В настоящее время светодиоды обрели широкую популярность. При этом четко разделить их по мощности, яркости свечения, области применения, форм-фактору и другим параметрам не представляется возможным, поскольку у каждого производителя своя классификация. Тем не менее, различные виды светодиодов можно объединить в классы по некоторым характерным признакам.
Индикаторные и осветительные LED
Чтобы яснее представлять, какие бывают светодиоды, их можно разделить на две большие группы: индикаторные и осветительные.
Индикаторные используются в основном в целях цветовой индикации, а также при подсветке дисплеев, приборных панелей и других приборов. То есть это светодиоды сравнительно небольшой мощности (до 0.2 Вт) с умеренной яркостью.
Осветительные LED используются при освещении помещений в составе светодиодных ламп и лент, в автомобильных фарах и везде, где требуется получить высокую интенсивность свечения. Мощность таких светодиодов может достигать десятков ватт.
Индикаторные LED
Индикаторные светодиоды, в свою очередь, можно разбить на несколько групп.
DIP светодиоды
Светодиоды этого типа представляют собой светоизлучающий кристалл в выводном корпусе, часто с выпуклой линзой. Типы корпусов: цилиндрические, диаметром 3, 4, 5, 8, 10… мм, и прямоугольные.
Выпускаются в очень широком диапазоне цветов – вплоть до ИК и УФ диапазонов. Могут быть как одноцветными, так и многоцветными (когда в одном корпусе сосредоточено несколько кристаллов разных цветов), — например, RGB.
Одним из недостатков этих LED можно отметить невысокий угол рассеяния светового потока: обычно не более 60⁰.
Super Flux “Piranha”
Конструктивно светодиоды Пиранья представляют собой сверхъяркие светодиоды в прямоугольном корпусе с четырьмя выводами. Такая конструкция позволяет надежно закрепить светодиод на плате.
Доступные разновидности: красный, зеленый, синий и три белых (различаются температурой свечения). Выпускаются в корпусах с линзой (3 и 5 мм) и без нее. Угол рассеяния варьируется в пределах от 40⁰ до 120⁰.
Область применения Piranha – подсветка автомобильных приборов, дневных ходовых огней, рекламных вывесок и т.д.
Straw Hat
Наряду с Piranha, большим углом рассеяния светового потока обладают светодиоды типа Straw Hat («соломенная шляпа»). Внешне они напоминают обычные цилиндрические двухвыводныне LED, но с меньшей высотой и увеличенным радиусом линзы, за что и получили свое название.
Излучающий кристалл в этих светодиодах расположен ближе к передней стенке линзы (не забудьте почитать про назначение линзы для светодиода), благодаря чему достигается угол рассеяния порядка 100-140⁰.
Выпускаются красные, синие, зеленые, желтые и белые LED. Благодаря способности создавать ненаправленное излучение, могут использоваться в декоративных целях, в качестве замены ламп аварийной тревоги и других местах, где требуется равномерная подсветка с низким энергопотреблением.
SMD светодиоды
Кроме выводных LED, выпускаются светодиоды типа SMD. Сюда следует отнести сверхъяркие цветные и белые светодиоды мощностью около 0.1 Вт в корпусе для поверхностного монтажа.
Размеры корпусов обычно стандартные для любых элементов типа SMD: 0603, 0805, 1210 и т.д., где маркировка обозначает длину и ширину в сотых долях дюйма или в миллиметрах.
При этом существуют как разновидности с выпуклой линзой, так и без нее.
Благодаря простоте монтажа, на основе этих LED выпускаются светодиодные ленты. Например, широкую известность в этой области приобрел светодиод Cree SMD 3528.
Осветительные LED
Эти светодиоды применяются при освещении помещений и улиц в составе фонарей, автомобильных фар, светодиодных лент и т.д. В связи с этим обладают большой мощностью, высокой интенсивностью излучения, и выпускаются только в белом цвете в корпусах для поверхностного монтажа.
