Индикаторные светодиоды характеристики: Индикаторные светодиоды | Дизайн интерьера

характеристики (таблица размеров), виды и маркировка

На чтение 10 мин Просмотров 1к. Опубликовано 15.11.2020 Обновлено 21.05.2022

Содержание

1. Что такое SMD-светодиод
2. Достоинства и недостатки светодиодов SMD
3. Виды и типы SMD
4. Размеры SMD-светодиодов
5. Маркировка SMD

Стремление к миниатюризации электронных устройств привело к созданию безвыводных радиоэлементов. Эта тенденция не обошла и светодиоды – SMD-приборы значительно потеснили обычные выводные во многих областях, а в осветительной практически выдавили их с рынка.

Что такое SMD-светодиод

SMD-светодиод относится к категории Surface Mounted Device – прибор, монтируемый на поверхность. Если у обычных выводных (true hole) элементов для установки на плату требуется просверлить отверстие и припаять ножки с обратной стороны, то радиодетали SMD припаиваются прямо к дорожкам, расположенным на верхней плоскости печатной платы.

Внешний вид SMD-светодиода.

Принципиально светоизлучающий элемент в формате SMD устроен так же, как и его выводной прототип. На керамической подложке закреплен p-n переход из полупроводника, обладающего выраженным эффектом свечения при приложении прямого напряжения. Сверху он закрыт линзой из прозрачного компаунда. При необходимости сверху наносится слой люминофора. Главное отличие – отсутствие гибких выводов. Для пайки непосредственно к полигонам печатной платы предусмотрены контактные площадки.

упрощение (следовательно, удешевление) производства печатных плат – отсутствует (или сводится к минимуму) этап сверления и металлизации отверстий;

упрощение (удешевление) технологии монтажа элементов на плату – отсутствует этап формовки и изгиба выводов, сама процедура пайки лучше поддается автоматизации и т.п.;

возможность обратную сторону платы делать из металла – упрощается проблема отвода тепла;

проще охлаждать сами элементы из-за плотного прилегания к плате большой поверхностью;

меньший размер электронных устройств из-за небольшого размера деталей и плотного размещения;

снижение побочных емкостей и индуктивностей, что важно при разработке высокочастотных устройств.

если устройство собирается вручную, потребуются более квалифицированные мастера;

высока инвестиционная составляющая стоимости готовой продукции – оборудование для монтажа сложное и стоит дорого;

при тепловом расширении или изгибе печатной платы возможен отрыв контактов элементов от мест пайки, а также возникновение микротрещин.

В целом плюсы перевешивают – в итоге готовые изделия имеют меньшие размеры, массу и себестоимость.

Виды и типы SMD

Условно почти все светодиоды делят на две глобальные категории:

• предназначенные для освещения;
• предназначенные для индикации состояния электронных устройств.

Для первой категории SMD-элементы практически полностью вытеснили выводные, во второй – оставили им узкую нишу. Поэтому для излучающих элементов поверхностного монтажа можно применить ту же классификацию.

Линия раздела проходит по техническим характеристикам:

• для осветительных элементов важен световой поток и требуется цвет, близкий к естественному;
• индикаторным элементам важны не столько цвет и яркость, сколько контрастность к окружающему фону.

Поэтому для индикации можно использовать LED со свечением p-n перехода, а для освещения – только с люминофорным покрытием. Хотя это тоже достаточно условно – никто не запрещает для индикации применять приборы с люминофором и белым свечением.

Светодиод белого свечения, индицирующий подачу питания на плату.

Все это относится к LED оптического, видимого диапазона. Как отдельный тип светодиодов SMD надо упомянуть приборы со спектром излучения, лежащим за пределами восприятия человеческого глаза. К таким относятся ультрафиолетовые и инфракрасные излучатели. Первые применяются для создания компактных источников УФ-излучения. Их используют для детекторов валют, для поиска биологических следов и т.д. Вторые применяются в системах передачи сигналов – в пультах дистанционного управления бытовой аппаратурой, в системах охранной сигнализации и т.п. Эти светодиоды также выпускаются в формате SMD.

Также надо упомянуть LED-матрицы для систем освещения, произведенные по самой прогрессивной на сегодняшний день технологии COB. Вопреки бытующему мнению, этот принцип производства вовсе не противоречит формату SMD. И COB-светодиоды производятся, в том числе, в виде Surface Mounted Device.

Читайте также

Подробное описание характеристик и видов светодиодов

 

Размеры SMD-светодиодов

Тип светодиода обозначается габаритами его корпуса. Так, распространенный типоразмер LED 5050 означает, что светоизлучающий элемент помещен в оболочку длиной и шириной 5,0 мм.

Светодиод типоразмера 5050 с люминофорным покрытием и без него.

Соответствие размеров распространенных SMD светодиодов в таблице:

Типоразмер	Длина сборки, мм	Ширина сборки, мм	Кол-во излучающих p-n переходов	Световой поток, лм	Номинальный ток, мА
3528	3.5	2.8	1/3	0.6..50	20
5050	5.0	5.0	3/ 4	2..14	60/80
5630	5. 6	3.0	1	57	150
7020	7.0	2.0	1	45..60	150
3020	3.0	2.0	1	8..10	20
2835	2.8	3.5	1	20/50/100	60/150/300

Размеры светодиодов, предназначенных для индикации, маркируются согласно международному стандарту EIA-96 в дюймах. Наиболее распространены корпуса 0603 и 1206.

Обозначение типоразмера	Размер в дюймах	Метрические габариты, мм	Соответствие метрическому типоразмеру
0603	0.063»x 0.031»	1.6 x 0.8	1608
1206	0.126»x 0.063»	3.2 x 1.6	3216

Здесь действует то же правило – в корпусах одного типоразмера могут быть выполнены светодиоды разного цвета свечения, разного рабочего тока и т. д. Поэтому полностью параметры по обозначению EIA не определить.

