Какие бывают светодиоды. Виды светодиодов: полный обзор классификации, характеристик и применения

Какие существуют основные типы светодиодов. На какие группы делятся LED по назначению, цвету свечения и мощности. Каковы ключевые характеристики современных светодиодов. Где применяются разные виды LED-элементов.

Классификация светодиодов по типу применения

Светодиоды (LED) можно разделить на три основные категории в зависимости от их назначения:

• Индикаторные
• Осветительные
• Лазерные

Индикаторные светодиоды используются для создания световых индикаторов в различных устройствах и приборах. Их можно встретить в габаритных огнях автомобилей, светофорах, электронных устройствах. Основные разновидности индикаторных светодиодов:

• DIP (круглые светодиоды в пластиковом корпусе)
• «Пиранья» (квадратные светодиоды увеличенной яркости)
• Straw Hat (светодиоды с широким углом рассеивания)
• SMD (светодиоды поверхностного монтажа)

Осветительные светодиоды предназначены для создания основного освещения в помещениях и на улице. Из них изготавливают светодиодные лампы и светильники. Основные типы:

• SMD LED (светодиоды для поверхностного монтажа)
• COB (светодиодные матрицы)
• Filament LED (светодиодные нити)

Лазерные светодиоды генерируют узконаправленный луч света. Их используют в лазерных указках, устройствах для точной разметки, компьютерных мышах.

Классификация светодиодов по цвету свечения

Цвет излучения светодиода зависит от длины волны испускаемого света. Какие цвета свечения бывают у современных LED?

• Белый (нейтральный, теплый, холодный)
• Красный
• Зеленый
• Синий
• Желтый
• Оранжевый

Кроме монохромных, существуют RGB-светодиоды, способные воспроизводить весь цветовой спектр. Они состоят из трех кристаллов — красного, зеленого и синего. При их комбинировании в разных пропорциях можно получить любой оттенок.

Виды светодиодов по мощности излучения

По мощности излучения светодиоды делятся на:

• Маломощные (до 0,3 Вт) — используются как индикаторы
• Средней мощности (0,3-1 Вт) — применяются в декоративном освещении
• Мощные (от 1 Вт) — для основного освещения
• Сверхмощные (от 5 Вт) — для прожекторов и уличных светильников

Чем выше мощность светодиода, тем больше световой поток он создает. При этом возрастает и энергопотребление, а также требования к теплоотводу.

Конструктивные особенности и размеры светодиодов

По форме корпуса светодиоды бывают:

• Цилиндрические
• Квадратные
• Прямоугольные

Размеры светодиодов варьируются от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Для цилиндрических LED указывается диаметр и высота, для квадратных и прямоугольных — длина сторон. Например, популярный SMD светодиод 3528 имеет размеры 3,5 x 2,8 мм.

Из каких элементов состоит светодиод?

Типовая конструкция светодиода включает следующие компоненты:

• Прочный эпоксидный корпус
• Пластиковая линза для фокусировки света
• Полупроводниковый кристалл на подложке
• Медное основание для отвода тепла
• Анод и катод для подключения

Принцип работы и физика светодиодов

Как работает светодиод? Принцип действия основан на явлении электролюминесценции. При прохождении электрического тока через p-n переход происходит рекомбинация электронов и дырок, сопровождающаяся излучением фотонов.

Цвет свечения определяется шириной запрещенной зоны полупроводника. Для получения белого света используют два основных метода:

1. Нанесение люминофора на синий кристалл
2. Смешение излучения красного, зеленого и синего кристаллов (RGB)

Ключевые характеристики современных светодиодов

На что обращать внимание при выборе светодиодов? Основные параметры:

• Световой поток (измеряется в люменах)
• Энергоэффективность (лм/Вт)
• Цветовая температура (К)
• Индекс цветопередачи (CRI)
• Угол рассеивания света
• Срок службы (часов)

Современные светодиоды обеспечивают световой поток до 200 лм/Вт, индекс цветопередачи более 90 и срок службы свыше 50 000 часов.