Обычно производятся две разновидности, различающиеся цветовой температурой: cool white (холодный белый) и warm white (теплый белый).
Поскольку кристаллов, излучающих белый свет, в природе не существует, при производстве осветительных светодиодов прибегают к различным технологиям смешения трех базовых цветов (RGB). От способа их сложения зависит цветовая температура получаемого белого света.
Одним из способов получения белого свечения является покрытие излучающего кристалла тремя слоями люминофора, причем каждый слой отвечает за свой базовый цвет. Другой метод состоит в нанесении двух слоев люминофора на кристалл голубого цвета.
Осветительные SMD LED
Большинство осветительных светодиодов также выпускаются в корпусах SMD. В отличие от индикаторных, характеризуются большей мощностью и производятся только в белом цвете.
Стоит отметить, что некоторые осветительные LED небольшой мощности, например упомянутые выше SMD 3528, могут использоваться в качестве индикаторных, поэтому здесь разделение на типы довольно условное.
Основная область применения SMD – светодиодные ленты и лампы, переносные фонари, фары автотранспорта. При этом они дают довольно направленное излучение (порядка 100⁰-130⁰), поэтому при освещении больших территорий приходится использовать большое количество этих LED для равномерной засветки площади.
Конструктивно осветительные SMD представляют собой покрытый люминофором излучающий кристалл на теплоотводящей подложке, обычно медной или алюминиевой. Встречаются как разновидности с линзой, так и без нее.
COB светодиоды
Большое распространение получили светодиоды типа COB (Chip On Board, чип на плате). По сути, это интеграция большого количества (обычно несколько десятков) кристаллов SMD в одном корпусе, которые потом покрываются люминофором.
На картинке вверху показаны для сравнения Cree SMD 5050 (слева) и COB – матрица из 36 чипов (справа).
COB используются только для освещения. Их световой поток на порядок больше, чем у одиночных SMD. Однако следует учесть, что эти светодиоды не подойдут для создания узконаправленного излучения ввиду большого угла рассеяния светового потока. При этом создать абсолютно ненаправленное излучение тоже не получится – угол рассеяния светодиодов менее 180⁰.
Замечено, что некоторым людям неприятен спектр свечения светодиодов типа SMD или COB. Кроме того, недостаточное количество светодиодов при засветке больших площадей приводит к тому, что освещенность носит дискретный характер, то есть сильно освещенные участки чередуются со слабо освещенными. Это нужно учитывать при выборе осветительных LED.
Filament LED
Этот тип светодиодов также используется пока только для освещения. Широкое распространение получили в качестве декоративной подсветки помещений. Спектр свечения, в отличие от SMD и COB, гораздо приятнее человеческому глазу и напоминает свет лампы накаливания. При этом сохраняются все присущие LED достоинства: низкое энергопотребление и долгий срок службы.
В этом ролике демонстрируется сравнение декоративной лампы накаливания мощностью 40 Вт и лампы Filament на 4 Вт:
Здесь видно, что при мощности в 10 раз меньше, световой поток, отдаваемый лампой Filament, в 3-4 раза больше.
В то же время КПД Filament даже выше, чем у тех же SMD, — при одинаковой мощности первые позволяют получить большую освещенность. Это достигается за счет технологии COG (Chip On Glass, чип на стекле), при которой светоизлучающие кристаллы устанавливаются на стеклянную подложку, а затем покрываются люминофором.
Сама подложка имеет цилиндрическую форму, что позволяет получить угол рассеяния светового потока 360⁰. То есть такие LED очень хороши при создании ненаправленного излучения.
Лазерные диоды
И напоследок еще об одном типе, который нельзя отнести ни к индикаторным, ни к осветительным LED, – лазерный диод. Собственно, светодиодом его можно считать с натяжкой, поскольку по технологии производства он не имеет ничего общего с обычными LED.