Маркировка SMD

Формат SMD возник в результате стремления к миниатюризации радиоэлектронных компонентов, поэтому место для нанесения на них информации о типе и технических характеристиках отсутствует. Если даже задаться такой целью, надписи будут слишком мелкими для комфортного считывания. Поэтому маркировка сводится лишь к обозначению выводов прибора. Это важно, потому что хотя LED и относятся к классу диодов, для запирания обратного тока малопригодны из-за низкой толерантности к обратному напряжению. Если обычный диод установить без соблюдения полярности, этот производственный брак легко выявить и исправить. Световой же излучатель после подачи питания с большой вероятностью выйдет из строя. Даже если проблема обнаруживается до подачи напряжения, миниатюрный индикаторный LED с помощью паяльного фена демонтировать проблематично – расплавить прозрачный пластиковый кожух, закрывающий p-n-переход, проще простого.

Маркировка выводов индикаторных LED.Смонтированный светодиод в корпусе 0603 с видимой маркировкой выводов.

Элементы, предназначенные для освещения, обычно имеют на корпусе скос, прилив или выемку – в большинстве случаев она означает катод. Но нет гарантии, что производитель строго соблюдает это правило. Поэтому в случае сомнений лучше подстраховаться и проверить LED (хотя бы один из партии) мультиметром.

Маркировка выводов осветительных LED. Схема и требования к установке SMD-светодиодов

Упоминалось, что SMD-элемент ничем не отличается от обычного светодиода, за исключением безвыводного корпуса. Поэтому схема включения отличаться также не будет. Подавать питающее напряжение на LED надо через драйвер или ограничительный резистор с соблюдением полярности.

Схема подключения SMD-излучателя.

Светодиоды можно объединять в последовательные цепочки, которые потом параллельно соединять в матрицы. Такой комбинацией достигается нужная мощность при заданном напряжении питания.

Цепочка LED.

При ремонте осветительных приборов с заменой излучающих элементов (одного или нескольких) во время работы плату следует оберегать от изгибов и механических напряжений. Все элементы формата SMD в таких условиях склонны к образованию микротрещин в корпусе, нарушению целостности пайки, невидимой глазу. В качестве итога такого ремонта можно получить несколько неисправных светодиодов вместо одного и потерю времени на поиск неисправности. Лучше вообще не снимать плату, но она установлена на радиаторе, имеющем большую массу и теплоемкость, поэтому для прогрева припоя потребуется паяльник или фен повышенной мощности. Если есть уверенность, что конкретный светодиод вышел из строя, его можно попытаться не отпаять, а выкусить. Но надо следить, чтобы не повредить механически печатные проводники. При обратной установке исправного элемента надо помнить, что LED чувствительны к перегреву и стараться избегать длительной пайки.

При разработке самодельных осветительных устройств следует помнить о проблеме отведения тепла от LED. Плату всегда надо устанавливать на дополнительный радиатор достаточной площади, а для этого она должна иметь соответствующий конструктив (отсутствие элементов с обратной стороны, отверстия под винты для крепления и т.д.).

Несмотря на некоторые недостатки, формат электронных компонентов SMD прижился в радиоэлектронной промышленности. Вклад миниатюрных безвыводных элементов в удешевление электронной аппаратуры в последнее десятилетие весьма весом. Светодиоды также участвуют в этом процессе.

особенности изготовления, техническая характеристика и маркировка

Светодиоды — это маленькие светящиеся лампочки, изготовленные на основе полупроводниковых материалов. В прошлом их использовали как индикатор, который показывал, что устройство включено. Сейчас разработчики предоставляют инновационные приборы, которые можно применять в различных сферах. Мощность светодиода позволяет использовать их не только в качестве декора, но и для освещения помещений.

• Процесс изготовления
  • Разнообразие светодиодов
  • Основные характеристики
• Плюсы и минусы

Процесс изготовления

Светодиоды — маленькие кристаллики, их выращивают из химических компонентов. Каждый из них устанавливают в специальный корпус. По какому процессу будет изготавливаться кристаллик, зависит от типа светодиода. Порядок работ:

• В воздухонепроницаемую камеру укладывают подложку (пластину) для наращивания кристаллов. Подходящей кристаллической сеткой обладает искусственный сапфир. На его основе изготавливают пластину.
• Камеру заполняют составом из химических веществ в форме газа. Ее основу составляют полупроводники и легирующие добавки. Благодаря этим добавкам, состав приобретает особенные характеристики.
• Смесь внутри камеры нагревают. При этом газообразная смесь выпадает в осадок и закрепляется на пластине множественными слоями. Их общая плотность составляет несколько микрон. Процесс длится несколько часов и отличить на глаз разницу между начальным и итоговым состоянием невозможно.
• На готовую пластину наносят золотые контакты. Для этого используют трафарет.
• Затем пластину разрезают на мелкие элементы. Каждая из деталей имеет контакты и является самостоятельным светодиодом.
• Корпус под кристаллы выбирают в зависимости от планируемого использования светодиода. Один или несколько кристалликов помещают в корпус и покрывают люминофором.
• Готовые изделия сортируют по цвету, наружной форме и мощности, так как одинаковых приборов не существует, каждый из них обладает своими характеристиками.

Перед тем как изготовить светодиодные лампы или другие приборы, светодиоды проверяют на исправность. Их испытывают на специальных стендах.