Области применения различных типов светодиодов

Где используются разные виды LED-элементов? Основные сферы применения:

• Бытовое и офисное освещение (лампы, светильники)
• Уличное и архитектурное освещение
• Автомобильная светотехника
• Декоративная подсветка и иллюминация
• Световые табло и рекламные конструкции
• Индикация в электронных устройствах
• Подсветка дисплеев
• Прожекторы и системы безопасности

Благодаря высокой энергоэффективности и длительному сроку службы, светодиоды активно вытесняют традиционные источники света во многих областях.

Перспективные направления развития светодиодных технологий

Какие инновации ожидают нас в сфере LED-технологий в ближайшем будущем?

• Увеличение энергоэффективности до 300-400 лм/Вт
• Создание гибких OLED-панелей
• Разработка «умных» светодиодов с управлением через интернет
• Совершенствование технологий биодинамического освещения
• Миниатюризация светодиодов для использования в микроэлектронике

Светодиодные технологии продолжают стремительно развиваться, открывая новые возможности для создания энергоэффективных и «умных» систем освещения.

Какие бывают светодиоды? — Ledron.ru

Все светодиоды можно классифицировать по определенным признакам – назначению, мощности, цветности и т.д. Предлагаем рассмотреть каждую классификацию в отдельности.

По типу применения

Все светодиоды по типу применения можно разделить на 2 большие группы – индикаторные и осветительные, а также лазерные.

1. Индикаторные. Используются в качестве индикаторов, которые встраиваются в габаритные огни автомобилей, светофоры, LED-ленты, гирлянды, электронные устройства и т.д. Эти светодиоды подразделяются на такие виды: DIP, «Пиранья», Strow Hat, SMD.
2. Осветительные. Их применяют для создания светодиодных светильников разного типа – для улиц, жилых и общественных помещений. Например, модель LeDron 9073-A создана для эксплуатации в сухих помещениях. Из осветительных диодов можно назвать: SMD LED, COB, Filament LED.
3. Лазерные. Это малая группа светодиодов, которые нельзя отнести ни к осветительным, ни к индикаторным. По конструкции это полупроводниковые элементы, обработанные особым образом так, чтобы генерировать сверхузкий луч света. Используются в устройствах для нанесения точной разметки, лазерных указках, компьютерных мышах и т.д.

Каких цветов бывают светодиоды?

Различие диодов по цветам излучения – первое, что приходит на ум. Действительно, это самая заметная разница между полупроводниковыми элементами. Цвет свечения будет зависеть от длины волны излучения.

Самый распространенный цвет свечения светодиодов – белый. В зависимости от цветовой температуры (измеряется в Кельвинах) он может быть нейтральным, теплым или холодным. Также встречаются зеленый оттенок свечения светодиодов, синий, красный, желтый, оранжевый и белый.

Это все касалось только монохромных оттенков свечения. Но есть и формат RGB, когда светодиодное устройство (например, RGB LED лента) может воспроизводить разноцветный спектр излучения. Фактически это достигается установкой монохромных диодов вместе. Это полупроводниковые кристаллы с красным излучением (R – “red”), зеленым (G – “green”) и синим (B – “blue”).

При подключении контроллера к осветительному прибору начинается воспроизведение свечения кристаллов в заданном порядке, что и создает светодинамический эффект многоцветного излучения.

Какой мощности бывают светодиоды?

Еще одна характеристика, по которой различают полупроводниковые элементы – мощность. Мощность диода, как правило, напрямую связана с его яркостью – чем мощнее элемент, тем более яркий поток света он создает. При этом он будет и потреблять больше электроэнергии, и требовать более эффективного отвода тепла в корпусе осветительного прибора.

Светодиоды с самой малой мощностью – индикаторные, а также диоды поверхностной установки (SMD). В среднем, показатель их мощности равен 0,06-0,2 Ватт. К мощным моделям будут относиться брендовые полупроводниковые кристаллы (таких производителей, как CREE, Osram и других). Показатель их мощности будет достигать значения в 2,6 Ватт.