Лазерные диоды представляют собой особым образом обработанные полупроводниковые кристаллы, которые при подаче напряжения генерируют очень узкий пучок света. При этом образцы нового поколения позволяют получить угол расхождения луча в пределах 5-10⁰. Встречаются как модели, работающие в видимом диапазоне, так и вне его (УФ и ИК).
Широкое применение эти диоды нашли в лазерных указках, целеуказателях, DVD-приводах, оптических компьютерных мышах, линиях оптоволоконной связи.
Заключение
Четко классифицировать все многообразие светодиодов достаточно сложно, поскольку редко те или иные LED производятся для каких-то конкретных целей. Тем не менее, основные направления их применения, — индикация и освещение, — пока остаются прежними, и приведенная здесь классификация подойдет для создания общего представления о видах светодиодов.
Технические характеристики светодиодов. Сравнительные таблицы
Условно все светодиоды можно разделить на две большие группы:
Осветительные это те, которые могут обеспечить световой поток не меньше, чем у традиционных источников света. Некоторые модели даже их превосходят. К ним можно отнести 4 популярных вида:
- SMD
- COB
- Filament
- PCB STAR
К индикаторным относится dip светодиоды. Рассмотрим сперва их.
Сокращение DIP расшифровывается как Direct In-line Package. Именно их в первую очередь начали массово выпускать в недалеком прошлом.
Трудно представить, но первые неказистые экземпляры для рядовых пользователей стоили от 200$ за штуку.
На сегодняшний день они уже не так распространены, но все же применяются:
- в устройствах индикации
- в панелях электронных приборов
- световых табло
- или елочных украшениях
По форме корпуса они могут быть круглыми, овальными или прямоугольными. Самые популярные типоразмеры с выпуклыми линзами – 3,5,8,10мм.
Напряжение питания 2,5-5В, при токе до 25мА.
Бывают разноцветными и многоцветными (RGB). Это когда в одном корпусе спрятано 3 перехода, а внизу есть 4 вывода.
В электрических схемах все светодиоды обозначаются как обычный диод с двумя стрелочками.
Несмотря на малые размеры и свою “древность”, отдельные модели из-за специфической формы корпуса, могут выдать в 1,5-2 раза больше яркости, чем некоторые SMD.
К тому же потребление энергии у DIP меньше чем SMD, да и стоят они дешевле. Однако SMD технология не стоит на месте и с каждым годом их параметры стремительно сближаются.
Вот таблицы с основными техническими характеристиками (сила света, рабочее напряжение, сила тока, угол свечения, цена) для индикаторных светодиодов DIP разных типоразмеров.
А также расшифровка маркировки их названий и обозначений (для просмотра нажмите на соответствующую вкладку):
Данный вид на сегодня является самым популярным. SMD расшифровывается с английского = Surface-Mount-Device.
В своей конструкции они имеют полупроводниковый чип или кристалл, установленный на подложку. Снизу расположены контакты для подключения.
Каждый такой светодиод закрывается в корпусе, который напрямую можно припаивать к любой поверхности. Поэтому то их и называют ”изделиями поверхностного монтажа”.
Несмотря на одинаковое название “СМД”, в продаже можно встретить модели обладающие абсолютно разными:
О популярности данного типа могут говорить следующие цифры. Общее количество производимых светодиодов SMD, только в одном корпусе 2835, за год составляет несколько миллиардов штук.
Почему они так популярны? Конечно из-за своих достоинств:
- продолжительный срок службы
- ну а самое главное – высокая светоотдача
Именно SMD вид используется в большинстве светодиодных лампочек и светильников.
Таблицы всех технических характеристик наиболее популярных марок светодиодов марки SMD 2835, 3528, 5050, 5730:
COB – Chip On Board. У этого вида большое количество маленьких кристаллов размещено на единой подложке и все это собрано в одном корпусе.
Схема соединения этих кристаллов – последовательно параллельная. Сверху они заливаются люминофором.
По-другому их называют светодиодными матрицами. Их достоинства:
- разнообразная форма сборки светодиодов
Все эти преимущества очень кстати подошли для изготовления ярких и компактных прожекторов. Также КОБы активно применяют там, где нужна акцентированная и декоративная подсветка.
