Светодиод это: что такое, назначение, как определить для чего нужен

Светодиод – это полупроводник, превращающий электроток в световое излучение. Общепринятое обозначение – LED (диод, излучающий свет). Все светодиоды делятся на индикаторные и осветительные. Первые маломощные, поэтому неяркие, используются в роли индикаторов в электроприборах и для подсветки. Вторые яркие и мощные, применяются для изготовления осветительных приборов. Массовый переход на этот вид освещения обусловлен отсутствием в конструкции вредных веществ и стекла, простотой утилизации.

Содержание

• 1 Принцип работы и устройство световых диодов
• 2 Основные хаpaктеристики
  • 2.1 Ток потрeбления светодиода
  • 2.2 Номинальное напряжение
  • 2.3 Сопротивление
  • 2.4 Светоотдача и угол свечения
  • 2.5 Мощность светодиодных ламп
  • 2.6 Цветовая температура
  • 2.7 Размер чипа Led элемента
• 3 Виды светодиодов по назначению
  • 3.1 Индикаторные светодиоды отличительные особенности
  • 3.2 Осветительные светодиоды отличительные особенности
• 4 Достоинства и недостатки осветительных светодиодов
• 5 Основные выводы

Принцип работы и устройство световых диодов

Диод, излучающий свет, состоит из подложки и кристалла. Подложка может быть любой формы, самая распространенная квадратная. На корпус накладывается рефлектор и линза. Кристалл укладывается на рефлектор. Свет излучается во время прохождения электротока через p-n-переход кристалла.

Для присоединения к сети имеются два (или больше) выводов (анодов и катодов), некоторые из них соединены с кристаллом. Линза чаще всего изготовлена из прозрачного полимера, основное предназначение – определить направленность луча и угол рассеивания.

Причина свечения кристалла – рекомбинация электронов и дырок на p-n-переходе, образованном двумя полупроводниками с различной проводимостью. Перемещение частиц обеспечивают примеси (доноры и акцепторы). Важно, чтобы у кристалла не было дефектов, препятствующих излучению видимого светового луча. Для обеспечения таких хаpaктеристик на пpaктике кристалл производится многослойным.

Чтобы получить свечение белого цвета, необходимо:

• смешать цвета по технологии RGB;
• нанести на кристалл, излучающий ультрафиолет, люминофор, создающий красный, зеленый и гoлyбой цвет;
• нанести на гoлyбой диод зеленый и красный люминофор.

Каждый из этих методов обладает плюсами и минусами. RGB позволяет получать различные температуры цвета и менять ток, проходящий по диодам, для изменения оттенка. Наличие в корпусе нескольких кристаллов дает возможность увеличить силу и поток света. Недостаток – не одинаковый оттенок цвета по краям и в середине, что приводит к перегреву и неравномерности старения.

Использование люминофора позволяет снизить стоимость светодиодов, не теряя качества белого цвета. Но светоотдача ниже, сложно люминофор нанести равномерно, поэтому температура света определяется не точно. Основной недостаток заключается в том, что люминофор стареет быстрее, чем кристалл.

Внимание! Область применения светодиодов зависит от технологии производства. Для изготовления осветительных приборов используются в основном диоды с люминофором (из RGB производятся только ленты).

По конструкции светодиоды делятся на:

• DIP;
• SMD;
• мощные;
• филаментные;
• COB;
• OLED;
• волоконные.

DIP-светодиоды нужны для изготовления световых индикаторов. Диаметр корпуса 3 или 5 мм, в корпус установлен кристалл и провод, соединяющий его с анодом, и рассеиватель. Для присоединения к сети на корпусе 2 вывода – катод и анод.

Мощные диоды создают интенсивный световой поток при токе до 1,4 А. Кристалл выделяет много тепла, поэтому устанавливается на радиатор из алюминия, одновременно выполняющий функции отражателя. Для обеспечения требуемого уровня электротока в схему включается специальный ограничивающий драйвер, одновременно стабилизирующий напряжение.

Светодиодные лампы filament пользуются популярностью у дизайнеров благодаря внешнему сходству с лампами накаливания. Корпус из обычного или сапфирового стекла толщиной до 1,5 мм, покрытого люминофором, 28 полупроводников соединены последовательно и установлены на подложку. Основное преимущество – угол рассеивания света до 360 градусов.

COB-светодиод (или Chip-On-Board) относится к группе самых современных. На подложку из алюминия (или стекла) размещается большое количество кристаллов и покрывается люминофором. COB светит равномерно по всей площади линзы. Эти светящиеся диоды используются при производстве планшетов, ноутбуков и телевизоров. Работают они так же, как DIP.

Светодиоды OLED, применяемые при производстве миниатюрных смартфонов, планшетов, телевизоров, состоят из:

• подложки (пластик, стекло, фольга) ;
• прослойки из полимера;
• органического вещества, проводящего ток;
• анода из олова и оксида индия;
• катода из алюминия.

