Qu'est-ce qu'une LED - une description détaillée des caractéristiques et des types
Les LED sont partout : dans les maisons, les voitures, les téléphones. Avec leur aide, un éclairage lumineux des écrans de gadgets est fourni, des sources d'éclairage économiques sont produites. Aujourd'hui, ce sont des sources de lumière indispensables. Considérez l'appareil et les caractéristiques techniques des principaux types de LED.
Qu'est-ce qu'une LED
Une LED (de l'anglais Light Emitting Diode, ou LED) est une source électrique à semi-conducteurs de lumière artificielle fabriquée à partir de matériaux semi-conducteurs à conductivité p et n. En utilisant plusieurs technologies - dépôt à travers des masques, gravure, dépôt épitaxial, etc., une jonction p-n est obtenue.
Dans un matériau semi-conducteur de type p, les porteurs de courant sont des "trous" - des atomes d'un cristal semi-conducteur, dans lesquels, en se dopant avec des métaux spéciaux, ils créent une pénurie d'électrons. Dans les n-matériaux, les porteurs sont des électrons en excès dans le cristal.
Le "trou" est pratiquement immobile. Il a une charge positive égale à la charge d'un électron. L'électron, "sautant" de l'orbite extérieure d'un atome à l'orbite extérieure de l'atome voisin, déplace le "trou" dans la direction opposée.
Le principe de fonctionnement ou ce qui brille dans la LED
En connectant une tension constante d'une certaine amplitude et polarité à la jonction p-n, ils provoquent un courant électrique dans la jonction sous la forme d'un contre-courant de porteurs de charge électrique - «trous» - «particules» positives et électrons - négatifs. Lorsque ces flux se rencontrent dans une jonction p-n, ils se recombinent ou fusionnent. Un électron libre avec une énergie accrue entre dans le "trou" et il disparaît.
À droite se trouve la partie n-semi-conductrice du cristal, "enrichie" en électrons libres, à gauche se trouve la partie p-semi-conductrice avec des "particules" positives - "trous".
L'énergie est libérée sous forme de quanta de lumière. Ils sont émis, c'est-à-dire émis par l'extrémité du cristal. Le flux de quanta frappe le réflecteur. Sa surface polie réfléchit la lumière dans la bonne direction. Une configuration de surface spéciale forme le motif directionnel requis du flux lumineux.
La tension pour alimenter la transition est appliquée "+" - à l'anode de la diode et "-" - à la cathode.
Concevoir
Le substrat d'évacuation de la chaleur est représenté en lilas. Trapèzes gris - sections d'un réflecteur-réflecteur réfléchissant de configuration annulaire en aluminium.Au centre bleu se trouve un cristal à puce LED avec des fils d'or ou d'argent connectés soudés aux bornes d'anode et de cathode.
Types de LED
Les LED sont des appareils assez "jeunes". Leur classement définitif n'a pas encore été élaboré. Par conséquent, de nombreux fabricants bien connus utilisent leurs propres systèmes de subdivision.
Selon l'une d'elles, les LED sont regroupées selon leur fonction comme suit :
- Indicateur.
- Éclairage.
Les indicateurs de leur groupe sont divisés en types suivants.
Diodes DIP
L'abréviation est dérivée de Dual In-line Package ou "double in-line placement". Habituellement, les boîtiers sont des cylindres, mais il existe également des parallélépipèdes. À l'extrémité inférieure, il y a des conducteurs axiaux en fil parallèles à l'axe principal de symétrie du corps. La sortie de la cathode est plus courte que l'anode.
La division en types - en fonction du diamètre du boîtier et de la lentille à l'extrémité supérieure. Diamètres de 2-3 à 20 mm et plus. Couleur brillante - n'importe laquelle, plusieurs nuances de blanc.
L'un des types - clignotant en 2 couleurs, dispose de 3 sorties.
Chapeau de paille
La traduction littérale est un chapeau de paille ou bryl. Application aux LED – le corps est comme un chapeau avec un sommet arrondi.
Des fils de différentes longueurs sont visibles, le plus court est la cathode. Des limiteurs de hauteur d'installation sont également visibles. Sous la lentille se trouve un cristal avec un phosphore jaune.