Однако из-за близости расположения кристаллов друг к другу, происходит сильный нагрев корпуса, даже если вы и обеспечите нормальное охлаждение. Поэтому если вам нужна качественная фокусировка, придется использовать силиконовую оптику. Она стойка не только к высоким температурам, но самое главное выдерживает без последствий огромное количество циклов нагрев-остывание.
На абы какую поверхность COM матрицы ставить нельзя. Ее необходимо предварительно подготовить.
- В противном случае, от перепадов температур, подложка деформируется, что еще больше повысит температуру светодиода и приведет к его повреждению.
- Кстати, это основная причина выхода из строя светодиодных прожекторов.
- Приблизительно на один светодиодный ватт в режиме 100Лм/Вт нужно 20см2 площади радиатора.
- По норме от 6 до 10Вт может пассивно принять воздух, в то время как теплопроводность алюминия 200-300 Вт/(м*К).
- Есть у COB светодиодов и другие недостатки:
- светоотдача и срок службы меньше чем у SMD видов
Поэтому на сегодня, для решения именно энергоэффективных задач в освещении, КОБ модели не совсем подходят. Это будет экономически не целесообразным.
Таблицы технических характеристик COB светодиодов:
И матриц:
Филаментные модели представляют из себя стеклянную полоску с наклеенными поверх нее светодиодами. С двух концов полоски металлизируются.
Через них подается питание. Если здесь применить различные кристаллы, то можно добиться достаточно высокого CRI.
Люминофор наносится сверху. При этом вся конструкция помещена в стеклянную колбу, как в обычной лампочке.
Однако для всей этой конструкции, как и в любом ярком светодиоде требуется охлаждение.
Для этого здесь применяют газ — гелий. Именно благодаря ему, происходит отвод тепла на внешние стенки колбы филаментной лампочки.
По простому можно сказать, что филаментная лампочка – это КОБ светодиод, который поместили в газовую среду. Достоинства филаментных моделей:
- можно легко изготавливать привычные нам всем модели лампочек классического вида (груша, свеча, шарик). При этом начинка у них будет модернизированная.
- одинаковое светораспределение как и у ламп накаливания
Именно поэтому их применяют как альтернативная замена обычным лампочкам в светильниках и люстрах.
Однако свечение такой лампы все же сопровождается высоким нагревом. Вследствие чего, наблюдается постепенная деградация диодов, и как итог – их непродолжительный срок службы.
Таблица сравнения филаментных моделей и других видов ламп и источников света:
Если исходить из занимаемой площади, то эти светодиоды занимают первое место по величине светового потока.
Данный светодиод состоит из одного единственного кристалла, имеющего большую площадь (относительно моделей SMD).
Однако по большому счету, это тот же самый SMD вид. Он напаивается к подложке из алюминия, напоминающую по форме звезду.
Если у вас очень мощный источник света, а не множество кристаллов, то и фокусировка его упрощается. Поэтому из таких типов светодиодов PCB Star и начали массово делать яркие мощные прожекторы и не менее яркие ручные фонарики.
Таблицы всех технических характеристик светодиодов “звезда”:
Из всех представленных видов на сегодняшний день, SMD модели являются самыми универсальными. Из них делают множество световой продукции:
- Led светильники равномерной засветки
При этом производители добиваются вполне оптимальных решений по цене и светоотдаче.
Характеристики светодиода: вольт-амперные, напряжение, ток и цветовая температура
Изначально светодиоды использовались в качестве индикаторов или в небольших устройствах. Например, в гирляндах или выключателях как подсветка. Современные приборы способны полностью заменить привычные лампы в домашних, уличных условиях, в промышленности, офисах. Чтобы сделать оптимальный выбор, необходимо ознакомиться с основными моментами перед покупкой.