Разнообразие светодиодов

Прежде чем приобрести изделие, нужно разобраться, какие бывают светодиоды, где они применяются и как расшифровывается указанная маркировка. Их разделяют не только по способу применения, но и по установке на монтажную плату. Они могут быть индикаторными, осветительными и лазерными. Виды светодиодов:

• Индикаторные. Эти модели применяют для индикации устройств и приборов. Чаще всего они принадлежат к типу DIP (Dual In — line Package) или DIL (Dual In — Line). Например, индикаторная модель установлена на панели телевизора и показывает, включен он или нет. В пультах ДУ расположены светодиоды с невидимым инфракрасным светом. Их еще можно встретить в автомобилях и светофорах. Мониторы и телевизоры с функцией OLED полностью работают на органических диодах.
• Лазерные. Лазерные диоды создают по особой технологии, поэтому они не принадлежат к индикаторным и осветительным приборам. Это полупроводниковые кристаллы, которые создают тонкий пучок света. Новые модели способны давать луч в диапазоне от 5 до 10 градусов. При этом луч может быть видимым или в УФ, ИК диапазоне. Их используют в DVD-приводах, лазерных указках и оптических мышках.
• Осветительные. Светодиоды с белым светом используют для освещения помещений. Их делят на 3 цвета: теплый, простой и холодный. Для создания разных цветовых температур применяется своя технология. По способу установки приборы бывают SMD и COB типа. Модели типа SMD монтируют на потолочный светильник, светодиодную ленту или лампу. А изделия типа COB на плате. Большое число кристаллов припаивается к плате и покрывается люминофором — получается сплошной светодиод. В случае перегорания подложку на COB светодиодах полностью заменяют, а в лампах типа SMD, достаточно заменить один перегоревший кристалл.

Наглядно подсчитать количество светодиодов в лампах типа COB невозможно. Из-за этого ее технические характеристики иногда не совпадают, чем и пользуются недобросовестные производители, предлагая некачественный товар.

Основные характеристики

Прежде чем подобрать подходящую лампу для освещения, нужно знать основные характеристики светодиодов. Это поможет добиться необходимой освещенности в помещении. К основным характеристикам относится рабочий ток, мощность и напряжение, уровень светового потока, температура цвета, угол и диапазон свечения. От чего зависят эти характеристики:

• Сила тока. Эта самый важный показатель, от которого зависит работоспособность светодиода. При увеличении силы тока излучение становится менее интенсивным, а цветовая температура, наоборот, увеличивается. Это грозит разрушением и перегоранием кристалла. Резисторы, драйвера и конденсаторы, установленные в светодиодных лампах и других приборах, направляют к светодиоду необходимую величину тока.
• Напряжение. На рабочее напряжение влияют проводники и химические элементы, которые были применены при создании светодиодов. Но изделия не имеют параметра «напряжение». Значимая особенность — величина падения напряжения в изделии. Эта величина совпадает с параметрами выходного напряжения светодиода при прохождении через него номинального тока. Распознать мощность можно по цвету кристалла. Желтые и красные изделия имеют напряжение — 1,8−2,4 В, синие, зеленые и белые — 3 В. Если диоды подключают параллельно, то каждый элемент тщательно отслеживают. Из-за небольшого скачка напряжения сила тока увеличится и изделие перегорит.
• Мощность. Чтобы заменить лампу накаливания светодиодным изделием, нужно правильно определить его мощность. Для этого пользуются коэффициентом, равным 8. Чтобы при замене лампы мощностью 100 Вт уровень освещенности сохранился, используют светодиодный аналог с мощностью не менее 12,5 Вт (100 Вт/8), а лампы в 25 Вт заменяют на 3 Вт. Также при замене изделия учитывают показатель эффективности. Для этого световой поток (Лм) делят на мощность (Вт). Средний радиус для ламп накаливания варьируется от 10 до 12 Лм/Вт, светодиодных изделий от 130 до 140 Лм/Вт.
• Световой поток и его отдача. Световой поток и светоотдача осветительных светодиодов в 2 раза больше, чем у ламп накаливания, люминесцентных приборов и других изделий. При этом электроэнергии они потребляют меньше.
• Угол рассеивания. В отличие от других источников излучения угол рассеивания светодиодов меньше, он составляет 20—120 градусов. По краям угла рассеивания уровень освещенности снижается, но по центру этот показатель намного ярче. Благодаря этому, освещается только определенное место, но мощности потребляется меньше. Чтобы площадь освещенности сделать шире, используют рассеивающие линзы.
• Цвета светодиодов. Цветовая температура светодиодов имеет разнообразные оттенки. Цвет моделей типа DIP зависит от материала, из которого их изготавливают, а не от цвета корпуса светодиода. Корпус показывает, каким будет свечение. Двухцветные и трехцветные изделия состоят из нескольких кристаллов и меняют свой оттенок при смене полярности питания. Если подать питание сразу на два источника, то получится третий цвет. К примеру, получить желтый оттенок можно, если смешать красный и зеленый светодиод. Диоды типа RGB состоят из синего, зеленого и красного кристалла. Если пропустить эти три цвета через линзу, они смешаются и получится белый свет. Как раз его и используют для освещения помещений.

Плюсы и минусы

Светодиодные лампы — это новая и широко применяемая технология. Чтобы определить, нужны ли такие изделия в доме, нужно знать их достоинства и недостатки. Плюсы диодов:

1. Большой срок службы — от 6 до 10 лет.
2. Небольшой расход электроэнергии.
3. Большая светоотдача.
4. Лампа сильно не нагревается.
5. Есть возможность выбрать любой оттенок световой температуры.
6. Благодаря компактности, можно использовать в качестве декора.
7. Пластиковый корпус не боится механических повреждений.
8. Не содержат токсических веществ, поэтому светодиодные лампы полностью безопасны при использовании.
9. Не имеют ультрафиолетового излучения и не мерцают.

Самый большой недостаток светодиодных ламп — высокая стоимость. Если сравнивать их с обычными лампами, то их цена выше в 2 раза. Но это быстро окупается.