Piranha Super Flux
Traduction directe - superflux. Piranha - traduction en russe - piranha. Le nom de la LED était dû aux particularités des fils métalliques sous la forme de bandes étroites. Pour simplifier l'installation dans les trous de la carte de circuit imprimé, les coins ont été coupés aux extrémités des broches lors de l'emboutissage. C'est ainsi que se sont révélées les «dents» acérées d'un poisson prédateur.
Sur la sortie, des «épaules» sont estampées - des limiteurs qui définissent la hauteur du boîtier au-dessus de la planche. Ainsi, le boîtier a été ouvert pour le refroidissement par air par le bas. Des cristaux pour le refroidissement passif ont été placés sur les extrémités supérieures des conducteurs.
En plaçant 2 ou 3 puces dans le boîtier, ils ont augmenté le flux de lumière. Et la diode est tombée dans le groupe des super-lumineuses.
On peut voir un cristal "couvert" par une lentille et des conducteurs rétrécis de la hauteur d'installation.
CMS
Abréviation de Surface Mounted Device, traduit de l'anglais - un appareil installé sur la surface. Ils ressemblent à des boîtiers rectangulaires en plastique ou en céramique. Conclusions - d'en bas et sur le côté du boîtier sous forme de coussinets.
Le plus souvent - éclairage, mais à faible puissance, ils peuvent également être des indicateurs. Puissances de mW (milliwatt) à W. La lueur est n'importe quelle couleur ou nuance de lumière blanche.
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OLED
En plus des LED à semi-conducteurs à base de métaux semi-conducteurs - silicium, germanium, arséniure de gallium, etc., il existe un groupe de LED sur des films de composés organiques. Elles sont appelées LED organiques ou OLED - Organic Light Emitting Diode.
Ils émettent également, comme les diodes à semi-conducteurs, de la lumière, mais pas avec une structure solide, mais avec des couches minces. Alors que l'application principale se trouve dans le développement d'écrans monochromes. Les inconvénients existants des films OLED couleur sont les différents temps de fonctionnement pour les films de différentes couleurs de lueur. Au minimum, cela représente environ 12 à 15 000 heures.
Après amélioration, ces LED seront largement utilisées dans les téléphones portables, les navigateurs GPS de voiture et de bateau, dans les viseurs nocturnes et les appareils de chasse et de tir nocturnes, etc.
Revue vidéo : comparaison de QLED, OLED et LCD (IPS).
Filament
En 2012-2013des LED inhabituelles sont apparues, qu'ils ont appelées Filament. En fait, ce sont des matrices COB sous forme de longs cylindres d'un diamètre de 2-3 et d'une longueur de 15-30 mm. 28 à 30 cristaux bleus entrecoupés de quelques rouges sont collés sur un cylindre de verre ou de saphir. Ils sont connectés en chaînes en série et, après vérification de l'état de fonctionnement, ils sont remplis d'un luminophore jaune.
Cette technologie de fabrication de modules de filaments est appelée Chip-On-Glass ou COG.
Les matrices COG prêtes à l'emploi sont placées sur les raccords des lampes à incandescence conventionnelles, installées dans la base et placées dans un flacon en verre ou en plastique. Pour refroidir les LED, le ballon est rempli d'hélium.
Puissance de la lampe - de 2-3 à 10-12 watts. Le flux lumineux correspond à l'efficacité lumineuse des LED conventionnelles de 80-100 lm/W.
Le résultat est une lampe à incandescence LED retrofit. La lampe est souvent appelée à tort lampe à incandescence LED.
Le terme retrofit vient de l'anglais. rétrofit - modernisation ou modification. Ce sont de nouvelles sources lumineuses dans des boîtiers aux dimensions traditionnelles.
Les chiffres ci-dessus sont différents en puissance et en fabricants lampes LED à incandescence. Dans un flacon en verre à culot E27, des modules COL à filament sont fixés sur les raccords à filament.
Type d'étoile PCB
L'abréviation pour les LED de ce type est dérivée de l'expression anglaise Printed Circuit Board. Sa traduction est circuit imprimé.
Carte à diodes de type PCB Star. Le fabricant est la société américaine CREE, modèle de diode XML. Le rectangle jaune est la matrice COB de diodes de puissance.
La planche est faite d'un métal qui conduit bien la chaleur, comme l'aluminium. La configuration de la carte est une étoile à 6 rayons.La matrice de LED COB est montée en usine au centre de la carte étoile. La carte est peinte en noir pour améliorer la dissipation thermique passive générée par un puissant dispositif d'émission de lumière de travail.