Классификация светодиодов по их области применения
Изначально светодиоды применялись в качестве индикаторов
Элементы led-освещения различаются по области их применения. Основные типы светодиодов: индикаторные и осветительные. Устройства не одинаковы, каждые имеют свои отличительные особенности и технические параметры.
Индикаторные светодиоды
Первый LED-светильник появился в середине прошлого века. Прибор имел тусклое красноватое свечение, небольшую энергетическую эффективность. Несмотря на недостатки, разработки в данном направлении были продолжены. Спустя 20 лет появились варианты с желтым и зеленым оттенком. К началу 90-х сила светового потока достигла 1 Люмена. К началу 2000-х значение достигло уровня 100 Люменов.
В 1993 году японские инженеры представили светодиод синего цвета. Свет устройства стал значительно ярче предшественников. С этого момента на рынке стали появляться устройства с разным свечением – сочетание синего, зеленого, желтого и красного позволяют создавать любой цвет и оттенок.
В настоящее время разработки продолжаются. Появляются новые виды светодиодов. При этом сохраняется низковольтное потребление при увеличении силы светового потока.
Осветительные светодиоды
Первые модели с низкой светимостью (DIP) были пригодны для индикаторной работы (например, в темноте виден выключатель – горит небольшой красный светодиод). Современные устройства позволяют освещать значительные площади – бытовые и промышленные помещения. Мощность светодиода выросла – LED-прибор для фонарика с показателем 3Вт аналогичен лампе накаливания на 25-30Вт. Потребление электроэнергии меньше примерно в 10 раз.
Такие светодиоды получили название осветительные благодаря основной области применения. Используются в лентах, фарах, лампах, других изделиях. Изготавливаются в отдельных корпусах, которые допускают поверхностный монтаж.
Основное отличие – выдают только белый свет холодного или теплого оттенков. Классификация:
- SMD – популярны модели с рассеивающим элементом на 100-130°; подложка для лампы из меди или алюминия, не нагреваются;
- СОВ – более мощные, сверхъяркие, состоят из множества небольших кристаллов, угол рассеивания значительный;
- Filament – обладают самым низким КПД (в сравнении с SMD), часто используются как декоративные элементы, изготавливаются различных размеров и форм.
Исходя из назначения и параметров помещения, выбирают оптимальный вариант. Характеристики осветительных устройств указаны на упаковке и в технической документации.
Преимущества и недостатки
Все больше пользователей стремятся заменить устаревшие лампы накаливания на современные модели ЛЕД-светильников. Основные плюсы использования светодиодов:
- экономия электроэнергии без ущерба для светового потока лампы;
- прочные материалы корпуса и внутренних элементов: малая вероятность механических повреждений;
- длительный срок использования: в несколько раз превышает аналогичный показатель лампочек Ильича;
- размер: диоды компактны и достаточно мобильны;
- высокая яркость;
- безопасность: минимальное напряжение сети – 3-24В.
Из недостатков отмечают высокую стоимость и необходимость в постоянном напряжении. Цена на изделия постепенно снижается благодаря высокому покупательскому спросу.
Основные характеристики
Характеристики светодиодов
Технические параметры светодиодов отличаются в зависимости от модели. Общими показателями являются:
- потребляемый ток;
- напряжение номинального характера (вольтаж изделия);
- мощность затрачиваемой электроэнергии (вольтамперный график);
- температура свечения;
- светимость (уровень светового потока).
Существуют и другие характеристики, но к ним обращаются в редких случаях. Для бытового использования достаточно учитывать только данные параметры светодиодов.
Ток потребления светодиода
Показатель позволяет выяснить количество тока, потребляемого электрически прибором (светодиодом). Для устройств с одним действующим кристаллом достаточно значения 0,02А. Если количество больше, характеристика повышается кратно числу элементов. По данному параметру подбирают резистор (стабилизатор), который устанавливается на вводе.
Стабилизатор позволяет сохранить прибор в рабочем состоянии при падениях напряжения независимо от причины. Более того – колебания величины тока светодиода изменяет цветовую температуру света от теплого к более яркому, холодному. Если скачок напряжения значительный, без дополнительного резистора диод сгорит мгновенно.