Несмотря на то что производитель дает 10 лет гарантии, этот срок может намного сократиться. На это влияют технология изготовления и используемые материалы. Еще один минус LED ламп — они не подходят к простым димерам и индикаторным выключателям. Чтобы устранить эту проблему, приобретают специальные лампы.

светодиодов: от индикаторов до подсветки | Фьючерсы на освещение | Программы

Эндрю Бирман

Почти все знакомы со светодиодами (светоизлучающими диоды) от их использования в качестве световых индикаторов и цифровых дисплеев на потребительских электронных устройствах. Низкий свет выход светодиодов и отсутствие цветовых вариантов ограничили светодиоды технологии для этих целей. Однако теперь новые светодиодные материалы и улучшенные производственные процессы привели к яркому Светодиоды в цветах во всем видимом спектре с эффективность выше, чем у ламп накаливания. Эти ярче, более эффективные и красочные светодиоды могут продвинуть светодиодную технологию в ряде приложений освещения. Энергосбережение потенциал огромен. По одной оценке, заменив только светофоры накаливания в одних только США с Светодиодные сигналы сэкономят почти 2,5 миллиарда киловатт-часов ежегодно (см. «Торговля людьми светодиоды»).

Смена знаков выхода

Первые светодиоды, достаточно яркие для использования на открытом воздухе приложениями были AlGaAs (арсенид алюминия-галлия). Эти красные светодиоды появились в качестве высоких стоп-сигналов на автомобилях. и на ограниченном количестве светофоров. Они также были успешно используется в знаках выхода. Сегодня выходной рынок почти полностью преобразился. Освещение 1998 года Опрос Исследовательским центром торговых представителей указателей выхода обнаружили, что около 80 процентов продаваемых указателей выхода используют Светодиоды как основной источник света. Подобные преобразования произошли в зоне работ на проезжей части светофоры безопасности и переменные знаки сообщения, когда AlGaInP (алюминий галлий индий фосфид) стали доступны светодиоды. Недавнее появление эффективные зеленые, синие и белые светодиоды могут привести к Приложения.

Светодиоды

AlGaInP и InGaN (нитрид индия-галлия) имеют сменили AlGaAs как самые яркие из доступных светодиодов.

Светодиоды AlGaInP

имеют цвет от красного до янтарного и производят около 3 люмен с эффективностью более 20 люмен на электрический ватт, хотя зеленые и желтые светодиоды AlGaInP имеют эффективность гораздо ниже. Ожидается, что Hewlett-Packard выпускать светодиоды AlGaInP со светоотдачей более 10 люмен на светодиод.

Химическая компания Nichia в 1993 году представила светодиоды InGaN. с эффективностью более чем в 100 раз выше, чем раньше синие и зеленые светодиоды. Другие компании, в том числе Hewlett-Packard и Panasonic предлагают аналогичные светодиоды InGaN продукты.

Белые светодиоды

Прежняя неспособность производителей светодиодов производить белые светодиодные продукты были барьером для их использования в широком диапазон приложений.

Зеленые светодиоды InGaN имеют эффективность более 30 люмен на Вт, а синие светодиоды InGaN имеют эффективность 10 люмен на ватт. Технология InGaN также делает возможным первый белый светодиоды.

«Цель полупроводниковой промышленности — перейти от от индикаторной технологии до технологии освещения», — говорит Дэйв. Эванс, инженер по техническому маркетингу Hewlett-Packard.

Однако для большинства приложений освещения требуется белый цвет. свет. Производители могут производить белый свет, смешивая светодиоды разных цветов. «Смешивание дискретных цветных светодиодов дает бедный белый», — говорит Эванс. Он предполагает, что люди, особенно люди с нарушением цветового зрения воспринимают смешанный светодиод белый иначе, чем они воспринимают широкополосный белый из-за узкого спектрального выхода индивидуального светодиоды.

Питер Лемм, вице-президент по проектированию в Marktech Оптоэлектроника считает, что изменение цвета светодиода свойства из-за производственных допусков делает смешивание отдельные светодиодные чипы нецелесообразны из-за специальной настройки потребуется для каждого продукта. Кроме того, различные Светодиодные технологии имеют разную светоотдачу скорость деградации, которая со временем приведет к изменению цвета. Более того, говорит он, было бы дорого упаковать три чипсы вместе и хорошо перемешайте свет.

В качестве альтернативы можно использовать синие светодиоды с короткой длиной волны. активировать люминофор, который будет излучать более длинную волну широкополосный спектр, который воспринимается как белый после поглощая синий свет светодиода. «Фосфор абсолютно лучше», — говорит Лемм.

Nichia в настоящее время является единственным производителем белых светодиодов. (Hewlett-Packard и Cree Research Inc. планируют выход на рынок белых светодиодов скоро). Так как Nichia производит люминофоры, которые используются в основном в электронно-лучевой трубке промышленности, неудивительно, что они используют фотоактивный люминофор и синий светодиодный чип для получения белого света. белый Ничиа Светодиоды предлагают широкополосный спектр с коррелированным цветом температуры от 4000 до 11000 кельвинов (К) и эффективность 10 люмен на ватт, говорит Майкл Стюарт, Торговый представитель Ничиа. Белые светодиоды используются в основном для подсветки дисплеев и освещения небольших площадей, где они заменили маленькие люминесцентные лампы, согласно Нихия.

В Японии усилия сосредоточены на разработке эффективных ультрафиолетовые светодиоды для использования с люминофорами для получения белого цвета светят почти так же, как традиционные люминесцентные лампы производят белый свет из ультрафиолета.