6 "étoiles" à gauche - diodes de différentes puissances et nuances de lumière blanche. Les deux du bas sont des éléments plus puissants avec de grands cercles de phosphore jaune. A droite se trouve une colonne de 4 pièces. – diodes pour montage planaire à la surface des plots d'une carte de circuit imprimé.
Dessin dimensionnel d'une LED planaire puissante sur une carte étoile. La hauteur de la structure est de 6,6 mm, le diamètre du corps de la diode à fils plans est de 8 mm, la taille de la carte Star est de 22 mm.
Matrice LED COB
Si plusieurs dizaines de cristaux semi-conducteurs bleus sont collés avec de la colle diélectrique sur un substrat thermoconducteur constitué d'un saphir artificiel ou d'un cristal de silicium, reliés par des conducteurs en groupes série-parallèles et remplis d'un luminophore jaune sur le dessus, nous obtenons un module LED. ce Matrice COB. L'abréviation est dérivée de l'expression anglaise Chip-On-Board. Il est traduit par "cristaux sur le tableau".
Les matrices COB utilisent des puces à puce LED sans emballage sans substrats. Le logement est extrêmement étroit. Cette technologie produit une part importante des LED haute puissance, dont des centaines de cristaux. Un bon dissipateur thermique refroidi par ventilateur, utilisant parfois des caloducs, vous permet d'atteindre une puissance de 150 à 200 W ou plus dans un boîtier.La matrice fournit un flux directionnel avec un angle de diffusion de 100 à 150 degrés à un niveau de 0,7 du maximum de rayonnement.
Classement des types
Les types de LED comprennent :
- LED simples sur une seule puce haute puissance (matrice COB);
- paire de LED dans un seul paquet - diodes indicatrices clignotant alternativement en deux couleurs, par exemple rouge et jaune ;
- triplets ou triades d'émetteurs de trois couleurs primaires - rouge, vert et bleu ou RVB: Rouge - Rouge, Vert - Vert, Bleu - Bleu.
Si dans une LED à trois cristaux il y a des cristaux de la même couleur de lueur, nous avons une LED super lumineuse. Avec différentes couleurs de lumière cristalline, nous obtenons une triade RVB ou un dispositif émetteur de lumière contrôlé multicolore.
SMD est une abréviation de l'expression anglaise Surface Mounted Device, un dispositif de montage en surface. Utilisé pour automatiser le placement et le soudage de composants électroniques sur des cartes de circuits imprimés, incl. et LED. Utilisé dans les rubans, les règles, les modules et les cartes de circuits imprimés conventionnels.
Les couleurs principales comprennent également une paire de couleurs YB - jaune, jaune et bleu, bleu. Il existe d'autres combinaisons de couleurs qui donnent du blanc lorsqu'elles sont mélangées.
LED COB puissantes
Les grands modèles ont des trous de montage dans les coins du boîtier. Les modèles plus petits sont soudés sur la carte de circuit imprimé.
En plus des caractéristiques habituelles des LED, les modèles puissants ajoutent plusieurs paramètres supplémentaires :
- puissance nominale, W ;
- taille des copeaux, mm ;
- courant de fonctionnement nominal du cristal ou de la matrice ;
- durée de vie associée aux normes L 70, L80, etc.
LED basse consommation
En termes de consommation électrique, ce sont des LED de 0,05 à 0,5 W, courant de fonctionnement - 20-60 mA (puissance moyenne - 0,5-3 W, courant 0,1-0,7 A, grande - plus de 3 W , courant 1 A et plus) .
Structurellement, les LED basse consommation comprennent plusieurs groupes d'émetteurs de lumière LED :
- Les LED dans les boîtiers SMD sont ordinaires et super lumineuses ;
- Diodes DIP dans des boîtiers cylindriques - pour le montage dans des trous de cartes de circuits imprimés;
- dans les boîtiers de type piranha - pour le montage dans des trous.
Sur la photo, les LED de haut en bas :
- Dans des boîtiers DIP cylindriques - avec des fils conducteurs flexibles à souder dans les trous de la carte.
- Dans les boîtiers de type piranha, ils sont également Superflux, soudant à travers les trous.
- Dans des boîtiers avec des broches planes pour le montage sur des plages de contact de cartes de circuits imprimés à une et deux faces ou dans des "puits" de cartes multicouches.
