У паспортних даних виробу вона не завжди.

Позначення та кольорове маркування

У кожного виробника власне маркування світлодіодів. Наприклад, у позначенні світлодіода – LED-WW-SMD5050 його літерні та цифрові елементи мають розшифровку:

• LED – світлодіод;
• WW – колір свічення Warm White – білий теплий 2700-3500 K;
• SMD – корпус для поверхневого монтажу;
• 5050 – розміри корпусу у десятих частках міліметра – 5,0×5,0.

Варіанти абревіатур відтінків білого світла:

• DW – Day White – білий денний (4000-5000 K);
• W – White, білий чистий (6000-8000 K);
• CW чи WC – Cool White – білий холодний (8000-10 000 K);
• WSC – White Super Cool – білий суперхолодний, колірна температура 15 000 К з характерним синюватим відтінком;
• NW – Neutral White – нейтральний білий – 5000 K.

Є й інші позначення світлодіодів та кольорів, система поки що остаточно не стандартизована, тому виробники використовують різні числові значення та назви відтінків білого світла.

Графічне та буквене зображення на схемі

Анод, він плюс світлодіода на електричних схемах зображується трикутником. Катод (мінус) - поперечною рисою.

Зовнішній вигляд світлодіода АЛ307 та його позначення на кресленнях та схемах. Часто використовуваним скороченням є латинська абревіатура HL

Таблиця напруги світлодіодів

Щоб світлодіод забезпечував під час роботи всі характеристики, задані його конструкцією та технологією виготовлення, йому потрібно забезпечити розрахункове електроживлення. Наприклад, подати на його анод і катод напругу, яка буде трохи більше прямої напруги p-n переходу. Надлишок напруги слід «погасити» на послідовно включеному резисторі. Резистор називається струмообмежуючим. Він служить у тому, щоб уникнути перевищення струму через p-n перехід.

У світлодіода два контактні висновки – анод і катод, катод коротший за анод. Якщо довжина однакова, визначити їх можна пальчиковой батарейкою. Якщо з'явилося світло, то перед вами анод.

Таблиця. Пряма напруга p-n переходу світлодіода кольорового свічення.

Застосування світлодіодів

Сфери застосування світлодіодів постійно розширюються. Спочатку вони використовувалися як світлові індикатори у схемах включення чи роботи електронної апаратури. Наприклад, включення передавача, перехід на підвищену чи знижену потужність тощо.Може фіксувати автоматичне включення, наприклад, при появі сигналу дзвінка або для привернення уваги. Використовувалися миготливі чи одноколірні світлодіоди – червоні, жовті, зелені, сині.

Малогабаритні надяскраві DIP-світлодіоди з'єднували в послідовно-паралельні ланцюжки і живили їх прямо від мережі 220 В. Помістивши такі послідовні групи діодів в прозору гнучку ПВХ-трубку і заливши їх прозорим герметиком, отримали «гнучкий неон» - джгут, що світиться. Його можна прокласти бортиком басейну, бордюру доріжки, прикрасити дах будинку або дерево в саду.

Використання гнучкого неону.

Поява гнучких багатошарових плат та SMD-корпусів для поверхневого монтажу призвела до створення гнучких світлодіодних стрічок.

Спочатку це були засоби декоративного оздоблення інтер'єру приміщень. Збільшення потужності SMD-діодів та щільності їх розміщення на платі дозволило розпочати використання світлодіодних стрічок спочатку для допоміжного, а потім і основного освітлення. Збільшення ступеня пиловологозахисту стрічок призвело до їх використання для декоративного підсвічування, а потім і основного освітлення в умовах вулиці.

Одночасно йшла розробка світлодіодних ламп для заміни ламп розжарювання у світильниках – бра, люстрах, настільних лампах. З'явилися лампи-ретрофіти – повні аналоги ламп розжарювання та люмінесцентних трубок за формою, розмірами колб, напругою живлення. Почалася поступова заміна ламп розжарювання на світлодіодні ретрофіти. У цьому припинялося виробництво ЛН – спочатку 100 Вт і більше, потім 75, 60 тощо.

Розробка потужних одиничних світлодіодів, особливо в корпусі Emitter або PCB Star, сприяла появі ліхтариків із вбудованим акумулятором.Яскравість і тривалість свічення після одного циклу заряду в рази перевершувала колишні моделі.

Відмінна керованість світлодіодів електронними засобами – контролерами та диммерами – регуляторами яскравості, дозволила використовувати потужні прожектори у світлодинамічній ілюмінації вулиць та площ міст та селищ у будь-якому регіоні країни.

Застосування в декоративному підсвічуванні будівель.

Світлодіодні стрічки типу RGB, RGBW та RGBWW дали можливість не тільки отримати потужні потоки білого світла, але й у широких межах змінювати його білий відтінок від жовтуватого теплого до синюватого та блакитного холодного.

Керованість нових джерел світла дозволяє широко використовувати їх у світловій рекламі - «рядках, що біжать», світлових табло, інформаційних екранах і т.п. Використовують ці яскраві кольорові та білі джерела світла у фасадній рекламі та на дахах – плоскі та об'ємні літери та малюнки, фірмові назви, зображення товарних знаків та багато іншого.

І всі ці конструкції працюють набагато довше аналогів на звичайних лампах, майже не вимагаючи обслуговування та споживаючи при цьому в рази менше електроенергії. Технічні характеристики світлодіодів та світлотехнічної апаратури постійно зростають. Вартість світлодіодів зменшується, а застосування розширюється.