Читайте также  Что лучше ксенон или светодиодные лампы для авто

Принцип действия аналогичен SMD, но поток света и угол свечения больше, органика служит дольше, чем обычный полупроводник. К достоинствам можно отнести так же низкую себестоимость, угол свечения до 270 градусов, минимальные размеры.

Волоконные диоды производятся из нитей терефталата полиэтилена, обработанных специальным раствором и полимером, покрытых тонким слоем суспензии литий-алюминиевого фторида. Для бытового применения производятся кабели в трубках ПВД как для подсветки, так для освещения.

Основные хаpaктеристики

Выбирая светодиодные осветительные приборы важно знать технические и оптические хаpaктеристики: напряжение, ток, мощность, светоотдачу, температуру свечения, угол рассеивания, размеры и срок службы.

Ток потрeбления светодиода

Стандартный светодиодный кристалл работает на токе 20 мА. Если в чипе несколько кристаллов, эта цифра умножается на 2,3,4. Определить точное значение необходимо при выборе резистора, так как существуют модули, потрeбляющие ток до 1 А.

От величины тока зависит стабильность работы осветительного прибора. Интенсивность излучения снижается при малейшем отклонении вниз, одновременно снижается температура света и появляется синий оттенок в потоке.

Важно! Светодиод перегорает при минимальном повышении тока.

Все осветительные приборы подключаются через резистор, обеспечивающий требуемый уровень тока. При подключении одного светодиода блок можно заменить резистором. Сопротивление зависит от хаpaктеристик источника света.

Номинальное напряжение

Напряжение, необходимое кристаллу в SMD или DIP, зависит от его цвета и варьирует в пределах 1,8-3,5 В. Самое низкое напряжение требуется для источников, излучающих желтый и красный цвет (1,8-2,4 В). Для работы белых, синих и зеленых чипов требуется 3-3,5 В. Сколько вольт требуется осветительному прибору, зависит от количества чипов. Обычно это 2-12 В для маломощных изделий и 12-36 В для мощных ламп и прожекторов.

Значение этого параметра особенно важно при параллельном подключении, так как при отклонении всего на 0,1 В ток повышается в 1,5 раз, источник света выходит из строя.

Сопротивление

Сопротивление светодиода меняется в зависимости от типа подключения (величины тока и напряжения).

Согласно закону Ома, сопротивление равно соотношению напряжения к току. Сразу после подключения к источнику питания сопротивление большое, после открытия p-n перехода снижается благодаря снижению напряжения и росту тока. При протекании электротока в обратном направлении сопротивление очень высокое, так как диоды проводят электричество только в одном направлении.

Важно! Типовое значение сопротивления указывается в технической документации.

Светоотдача и угол свечения

Светодиод DIP c диаметром 5 мм излучает поток в 1-5 лм, мощная лампа – до 350 лм. Свет более яркий в центре, по краям угла рассеивания яркость снижается. Площадь освещенности увеличивается при помощи линз. Угол рассеивания зависит от формы диода, варьирует в пределах 20-120 градусов.

Мощность светодиодных ламп

Мощность светодиода определяется умножением тока на падение напряжения. Например, для СМД 5050 ток 0,06 А, падение напряжения для белого кристалла 3,3В, мощность 0,06*3,3 = 0,198 Вт.

При замене лампы накаливания на светодиодную используется простой расчет. Мощность «лампочки Ильича» делится на 8. Например, для замены источника на 100 Вт требуется светодиодный прибор на 100/8 = 12,5 Вт. Но такой расчет подходит только при покупке качественного источника света.

Цветовая температура

Температура обеспечивает комфортность восприятия света, излучаемого конкретным прибором. В маркировке этот параметр обозначается как 4 цифры и буква «К».

Цвет светодиодов лампах:

• 1800 К (красный) – декоративная подсвета, подсветка растений;
• 2700-330 (желтый) – подсветка интерьеров;
• 30000-3500 К (теплый белый) – для замены ламп накаливания в жилых и офисных помещениях;
• 3500-5300 К (дневной) – для освещения рабочих мест на производстве;
• От 5300 (холодный белый) – для уличного освещения;
• 6000-7000 К (синий) – подсветка растений.

Внимание! Некоторые производители определяют температуру по длине волн и обозначают как λ или нм.

Размер чипа Led элемента

Измерить светодиод при покупке нельзя, можно определить количество кристаллов, если нет люминофора. Размеры SMD указываются в маркировке. Первые 2 цифры – длина чипа, последние – ширина.

Читайте также  Что такое COB LED: суть технологии, хаpaктеристики и рекомендации

Ток определяется не по размеру чипа, а по размеру кристалла.

В квадратных моделях обычные кристаллы 30mil или 45mil с мощностью 1 или 2 Вт. В диодах с мощность 10-100 Вт кристаллы 24 milх24mil, 24 milх44mil либо 44 milх44mil. В маломощных изделиях может быть несколько элементов различных размеров, соединенных параллельно или последовательно.