Caractéristiques des LED
Les LED sont décrites par de nombreux paramètres. Le plus important d'entre eux :
- intensité lumineuse et efficacité énergétique - Lm et Lm / W;
- l'angle de divergence du flux lumineux à des niveaux de 0,5 ou 0,7 degrés - pour les ordinaires de 120 à 140 degrés, pour les modèles à indicateur - de 15 à 45 degrés;
- puissance consommée pendant le fonctionnement, W - petit - jusqu'à 0,5, moyen - 0,5-3, grand - plus de 3;
- courant de fonctionnement à travers la diode, mA ou A ;
- couleur ou nuance de lumière blanche Température colorée, degrés Kelvin, K - de 2000-2500 K - blanc chaud et jusqu'à 6500-9500 K - blanc froid.
Il existe d'autres caractéristiques, mais elles sont moins utilisées. Par exemple, la caractéristique courant-tension, caractéristique I-V d'une LED est une courbe de courant à travers une jonction par rapport à la tension de fonctionnement qui lui est appliquée. Il est utilisé dans les calculs électriques du mode de fonctionnement des LED.
Dimensions
Les dimensions de la LED sont déterminées par les dimensions de son boîtier.Pour les boîtiers SMD - longueur, largeur, épaisseur. Les deux premières valeurs sont intégrées dans la désignation, par exemple, SMD2835, où deux paires de chiffres sont de 2,8 mm - largeur et 3,5 mm - longueur. L'épaisseur du boîtier doit être tirée de la description ou du passeport de la diode.
Pour les diodes DIP cylindriques, les caractéristiques importantes sont le diamètre du boîtier et sa hauteur avec une lentille. Dans ce cas, il est nécessaire de tenir compte de la longueur des fils conducteurs et des recommandations du fabricant pour les plier avant l'installation.
Longueur d'onde
Une caractéristique des LED telle que la longueur d'onde est très rarement utilisée. Souvent appelée la couleur de la lueur.
| Nuance de couleur | Longueur d'onde, nm |
|---|---|
| infrarouge (invisible) | 760-880 |
| rouge | 620-760 |
| Orange | 585-620 |
| jaune | 575-585 |
| vert jaunâtre | 555-575 |
| vert | 510-555 |
| bleu | 480-510 |
| bleu | 450-480 |
| violet | 390-450 |
| UV (invisible) | 10-390 |
La longueur d'onde de la lueur de la diode est mesurée en nanomètres - nm. Ce n'est pas toujours indiqué dans les données de passeport du produit.
Désignation et marquage de couleur
Chaque fabricant a son propre marquage des LED. Par exemple, dans la désignation de la LED - LED-WW-SMD5050, ses éléments alphabétiques et numériques sont décodés :
- DEL - DEL ;
- WW - couleur luminescente Warm White - blanc chaud 2700-3500 K;
- SMD - boîtier de montage en surface ;
- 5050 - dimensions du corps en dixièmes de millimètre - 5,0 × 5,0.
Variantes d'abréviations pour les nuances de lumière blanche :
- DW - Blanc jour - jour blanc (4000-5000 K);
- W - Blanc, blanc pur (6000-8000 K);
- CW ou WC - Cool White - blanc froid (8000-10 000 K);
- WSC - White Super Cool - blanc super froid, température de couleur 15 000 K avec une teinte bleutée caractéristique ;
- NW - Blanc Neutre - blanc neutre - 5000 K.
Il existe d'autres désignations pour les LED et les couleurs, le système n'a pas encore été entièrement normalisé, les fabricants utilisent donc différentes valeurs numériques et noms pour les nuances de lumière blanche.
Image graphique et alphabétique sur le schéma
L'anode, également connue sous le nom de plus de la LED, est représentée par un triangle sur les circuits électriques. Cathode (moins) - un tiret transversal.
Tableau des tensions LED
Pour que la LED fournisse pendant le fonctionnement toutes les caractéristiques spécifiées par sa technologie de conception et de fabrication, elle doit être dotée d'une alimentation calculée. Par exemple, appliquez une tension à son anode et à sa cathode, qui sera légèrement supérieure à la tension continue de la jonction p-n. L'excès de tension doit être "éteint" en série résistance incluse. La résistance est appelée résistance de limitation de courant. Il sert à empêcher un excès de courant à travers la jonction p-n.