На какое напряжение бывают светодиоды?

Как такового понятия напряжения у светодиодов нет. Фактически определяется лишь величина напряжения на выходе диода после прохождение через него номинального тока, а через эту величину определяется напряжение на самом кристалле.

Зависит это напряжение от цвета излучения LED-элемента. К примеру, для красных и желтых диодов напряжение будет варьироваться от 1,8 до 2,4 вольт, а для белых, синих и зеленых будет доходить до 3 вольт.

Какой формы и размеров бывают диоды?

Также LED-элементы можно разделять по формам и размерам. Они могут иметь различную форму:

• Цилиндрическую;
• Квадратную;
• Прямоугольную.

Размеры будут определяться в миллиметрах. Для цилиндрических диодов указываются размеры высоты и диаметра, для квадратных и прямоугольных – размеры сторон. Например, распространенный ЧИП-светодиод SMD 3528 имеет размеры сторон 3,5 x 2,8 мм.

Все светодиоды имеют свое предназначение и могут использоваться в разных сферах – в конструкциях светильников для жилых помещений (к примеру, в модели LeDron SCOPE B), в светодиодных лентах разного назначения, в прожекторной подсветке и т.д.

Чтобы подробнее узнать про конструкцию светодиодов, их составные части и устройство, советуем прочитать статью «Как делают светодиоды».

Какие бывают светодиоды?

Термин

Светодиод представляет собой полупроводниковый прибор, который способен преобразовывать ток в видимый свет. До конца 20 века светодиоды применялись только для индикации, пока не были изобретены сверхяркие синие светодиоды в 1993 году японскими учеными для светодиодных светильников.

Из чего состоит:

Светодиоды могут быть разного назначения, но собраны из однотипных деталей:

• Эпоксидный прочный корпус
• Пластиковая линза, которая фокусирует и рассеивает лучи
• Кристалл на подложке, преобразующий свет
• Медная основа
• Анод и катод, которые подключаются к цепям тока

Как это работает?

После легирования диод N-типа обогащается отрицательным зарядом, материал Р-типа – положительным. Электроны движутся через P-N переход и соединяются с отверстиями Р-типа. При соприкосновении возникает энергия, которая трансформируется в свет.

Цвета:

• Окраска светодиодов различается из-за разной длины волны излучаемого потока света. Самые первые светодиоды имели красный цвет, использовались для индикации уличного led освещения, подсветки панелей управления, рекламных экранах за вполне приемлемую цену. Такие инновационные модели резко приобрели популярность, составив весомую конкуренцию лампам накаливания. Теплый спектр желтого и красного цвета возникает из-за фосфидов галлия в полупроводниках.
• Голубой спектр диодов – однажды в полупроводник включили кабрид кремния и нитриды, чтобы свет приобрел холодный оттенок. В 70-е годы такой опыт впервые произвел Ж.Панков на сапфирной подложке, но из-за стоимости материалов отказались от производства. Позже японские ученые при обработке пленки нитридов электронным пучком получили на выходе яркий слой, и так был получен голубой оттенок диодов. К 1997 году было выпущено несколько миллионов зеленых и голубых диодов.
• RGB-светодиоды – были запатентованы в конце 90-х 20 века. На люминофор наносится поочередно 3 цвета – красный, зеленый и голубой, который под воздействием ультрафиолета приобретает белый оттенок свечения. Либо на основу закрепляются 3 диода такого же цвета. Эта новая технология позволила применять эти приборы для эффективной наружной рекламы, архитектурной подсветки и промышленного освещения. Белый свет абсолютно безопасен для глаз, к тому же не искажает реальные цвета освещаемых предметов.

Типы:

Индикаторные слаботочные светодиоды DIP и волоконного типа используются редко, их характеристики давно устарели. При этом светят достаточно ярко, применяются обычно в электронных табло, светофорах, бегущих строках. Имеют круглый корпус диаметром от 3 до 8 мм.