Чтобы правильно подобрать стабилизатор для преобразования тока, можно использовать специальный онлайн-калькулятор.
Номинальное напряжение
Величина напряжения – это количество тока в проводнике на выходе. Для изготовления LED-светодиодов используют разные материалы, электрические характеристики которых напрямую влияют на уровень допустимого напряжения и цвет освещения. Благодаря такой зависимости можно узнать, на какое напряжение рассчитаны конкретные светодиоды даже «на глаз». Например, если свечение желтое или красное, напряжение находится в пределах 1,9-2,5 Вольт, синее – около 3 Вольт.
Показатели тока и напряжения светодиода должны соответствовать. В противном случае диоды либо быстро сгорят, либо не будут выдавать свет на заявленном уровне.
Чтобы узнать, на сколько Вольт светодиод, можно использовать мультиметр или определить по цвету свечения. Для первого способа понадобится мультиметр и резистор – на дисплее после сборки появится значение.
Сопротивление световых диодов
Итоговое сопротивление зависит от электрической цепи, в которую подключается элемент. Один и тот же светодиод может показывать разное значение. Например, на входном – около 1 кОм, на выходном – несколько МОм.
Однако сопротивление не является линейной характеристикой. Показатель обратно пропорционален напряжению, которое подается к электросети. Чем выше напряжение питания светодиодов, тем ниже уровень сопротивления устройства.
Светоотдача и угол свечения
Сравнить уровень светоотдачи различных ламп достаточно сложно. Например, светодиод размером 5 мм отдает свет на 1-5 Лм, а лампа накаливания в 70 Вт – 750 Лм. Угол рассеивания подбирается, исходя из площади помещения.
В коридоре достаточно диода на 30°, в комнате лучше использовать элементы на 90-120° или несколько одновременно. Максимальный угол LED-светильников составляет 120°.
Наиболее освещенное место – центр, к периферии свет рассеивается.
Мощность светодиодных ламп
Мощность диода зависит от нескольких связанных показателей. Для светодиодов величина колеблется в пределах от 0,5 до 3 Вт. Рассчитывается по закону Ома: необходимо перемножить значения силы тока и напряжения. Также определяется и вольт-амперная характеристика (ВАХ) светодиода.
От уровня мощности и ВАХ светодиода зависит выбор блока питания устройства. Не допускается использовать несоответствующие элементы – лампы сгорят при чрезмерном уровне напряжения и подачи тока.
Цветовая температура
Данный показатель является схожим с характеристиками других осветительных приборов, особенно к светодиодным люминесцентным устройствам. Обозначение температуры светодиода указывается в К (Кельвинах), иногда на упаковках встречается соответствующая диаграмма – шкала, на которой диапазон указан цветом. Соответствие света и значения:
- 2700-3000 – теплый, желтоватый;
- 3500-4000 – дневной, нейтральный;
- 5500-7000 – холодный, с синевой.
Представлены основные оттенки. На практике цветов значительно больше. Подбирают температуру исходя из назначения помещения, необходимого уровня комфорта и предпочтений пользователей. Например, в спальню рекомендуют устанавливать светильники с теплым светом, а в комнаты без окон – с естественным оттенком.
Размер чипа LED-элемента
При покупке узнать размер чипа можно только по информации на упаковке. Самостоятельно проверить правильность указанных данных не получится. Средние размеры устройств: 45×45 ml, 24×40 ml и 24×24 ml на 1Вт, 0,75Вт и 0,5Вт соответственно. В привычной системе измерения – 30х30 ml равны 0,76х0,76 мм. Вследствие небольшого размера узнать точные размеры можно, разобрав устройство полностью.
Количество чипов (кристаллов) разное, зависит от модели и разновидности светодиода. В цветных элементах (RGB), которые не содержат люминофорного покрытия, их число можно посчитать.