La LED a deux fils de contact - l'anode et la cathode, la cathode est plus courte que l'anode. Si la longueur est la même, alors définir Vous pouvez les utiliser avec une pile au doigt. S'il y a de la lumière, alors vous avez une anode devant vous.
Table. Tension directe de la jonction p-n de la LED colorée.
| Couleur éclatante | Tension de fonctionnement, continue, V |
|---|---|
| blanche | 3,5 |
| rouge | 1,63–2,03 |
| Orange | 2,03–2,1 |
| jaune | 2,1–2,18 |
| vert | 1,9–4,0 |
| bleu | 2,48–3,7 |
| violet | 2,76–4 |
| infrarouge | jusqu'à 1,9 |
| UV | 3,1–4,4 |
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Application des LED
La portée des LED est en constante expansion. Initialement, ils étaient utilisés comme indicateurs lumineux dans des circuits pour allumer ou faire fonctionner des équipements électroniques.Par exemple, allumer l'émetteur, passer à une puissance augmentée ou réduite, etc. Ils pourraient fixer l'activation automatique, par exemple, lorsqu'un signal d'appel apparaît ou pour attirer l'attention. Des LED clignotantes ou monochromes ont été utilisées - rouge, jaune, vert, bleu.
Des LED DIP super lumineuses de petite taille ont été connectées en chaînes série-parallèles et alimentées directement à partir d'un réseau 220 V. En plaçant ces groupes de diodes en série dans un tube en PVC flexible transparent et en les remplissant d'un scellant transparent, nous avons obtenu "néon souple"- un garrot lumineux". Il peut être posé le long du bord de la piscine, le bord du chemin, décorer le toit de la maison ou un arbre dans le jardin.
L'avènement des cartes multicouches flexibles et des boîtiers SMD pour le montage en surface a conduit à la création de Bandes LED.
Au départ, il s'agissait de moyens de décoration intérieure décorative. Une augmentation de la puissance des diodes SMD et de la densité de leur placement sur la carte a permis de commencer à utiliser des bandes de LED, d'abord pour l'éclairage auxiliaire, puis pour l'éclairage principal. Une augmentation du degré de protection contre la poussière et l'humidité des bandes a conduit à leur utilisation pour l'éclairage décoratif, puis pour l'éclairage principal dans les conditions de la rue.
Dans le même temps, des lampes à LED ont été développées pour remplacer les lampes à incandescence dans les lampes - appliques, lustres et lampes de table. Des lampes de rénovation sont apparues - des analogues complets des lampes à incandescence et des tubes fluorescents en termes de forme, de taille d'ampoule et de tension d'alimentation. Le remplacement progressif des lampes à incandescence par des rétrofits à LED a commencé. Dans le même temps, la production de LN a été arrêtée - d'abord 100 W ou plus, puis 75, 60, etc.
Le développement de puissantes LED simples, en particulier dans le package Emitter ou PCB Star, a contribué à l'émergence de lampes de poche avec une batterie intégrée. La luminosité et la durée de la lueur après un cycle de charge étaient plusieurs fois supérieures à celles des modèles précédents.
Excellente contrôlabilité des LED par des moyens électroniques - contrôleurs et gradateurs - les gradateurs, ont permis l'utilisation de projecteurs puissants dans l'éclairage dynamique de la lumière des rues et des places des villes et villages de toutes les régions du pays.
Type de bande LED RVB, RVBW et RVBWW a permis non seulement d'obtenir de puissants flux de lumière blanche, mais aussi de changer sa teinte blanche sur une large gamme allant du jaunâtre chaud au bleuté et au bleu froid.
La contrôlabilité de nouvelles sources lumineuses permet de les utiliser largement dans la publicité lumineuse - "lignes rampantes", affichages lumineux, écrans d'information, etc. Utilisez ces sources lumineuses aux couleurs vives et blanches dans la publicité de façade et sur les toits - lettres et dessins plats et tridimensionnels, noms de marque, images de marque et bien plus encore.
Et toutes ces conceptions fonctionnent beaucoup plus longtemps que leurs homologues sur des lampes conventionnelles, ne nécessitant presque aucun entretien et consommant beaucoup moins d'électricité. Les caractéristiques techniques des LED et des équipements d'éclairage ne cessent de croître. Le coût des LED diminue et l'application se développe.