Осветительные светодиоды для магистральных светильников и офисных повсеместно стали использоваться только с конца 80-х годов, при введении в эксплуатацию белого и голубого свечения. Делятся на несколько видов:

• SMD (Surface Mounted Device) – имеют квадратную форму, монтируются на поверхность, где на металлической подложке закреплены кристаллы, покрытые светоотражающей линзой или люминофором. Одна из наиболее популярных моделей, используется в промышленном и декоративном освещении.
• COB тип – недавняя разработка ученых, на плату монтируется от 9 кристаллов и покрывается люминофором. Это значительно увеличивает световой поток с небольшой поверхности и снижает затраты на производство. Используются для прожекторов и led уличных светильников.
• OLED – специальные светодиоды из тонкой пленки для дисплеев, а специальные излучающие диоды используются для пультов дистанционного управления.

Светодиоды Viled

Уличные светодиодные светильники производства Вилед отличаются высокими световыми показателями. В научной лаборатории завода было протестировано несколько видов диодов, и были взяты в производство именно диоды белого цвета, как универсальный вариант для уличного освещения. В светодиодном светильнике «Модуль Магистраль — 2» КМО-4, 128 Вт находятся RGB-диоды в количестве 48 штук, каждый под светоотражающей линзой. На выходе получается световой поток в 16 000 Лм, что превышает в 5 раз однотипную по мощности лампу накаливания.

Контроль качества на каждом этапе производства, проверка каждого диода и своя технология закрепления кристалла на поверхности – очевидные плюсы выбора качественного света!

Предыдущая статья:  Виды и особенности светодиодных ламп

20.12.2019 18:19:59

Просмотры: 961

Сюдзи Накамура | Американский материаловед

Накамура, Сюдзи

Смотреть все СМИ

Дата рождения:

22 мая 1954 г. (68 лет) Япония

Награды и награды:

Нобелевская премия (2014)

Предметы изучения:

светодиод

Посмотреть весь связанный контент →

Сюдзи Накамура , (родился 22 мая 1954, Эхиме, Япония), американский материаловед японского происхождения, лауреат Нобелевской премии по физике 2014 года за изобретение синих светодиодов (СИД).

Он разделил приз с японскими учеными-материаловедами Акасаки Исаму и Амано Хироши.

Накамура получил степень бакалавра (1977 г.) и магистра (1979 г.) в области электронной инженерии в Университете Токусима. В 1979 году он пошел работать в небольшую компанию Nichia Chemical в Токусиме. Первоначально он работал над выращиванием кристаллов фосфида и арсенида галлия для светодиодов. Однако продажи этих продуктов оказались разочаровывающими, поскольку Nichia конкурировала с гораздо более крупными конкурентами. В середине 19В 80-х годах компания Nichia решила производить комплектные светодиоды. Накамура самостоятельно изучил необходимые методы производства высококачественных красных и инфракрасных светодиодов, но они также не имели коммерческого успеха.

Накамура считал, что Nichia должна разработать продукт, который не будет конкурировать с продуктами других, более крупных компаний. Этим продуктом будет синий светодиод. Ученые создали светодиоды, излучающие красный или зеленый свет, но попытки создать синие светодиоды не увенчались успехом. Если бы синий светодиод был разработан, его можно было бы комбинировать с красным и зеленым светодиодами для получения белого света за небольшую часть стоимости ламп накаливания и люминесцентных ламп. Руководитель Накамуры обескуражил его, отметив, что синий светодиод десятилетиями искали исследователи с гораздо лучшим финансированием. В 1988 Накамура обратился прямо к генеральному директору Nichia Огаве Нобуо, требуя более 3 миллионов долларов (долларов США) в качестве финансирования и год в Университете Флориды в Гейнсвилле, чтобы изучить химическое осаждение металлоорганических паров для производства полупроводников для синего светодиода. К удивлению Накамуры, Огава принял его требования.