Проверка светодиода с помощью мультиметра
Проверка светодиодов мультиметром
Мультиметр – это специальный тестер для электротехнических изделий, объединяющий функции разных устройств. На внешней панели расположен переключатель и несколько положений, одно из них – для проверки светодиодов. Порядок действий:
- Включить прибор, установить нужный режим.
- Специальными щупами коснуться «ножек» светодиода (отходящих проводов).
- Если на экране появилась цифра 1 – сменить полярность, повторить касание щупами.
- Если появился звук и диод начал светиться – все исправно, если нет – светодиод нерабочий.
Когда заведомо известно, что LED-светильник исправен, но мультиметр показывает другое, нужно проверить правильность сборки схемы: положение тестера, соединение контактов. Если и в данном случае мультиметр показывает неисправность, из строя вышел резистор.
Цветовая маркировка световых диодов
С одной стороны, цветовая маркировка позволяет определить вид и характеристики светодиода, с другой – единых обозначений не существует. Каждый производитель использует свои значения. В России есть цветовая маркировка, но ее редко используют – список элементов из цифр и букв слишком большой, запомнить достаточно сложно, расшифровка неудобна для обычного покупателя.
Более простое буквенное обозначение принимают за общепринятое (неофициально). Используют в основном для светодиодных лент. Кроме общих характеристик указывают степень защиты элемента от проникновения мусора и влаги – IP и цифры от 0 до 6.
Чтобы выбрать хороший вариант для замены устаревших лампочек, необходимо выяснить, какие бывают светодиоды, и установить параметры подключаемой электрической сети: соответствие напряжения, силы тока, сопротивления.
Ориентироваться на стоимость нельзя – марки дешевых светодиодов часто имеют завышенные параметры, используют неустойчивые материалы.
Виды и типы светодиодов — полная классификация
Быстрое развитие рынка светодиодного освещения «выкинуло» на рынок различные виды и типы светодиодов. Большая часть производителей подразделяют свои чипы способом — «как Бог на душу положит». Четкая классификация отсутствует. Но все же просматривается некоторая «четкая линия» — подразделение по видам на основании общих признаков, характеристик.
По большей мере такая классификация не совсем правильная, однако обоснована.
Нет точного разделения по характеристикам по одной простой причине: если брать цвет, то светодиоды можно отнести к одному виду или типу, а по второй ( мощности ) такие светодиоды уже с трудом можно отнести к одному виду. А так как характеристик у LEDs достаточно много, то «скомпоновать» их вместе достаточно проблематично.
На основании этого производители с легкостью сводят к одному классу COB и SMD диоды в одну группу, индикаторные и осветительные в другую. В общем и целом образовалась некоторая неразбериха по классификации светодиодов на основании характеристик.
Дабы исправить это положение стоит принять, что любые характеристики диодов условные. Только таким образом можно объединить и каким-то образом классифицировать их.
Виды и типы светодиодов индикаторных
К индикаторным типам следует относить такие виды диодов как: DIP (DIL), Superflux, Волоконные. Первые два достаточно сильно морально устарели, но все же их еще можно увидеть во многих гаджетах и устройствах. Не редки случаи, когда можно увидеть использование индикаторных диодов в качестве осветительных. Нонсенс на сегодняшний день, но это «имеет место быть». Оставим такое применение на совести производителей и будем рассматривать индикаторные светодиоды более подробно.
DIP (Dual In-line Package) или DIL (Dual In-Line – англ. двойное размещение в линию)
Интересные и устаревающие виды и типы светодиодов DIP. Дословный перевод таких светодиодов — DIP(DIL) двойное размещение в линию. По способу монтажа определяются как: PHT (Plating Through Holes – англ. через отверстие платы).
Характерными представителями этой группы в классификации являются 3мм, 5мм, 8мм и 10мм светодиоды. Мы уже говорили, что это устаревшие типы, т.к. были первопроходцами в области становления твердотельного освещения. И использование в промышленных масштабах находится под большим вопросом.