Переход от маленьких световых индикаторов к Освещение требует большего от отрасли чем белые светодиоды. «Мы извлекли урок об использовании AlGaAs Светодиоды на открытом воздухе в неблагоприятных условиях», — говорит Лемме. Впервые представлены светодиоды AlGaAs в ярких продуктах для наружного применения. такие как знаки выхода, рекламировались как имеющие 100 000+ часов жизни. Однако в реальных условиях светоотдача Количество светодиодов AlGaAs уменьшилось примерно на 50 процентов после 15 000 до 40 000 часов.

Теперь практически все наружные приложения с высокой яркостью использовать технологию AlGaInP, которая менее чувствительна к влаге и тепло, говорит Лемме.

Усилия по дальнейшему использованию светодиодов в светофорах сосредоточиться на снижении общей стоимости за счет сокращения количества отдельные светодиоды на сигнал. Зеленый и янтарный светодиоды имеют проникали на рынок намного медленнее, чем красные светодиоды, потому что более высокой стоимости зеленых светодиодов и большего количества желтые светодиоды, необходимые для сигнала.

сине-зеленых светодиода InGaN стоят около 0,65 доллара США каждый в количестве. в то время как красные светодиоды AlGaInP стоят всего около 0,20 доллара США каждый. Цена по 0,35 доллара за штуку приведет к более широкому использованию светодиодов InGaN, Эванс говорит.

Светодиоды

все чаще используются в качестве полосовых светильников для дорожек. системы разметки и аварийной навигации. Их долгая жизнь а холодная работа позволяет встраивать их в пластик материалов, что делает их идеальными для этих приложений. Например, гибкий пластиковый профиль со светодиодами. могут быть имплантированы в пол или на ступеньки. Светодиодные модули могут быть закреплены на проезжей части для маркеров полосы движения, которые остаются высоко видны в дождь и туман или на пешеходных переходах, которые загораются, когда пешеход выходит на улицу.

Тем не менее, книга «Светоизлучающие диоды высокой яркости», под редакцией Дж. Б. Стрингфеллоу и М. Джорджа Крафорда, баллы некоторые ограничения на потенциал светодиодов: полученная эффективность приближается к теоретической максимальные значения, хотя в системах AlGaInN существенные дальнейшее улучшение производительности кажется вероятным. Есть никаких новых систем материалов не видно на горизонте. »

Редакция предполагает, что максимум пятикратное увеличение производительность возможна для систем AlGaInN, которые включают синие, зеленые и белые светодиоды InGaN. Это означало бы, что доступные в настоящее время белые светодиоды со световым потоком 10 люмен на ватт в будущем может иметь эффективность около 50 люмен на ватт.

Светодиоды

потенциально являются наиболее эффективными источниками света для производство небольшого количества света на узкой длине волны группы. Для некоторых диапазонов длин волн светодиоды уже являются наиболее эффективный источник света.

Самые яркие из доступных светодиодов производят около 3 люменов каждый. Объединение сотен из них вместе для получения света мощность, скажем, компактной люминесцентной лампы кажется непрактично. Даже объединение сотни или около того светодиодов в светофор дорогой и вводит отопление проблемы. Светодиоды с высокой выходной мощностью, которые производят более 10 люмены теперь используются в некоторых продуктах светофора, значительно сократить количество необходимых светодиодов. Текущий исследования с полупроводниками GaN показывают перспективы для большего размеры чипов. Однако существует множество приложений для освещения. которые требуют всего несколько люменов или десятков люменов, для которых Светодиоды в идеале. В прошлом большая часть разговоров о светодиодах ориентированы на эффективность. Теперь, когда эффективность превысили другие источники света, будущая работа может быть сосредоточена на упаковка светодиодов в полезные продукты.

 

Что такое светодиоды?

Светодиоды

— это твердотельные полупроводниковые устройства, которые преобразуют электрическая энергия непосредственно в свет. Светодиод «холодного» поколения света приводит к высокой эффективности, потому что большая часть энергии излучает в видимом спектре. Светодиоды могут быть чрезвычайно маленький и прочный; они также обеспечивают более длительный срок службы лампы, чем другие источники.

На рис. 1 показана схема типичного Т-13/4. ВЕЛ. Пластиковый герметик и выводная рамка занимают большую часть объема. Светогенерирующий чип довольно маленький (обычно 0,25 квадратных миллиметра). Генерируется свет внутри чипа, твердый кристаллический материал, когда ток протекает через стыки различных материалов. состав материалов определяет длину волны и поэтому цвет света.

Рисунок 2 , увеличенный вид синего InGaN (индий нитрид галлия) полупроводниковый чип, показывает различные слоев полупроводникового материала. Материалы InGaN производят цвета от синего до зеленого.

При производстве светодиодов используется процесс, известный как эпитаксия. в котором кристаллические слои различных полупроводников материал выращивают друг на друге. Достижения в Процессы эпитаксиального роста кристаллов позволили использовать Светодиодные материалы для цветов, которые раньше нельзя было изготовить с достаточно высокой чистотой и структурной точностью. Недавний прорыв в технике химического осаждения из газовой фазы из металлоорганических прекурсоров позволяют экономически эффективно производство нитридов металлов III группы из Периодическая таблица, включая нитриды алюминия, галлия, индия. Результатом этого являются высокоэффективные синие светодиоды InGaN. процесс.

Около 30 процентов света генерируется внутри чипа. уступает место самым ярким светодиодам. Полупроводник материалы имеют очень высокие показатели преломления и поэтому могут улавливают большое количество света, будучи сконфигурированы в виде квадратного чипа. Эпоксидная смола вокруг светодиодного чипа снижает несоответствие показателя преломления и пропускает больше света. излучаемый.

Для некоторых светодиодов свет, выходящий из чипа (извлечение КПД) может составлять 4 процента или ниже. Прозрачный подложки и толстые полупроводниковые слои увеличивают эффективность извлечения. Делая светодиодные чипы более сферическими, что в настоящее время нецелесообразно для массового производства, также может значительно повысить эффективность экстракции.