Вернувшись из Флориды в 1989 году, Накамура выбрал нитрид галлия (GaN) в качестве материала для синего светодиода, главным образом потому, что большинство других исследователей использовали селенид цинка, с которым было легче работать. Выращивать высококачественные кристаллы GaN было очень сложно. Кроме того, в светодиоде свет излучается, когда ток течет через p — n переход, интерфейс между полупроводниками p и n , и никто не смог произвести GaN p . Накамура решил первую проблему в 1990 году, вырастив слой кристалла GaN при низких температурах, а затем дополнительные слои GaN поверх слоя при более высоких температурах. В 1992 г. он успешно вырастил p -типа GaN. (Работая одновременно независимо друг от друга, Акасаки и Амано разработали синие светодиоды, используя разные методы.)

В 1994 году Накамура получил степень доктора технических наук в Университете Токусима. Затем он работал над созданием синего лазерного диода с использованием GaN. В 1995 году он добился успеха, и четыре года спустя Nichia начала продавать синие лазерные диоды.

Накамура покинул Nichia — компанию, которая перестала испытывать трудности благодаря синему светодиоду и лазеру — в 1999 году и стал профессором кафедры материалов Калифорнийского университета в Санта-Барбаре в 2000 году. Ничиа попросила Накамуру подписать соглашение о конфиденциальности. с условием, что он не будет работать над светодиодами в течение нескольких лет. Калифорнийский университет посоветовал Накамуре не подписывать, и Ничиа подал на него в суд за нарушение коммерческой тайны. В 2001 году Накамура подал встречный иск на 20 миллиардов иен (19 долларов США).3 миллиона) гонораров за синий светодиод. (До этого Накамура получил всего 20 000 иен [180 долларов] за свое изобретение.) Он выиграл иск в 2004 году, но Ничиа подал апелляцию, и в 2005 году сумма компенсации была уменьшена до 840 миллионов иен (8,1 миллиона долларов). недоволен этим результатом, но иск стал важной вехой в японском законодательстве об интеллектуальной собственности.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Эрик Грегерсен

Акасаки Исаму | Биография, Нобелевская премия и факты

Акасаки Исаму

Смотреть все медиа

Дата рождения:

30 января 1929 г. Япония

Умер:

1 апреля 2021 г. (92 года) Нагоя Япония

Награды и награды:

Нобелевская премия (2014)

Предметы изучения:

светодиод

Просмотреть все связанные материалы →

Акасаки Исаму (родился 30 января 1929 года, Чиран, Япония — умер 1 апреля 2021 года, Нагоя), японский материаловед, лауреат Нобелевской премии по физике 2014 года за изобретение излучения синего света. диоды (LED), прокладывая путь для будущих инноваций. Он разделил приз с японским материаловедом Амано Хироси и американским материаловедом японского происхождения Накамура Сюдзи.

После того, как Акасаки получил B.S. из Университета Киото в 1952 году он работал в Kobe Kogyo Corp. (позже переименованной в Fujitsu) до 1959 года. Затем он поступил в Университет Нагоя, где занимал несколько преподавательских должностей, получив степень доктора технических наук (1964). Впоследствии он работал руководителем лаборатории фундаментальных исследований в Исследовательском институте Мацусита в Токио, пока не вернулся (1981 г. ) в Нагойский университет в качестве профессора. В 1992 году, когда Акасаки покинул Нагойский университет, он стал почетным профессором; Затем он поступил на факультет Университета Мейдзё в Нагое. Университет Нагоя присвоил Акасаки звание выдающегося профессора в 2004 году и назвал в его честь Институт Акасаки, построенный в 2006 году.

До работы Акасаки в 1980-х годах ученые производили светодиоды, излучающие красный или зеленый свет, но создание синих светодиодов считалось невозможным или непрактичным. Акасаки, Амано и Накамура сумели найти методы производства синих светодиодов благодаря многолетним исследованиям полупроводникового нитрида галлия (GaN). (Светодиоды представляют собой полупроводниковые диоды, которые содержат интерфейс между двумя типами полупроводниковых материалов — материалами типа n и материалами типа p — которые образуются путем легирования [введения] в каждый из них различных примесей.) При возбуждении электронами GaN излучает синий и ультрафиолетовый свет; однако выращивание пригодных для использования кристаллов GaN было проблемой.