Виды светодиодов по назначению

По сфере применения светодиоды делятся на 2 группы: индикационные и осветительные. Оба вида могут быть разноцветные (с тремя кристаллами). Существуют так же диоды, излучающие ультрафиолетовый и инфpaкрасный свет.

Индикаторные светодиоды отличительные особенности

Индикаторные светодиоды используются для подсветки и индикации панелей и дисплеев электроприборов, изготовления световых табло, игрушек, елочных украшений. По форме они прямоугольные, овальные или круглые, самые популярные имеют диаметр 3-10 мм, мощность до 0,2 Вт, яркость умеренная.

Индикаторные диоды делятся на:

• DIP – цилиндрические, одно- и многоцветные с углом рассеивания 20 градусов;
• Super Flux «Piranha – с прямоугольным корпусом, могут крепиться на плате, температура свечения разная, угол рассеивания 40-120 градусов, предназначены для использования на трaнcпортных средствах и вывесках;
• Straw Hat – с большим радиусом линзы и небольшой высотой, угол рассеивания 100-140 градусов.

По типу кристаллов индикаторные изделия бывают:

• двойные (фосфор и галлий), цвет оранжевый или зеленый;
• тройные (галлий, мышьяк, алюминий), цвет желтый или оранжевый;
• тройные (фосфор, мышьяк, галлий), цвет желто-зеленый или красный.

Справка! SMD 3528 используются как для индикации, так для освещения.

Осветительные светодиоды отличительные особенности

Назначение осветительных диодов – стать частью приборов освещения различного назначения (лент, ламп, фар, прожекторов, ручных фонариков). Большинство изделий этого вида обладают сравнительно большой мощностью и излучает белый свет.

К этой группе относятся:

• все СМД-диоды на медной или алюминиевой подложке с углом рассеивания 100-130 градусов;
• COB-диоды с большим количеством кристаллом и мощным потоком света;
• Filament LED со спектром свечения, близким к лампам накаливания.

Справка! В большинстве осветительных приборов установлены СМД-диоды.

Достоинства и недостатки осветительных светодиодов

Человечество пока не изобрело идеальный источник света. Каждый вид имеет свои плюсы и минусы.

К достоинствам светодиодов потребители относят:

• преобразование электроэнергии в свет с минимальными потерями;
• малый нагрев при надлежащем уровне теплоотвода;
• чистоту излучаемого света;
• отсутствие инфpaкрасной и ультрафиолетовой составляющей;
• надежность и механическую прочность;
• срок службы до 100 тыс. часов (если изделие качественное) ;
• безопасность благодаря низкому напряжению потрeбляемого тока;
• экономичность при большом потоке света;
• высокую светоотдачу (до 250 лм/Вт) ;
• небольшие размеры;
• широкую область применения;
• возможность организовать систему освещения пpaктически любого цвета;
• угол рассеивания, позволяющий подобрать вариант для любого помещения;
• оптимальный коэффициент пульсации;
• экологичность (отсутствие вредных веществ) ;
• простоту утилизации.

При создании или замене системы освещения стоит вспомнить о недостатках:

• необходимости в качественном драйвере;
• старении светодиодов в процессе эксплуатации;
• высокой стоимости.

Основная причина недоверия рядовых потребителей – наличие на рынке большого объема некачественной продукции. При покупке требуется не только драйвер, но и устройство качественной системы охлаждения.

Основные выводы

Четкой классификации светодиодов по сферам применения не существует, так как эти источники света пpaктически никогда не изготавливаются для какой-то конкретной цели.

Осветительные диоды монтируются в различные приборы:

• традиционные лампы с цоколем;
• цилиндрические лампы «кукуруза»;
• ленты (одно- и многоцветные) ;
• точечные светильники;
• панели;
• прожекторы;
• переносные фонари.

Потребители выбирают осветительные приборы не только по виду диодов, но и по другим параметрам:

• световому потоку;
• мощности;
• цвету света;
• виду цоколя;
• уровню пульсации;
• углу рассеивания;
• степени защищенности.

У качественного светодиодного источника имеется маркировка, по которой можно определить мощность, световой поток, уровень пульсации, угол рассеивания. Вероятность приобрести некачественное изделие снижается, если покупки совершаются больших магазинах. Предпочтения нужно отдать продукции известных производителей: Philips; Osram; Eurolamp.

При создании системы освещения в новом доме или квартире для расчетов лучше пригласить специалиста. Он нужен для того, чтобы не тратить время на изучение всех источников света, предлагаемых на рынке, из классификации, особенностей, преимуществ и недостатков. Самостоятельно выбрать светодиод можно при необходимости заменить лампы в имеющихся светильниках или покупке одного или двух осветительных приборов. 

ПредыдущаяСветодиодыВыбираем и устанавливаем светодиодную насадку для подсветки водыСледующаяСветодиодыСветодиод Т6 или U2 что лучше по техническим хаpaктеристикам