 

Предложение полимеров

Светящиеся перспективы

Н. Нарендран

Будет технология светоизлучающего полимера (LEP) произвести революцию в индустрии освещения и дисплеев? Мог LEP вытесняют светоизлучающие диоды (LED) в ряде казалось бы безопасные рынки и конкурируют как энергосберегающие альтернатива общему освещению?

Некоторые производители уверены, что LEP, также известные как органические светодиоды (OLED) могут когда-нибудь сделать все это и даже больше.

Компания Philips Electronics NV прогнозирует, что в конечном итоге «Светоизлучающие полимеры будут эволюционировать, чтобы стать такими же гибкими, как ткань и тонкая, как бумага. Формованные или плоские, приложения в домашняя, мобильная, офисная и общественная среда будут размещайте «рассеянное» или «рабочее» освещение на потолках, стенах, напольные или свободно висящие». Photonics Spectra (апрель 1997 г.) предполагает, что LEP можно использовать для светящихся стен и гибкие телевизионные экраны, которые сворачиваются.

В 1990 году профессор Ричард Френд и доктор Эндрю Холмс в Кембриджском университете обнаружили, что поли (п-фениленвинилен), обычно обозначаемый аббревиатурой PPV, будет излучать свет.

В 1992 году Кавендишская лаборатория Университета Кембридж выделил компанию Cambridge Display Technology для коммерциализировать технологию LEP. С тех пор Seiko Epson, Philips Electronics, Hoechst Innovative Display Technologies Inc., UNIAX, DuPont и Intel — некоторые из компаний, работа с Cambridge Display Technology для разработки коммерчески жизнеспособные продукты LEP.

Что такое LEP?

LEP, которые представляют собой органические полупроводниковые материалы, и Светодиоды, которые представляют собой неорганические полупроводники, генерируют свет в подобные способы. Однако свет от LEP может быть структурирован как жидкокристаллические дисплеи. LEP также тонкие и могут быть гибкий.

Полимер PPV или его производные образуют активный слой наиболее перспективные LEP-устройства. Изменение химического состава полимера PPV изменяет свои физические и электрооптические характеристики.

Как показано на рис. 1, дисплеи LEP сконструированы путем нанесения тонкой пленки производного полимера PPV на стекло или пластиковая подложка, покрытая прозрачным оксидом индия и олова электрод. Могут применяться некоторые производные полимера PPV. непосредственно из раствора, аналогично производственной жидкости хрустальные дисплеи; Для светодиодов требуется более сложная тонкая пленка методы осаждения, поэтому LEP могут быть менее дорогими для производство. Полимер зажат между индием и оловом. оксидный электрод и металлический электрод &emdash; такой как кальций, алюминий или магний; он излучает свет, когда подается напряжение.

Некоторые устройства LEP могут быть такими же яркими, как электронно-лучевая трубка. (около 100 кандел на квадратный метр), со светящимися Эффективность от 2 до 3 люмен на ватт. Исследователи удалось достичь яркости до 3 млн. кандел на квадратный метр без теплового ухудшения на работа устройств LEP в импульсном режиме, по Кембриджу Технология отображения. Последние результаты устройства LEP из компания показывает световую эффективность 3 люмен на ватт и 21 люмен на ватт для синего и зеленого LEP соответственно. Компания Cambridge Display Technology далее сообщает, что в сотрудничестве с Seiko Epson, они совершенствовали материал и дизайн устройства для производства устройств с общими архитектуры и излучения, подходящие для непрерывного спектра цветные дисплеи.

Приложения

Технология

LEP позволяет создавать ультратонкие световые дисплеи, которые будут работать при более низком напряжении; По оценкам Philips Components, дисплеи с подсветкой LEP будут потребляют в 10 раз меньше энергии, чем существующее световое излучение дисплеи. В ближайшем будущем большинство производителей LEP производить небольшие дисплеи, такие как цифровые показания на электронные устройства. С дальнейшим технологическим прогрессом, однако индустрия LEP хотела бы применить технологию для приложений с большой площадью, таких как плоские изображения с высоким разрешением панельные дисплеи.

Сегодня светоизлучающие устройства со скромной эффективностью (от 3 до 4 люмен на ватт) может достигать при низком напряжении яркость выше, чем у ламп накаливания или люминесцентные лампы. Однако при такой высокой яркости уровнях, срок службы сильно ограничен, отчасти из-за к теплу, выделяемому высоким уровнем мощности и относительно низкая эффективность. Прежде чем осветительные приборы будут коммерчески жизнеспособным, поэтому эффективность должна быть улучшена, чтобы уменьшить тепловыделение при работе на высокой яркости. Эффективность 25 процентов или выше теоретически достижимо, и может сделать крупномасштабное освещение практичный.

UNIAX утверждает, что разработала LEP с продемонстрированной эффективность более 3 люмен на ватт и яркость примерно 500 кандел на квадратный метр при 3 вольтах. компания считает, что достижение 25-процентной эффективности позволяют производителям разрабатывать полимерные продукты LEP, такие как освещение обоев, которое полностью изменило бы освещение промышленность.

LEP в будущем

В феврале 1998 года был выпущен первый пластиковый телевизионный экран. прототип от Cambridge Display Technology и Seiko Epson, был раскрыт; это квадрат 50 миллиметров, черно-белый, и толщиной всего 2 миллиметра. Экран можно просматривать с со всех сторон и не размывает кадры в динамичных сценах. производители. Компании прогнозируют, что они объявить о полноразмерных экранах цветных телевизоров в ближайшее время.

Другие экспериментальные прототипы LEP, которые были продемонстрированные изготавливаются на стеклянных подложках вместо пластик. Ник Коланери из UNIAX сказал, что компания и партнер надеется выпустить монохромную матричную матрицу размером 1 на 2 дюйма. дисплеи для продуктов личной связи в качестве своего первого коммерческий продукт LEP в начале 1999 г.

Производители светодиодов и LEP производят значительные усилия по созданию непрерывного спектра свет или белый свет, пригодный для общего освещения (см. фигура 2). Однако доктор Ш.А. Бегеманн, президент Advanced Lighting Concepts и старший вице-президент Philips Lighting говорит, что не предусматривает общего освещения заявок для LEP в ближайшее десятилетие.

производителям LEP еще предстоит решить проблемы своих относительно низкая эффективность и короткий срок службы. Пока достигнут прогресс в производстве белого света с помощью LEP, проблемы все еще существуют. Различные эмиссионные материалы требуется для возраста белого света с разной скоростью и создают нежелательный спектральный сдвиг с течением времени.

Многие LEP демонстрируют относительно высокую фотолюминесценцию. эффективность при минимальном самопоглощении. Отсутствие самопоглощение полимерной пленкой является важным преимуществом в создании белого света. В последнее время исследователи продемонстрировал, что высокоэффективное излучение белого света может можно получить, объединив светодиодные и LEP-технологии.

Успешная разработка и коммерциализация твердотельные источники белого света, которые более эффективны чем вольфрамовые лампы, несомненно, оказали бы большое влияние. Эти устройства будут иметь более длительный срок службы, повышенный нагрев сопротивление и устойчивость к механическим ударам, более высокая энергия эффективность и более низкие затраты по сравнению с существующими альтернативами. Они может иметь потенциал для изменения дизайна освещения, но станут ли они новым мощным инструментом, пока неизвестно. видимый.

 

Сигнализация Будущее

Джон Буллоу

штаты и муниципалитеты используют светодиоды (светодиоды) в сигналах светофора чаще, ссылаясь на их потенциал для снижения затрат на электроэнергию и техническое обслуживание (см. «Светодиоды: от индикаторов к освещению?»). Пионеры включают Анахайм, Денвер, Филадельфия и штат Калифорния.

Институт инженеров транспорта выдал временная спецификация для светодиодных светофоров в июне 1998 г., перечисление минимальных требований к производительности. Национальный Совместная программа исследований автомобильных дорог наблюдает за человеческими исследования факторов, результаты которых ожидаются в конце 1999.

Остаются вопросы о долговечности светодиодов и экономическая целесообразность. Без ответов многие безденежные агентства не будут покупать светодиодные сигналы. Высокие первоначальные затраты (около 100 долларов за сигнал красного светодиода по сравнению с 3 долларами за лампа накаливания) может быть трудно оправдать потому что точная экономия энергии и обслуживания затруднена предсказывать.

Узнать больше, транспортные чиновники, коммунальные службы представители, производители и исследователи встречались дважды в 1998.

Круглый стол

В Тихоокеанской газовой и электрической компании состоялся круглый стол в Сан-Франциско в июне. Участники рекомендовали исследование чтобы подтвердить, обеспечивают ли светодиодные сигналы видимость и безопасность эквивалентны своим аналогам накаливания и распространение объективной информации об этом развивающемся технологии. В ответ Центр исследований освещения (LRC) и Pacific Gas and Electric создали веб-сайт с справочная информация, производитель светодиодов и сигналов информацию и резюме обсуждения за круглым столом. адрес: www.lrc.rpi.edu/programs/transportation/LED/

При поддержке Hewlett-Packard LRC также проведение исследования видимости.

Техническая мастерская

Национальная академия наук провела Транспортное Семинар Исследовательского совета по светодиодным технологиям в светофорах в октябре с учебными пособиями о том, как работают светодиоды, панелями по уроки, извлеченные агентствами, испробовавшими светодиодные сигналы, и презентации по наглядности, экономике и разработка спецификаций закупки.

Почти 100 человек посетили двухдневное мероприятие в Ирвайне, Калифорния. Участники узнали о финансировании возможности; практические вопросы, связанные с определением, установка и обслуживание сигналов; и человеческий фактор сигналов светофора. Для получения дополнительной информации проверьте Национальный Академии наук на http://www.nas.edu или на веб-сайте ITE по адресу http://www.ite.org.

Торговля людьми в светодиодах

Эта информация из «Оценки возможностей преобразования рынка для светодиодов». Сигналы» Маргарет Суоццо из Американского совета для Энергоэффективная экономика.

Светодиоды могут сэкономить почти 2,5 миллиардов киловатт-часов, если бы они заменили лампы накаливания в сигналах светофора. Около 260 000 трафика сигналы в США предлагают большой потенциальный рынок для светодиодов источники.

Светодиоды

по существу являются монохроматическими и эффективными. источник света для сигналов светофора. Лампы накаливания производят белый свет и все цвета, кроме красного, требуемый зеленый или желтый должны быть отфильтрованы через объектив. Они также производят значительное количество света за пределами видимого спектра, который излучается в виде тепла. Светодиоды минимизируют оба зря потраченный свет и тепло.

Переключение только на красные светодиодные сигналы может сэкономить почти 1,9миллиардов киловатт-часов. Зеленые светодиоды могут сэкономить еще 350 миллионов киловатт-часов. Дооснащение желтой лампой накаливания лампы со светодиодами могут сэкономить еще 65 миллионов киловатт-часов. В конце 1997 г. насчитывалось более 150 000 светофоров. были дооснащены, практически все они красного цвета.

Типы светодиодов и их характеристики

Светодиодное освещение на сегодняшний день является наиболее эффективным, и в этом контексте совсем не удивительно, что светодиоды из года в год претерпевают определенную эволюцию. Их мощность становится все больше, здания оптимизируются для различных целей, не говоря уже о цвете излучаемого света.

Цвет может быть практически любым, производителю достаточно подобрать соответствующий состав полупроводника и примесей, чтобы ширина запрещенной зоны при рекомбинации электронов и дырок давала нужный цвет.

Между тем все современные светодиоды в той или иной степени можно классифицировать по типам, то есть по наиболее отличительным отличительным признакам, что мы и сделаем — рассмотрим несколько типов наиболее распространенных светодиодов, от индикаторных до осветительных. Кстати, сразу можно отметить, что светодиод начал свою эволюцию по большому счету с индикаторного предка.

Светодиоды индикаторные для выходного монтажа

Светодиоды индикаторные с круглым или прямоугольным рассеивателем и по сей день можно встретить где угодно, от зарядных устройств мобильных гаджетов до индикаторов сложного медицинского оборудования. В качестве осветительных светодиодов иногда используются даже индикаторные лампы, но в последнее время такие решения встречаются все реже.

Характерными представителями этого типа являются индикаторные светодиоды с выпуклыми круглыми линзами диаметром 3, 5, 8 и 10 мм. Кстати, именно с них началось такое направление в полупроводниковой технике, как осветительные светодиоды (для фонариков, например). Однако ток индикаторного светодиода не позволит получить достаточно света, а в промышленных масштабах использовать такие светодиоды для освещения просто нецелесообразно, тем более сегодня.

Подходят для индикаторов, даже светодиодные дисплеи и бегущие строки, собранные только один раз из таких светодиодов за неимением альтернативы. Маленькие светодиоды индикатора слегка греются и хоть как-то светятся — что еще от индикатора надо.. Напряжение от 2,5 до 5 вольт при токе от 10 до 25 миллиампер — не более.

Цвета: белый, красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, фиолетовый, ультрафиолетовый. Светодиоды индикатора бывают и многоцветные rgb , когда три перехода спрятаны под одной линзой, а внизу четыре выхода, то есть индикатор получится более функциональным, а светодиодный дисплей цветным (см. светодиоды в электронных схемах).

Телесный угол рассеивания до 140 градусов для прямоугольной линзы и до 130 градусов для круглой линзы. Яркость светодиода индикатора в среднем от 100 до 1000 милликандел.

Яркие светодиоды для выходного монтажа

За индикаторными светодиодами появились яркие светодиоды с круглыми линзами диаметром до 10 мм, которые уже стали широко применяться в фонарях. При потреблении до 30 мА при питании 2 — 4 вольта мощность их света достигает 5000 милликандел.

Светодиодные индикаторы и освещение SMD (Surface Mounted Device)

Этот тип индикаторных светодиодов разработан специально для поверхностного монтажа на печатной плате. Такие светодиоды доступны в стандартных корпусах SMD размером от 0603 до 7060, причем наиболее распространены размеры от 1608 до 3528. Видимый телесный угол составляет от 20 до 140 градусов, а средняя яркость — от 300 до 400 милликандел.

По силовым характеристикам аналогичны индикаторным светодиодам выходного монтажа. Тем не менее светодиоды накладного монтажа можно монтировать на плату в большом количестве на небольшой площади, и таким образом можно получить светодиодную лампу или световую панель любого размера. Светодиодная лента — тоже набор SMD-светодиодов на подложке.

Светодиоды Piranha

Особую группу светодиодов, широко применяемых в рекламной индустрии и в автотюнинге, составляют сверхъяркие светодиоды Piranha прямоугольной формы. Светодиоды отличаются особой формой основания и улучшенными рассеивающими свойствами. Они удобно и жестко крепятся четырьмя выводами к печатной плате или к другому плоскому основанию.

Цвета: белый, красный, зеленый и синий. Размеры — от 3 до 7,7 мм. За счет подложки большей площади и высокой теплопроводности ток через светодиод может достигать до 50 мА при напряжении до 4,5 вольт. Угол рассеяния достигает 120 градусов и более.

Освещение Светодиоды COB (чип на плате)

Светодиодное освещение — это самый широкий спектр применения светодиодов на сегодняшний день. Излучение может быть теплым и холодным, белым, желтым или любого другого оттенка, близким по цвету к люминесцентным лампам, лампам накаливания или даже солнечному свету, в зависимости от требуемой цветовой температуры, и в основном на стадии производства, — от состава полупроводника и люминофор.

Наиболее распространенный способ изготовления осветительных светодиодов — нанесение люминофора на синий светодиод. В результате свет, излучаемый светодиодом, получается желтого, зеленого, красного и т. д. Свет близок по свойству к люминесцентному.

COB-светодиоды представляют собой различные полупроводниковые кристаллы, установленные на одной подложке и заполненные люминофором. Как и в случае установки на плату нескольких SMD-светодиодов, здесь получается аналогичный результат — высокая яркость за счет суммарного светового потока от нескольких небольших источников света. Но источники (кристаллы) расположены плотнее на подложке, поэтому и световой поток получается больше, чем при установке SMD на плату.

COB-светодиоды также подходят в качестве индикаторов. Осветительное оборудование, в свою очередь, с COB-светодиодами стало намного дешевле не только из-за автоматизации производственного процесса, но и из-за более экономичного расхода материалов.

Важно, однако, всегда помнить, что такой светодиод должен обеспечивать необходимый отвод тепла, а мощный и очень мощный (от 3 до 100 Вт) требует наличия радиатора, иначе произойдет быстрое термическое разрушение кристаллов .

Ремонт такой COB-матрицы невозможен, а если часть кристаллов испортится, то придется менять всю подложку на новую, поэтому лучше сразу создать для нее приемлемые условия в плане охлаждения.

Параметры питания, как правило, от 3 до 35 вольт, в зависимости от конкретной модели, а ток от 100 мА до 2,5 А и даже больше.

Светодиоды накаливания (в форме нити)

Этот тип светодиодов обладает еще лучшими световыми характеристиками, чем COB.