Полупроводники этого вида различаются по цвету, материалу и диаметру колбы 3мм, 5мм, 8мм,10мм и т.д. Выбор шикарен. Можно найти чипы на любой вкус и цвет от круглых до прямоугольных.
Главное достоинство любых экземпляров в этой группе — малый нагрев при достаточно не плохой яркости.
Основное использование в электронных табло, бегущих строках, разнообразных индикаторах ( отчего и идет такое разделение ).
Если смотреть со стороны конструкции, то индикаторные диоды имеют цилиндрическую форму с встроенной выпуклой линзой. Выпускают как в одном цвете, так и в многоцветном (RGB).
Обособленно в эту группу можно отнести и виды OLED диодов ( Organic Light Emitting Diode )- органические светодиоды. Популярны в производстве подсветки ЖК экранов, дисплеев и телевизоров.
Super Flux Пиранья
Светодиоды Пиранья из данной группы обладают самыми лучшими световыми характеристиками по световому потоку. Конструктивной особенностью можно считать прямоугольную форму с четырьмя выводами (пинами). На сегодняшний день имеются 4 цвета: красный, зеленый, синий, белый. Размеры: 3мм, 5мм и Falt.
Основное применение сверхярких светодиодов Пиранья — автомобили и реклама.
Особенностью и преимуществом перед DIP диодами 3,5,10 мм — наличие четырех пинов. За счет этого обуславливается более «жесткое» присоединение к плате.
Подложка Пираней выполнена из свинца, т.к. имеет большую теплопроводность. Рабочий температурный режим достаточно широкий, что позволяет применять большие входные мощности. По поводу безопасности и экологичности остается вопрос… Свинец… Не совсем экологичный материал…Мягко говоря…
Угол рассеивания светового потока широкий — от 40 до 120 градусов.
Если проводить параллель по применяемости и востребованности, то Пираньи все-таки, держат пальму первенства.
Новый вид индикаторных — волоконные светодиоды
Это одни из новых видов и типов светодиодов, которые были представлены широкой публике корейскими производителями в конце 2015 года. Пока они используются только как отдельные волокна, но не за горами тот момент, когда их можно будет использовать в текстильной промышленности. И как только этот день настанет, то их можно с большой уверенностью переносить в группу осветительных светодиодов.
Способ производства основан на покрытии подложки полиэтилентерефталатом, пропитанным раствором PEDOT:PSS (поли-3,4-этилендиокситиофена полистиролсульфоната). Далее волокна покрывают олед диодом, сушат и наносят завершающий слой фтористого лития алюминия (LiAl).
Виды и типы светодиодов осветительных
Самый интересные и широко используемые виды и типы светодиодов — осветительные. В повседневном использовании применяются диоды с белым излучением. Он в свою очередь подразделяется на: холодный белый, теплый белый. Сами по себе полупроводники не могут воспроизводить белый цвет. Поэтому используется несколько методик получения белого цвета.
К первому относится способ RGB. Самая дешевая технология получения белых диодов. Но с ее использованием ухудшается индекс цветопередачи. О том, что это такое — читайте в соответствующем материале.
Второй метод — самый распространенный. Нанесение люминофора на голубой или синий светодиод. Данный способ самый распространенный. В этом случае мы получаем желтый и зеленый цвета, или красный и зеленый. Этот метод идеален, если мы желаем получить цвет максимально приближенный к люминесцентному.
Осветительные светодиоды вида SMD
Один из самых распространенных видов в осветительной группе. Обратимся к переводу. Аббревиатура SMD — Surface Mounted Device – англ. прибор. монтируемый на поверхность.
Конструктивно такие типы достаточно сложные. Состоят из алюминиевой или медной подложки. На подложку монтируется сам кристалл, припаеваемый к контактам корпуса, в котором заключена подложка.
Кристалл покрывают линзой, в некоторых случаях только люминофором. На одной подложке можно разместить до трех диодов, в зависимости от применения будущего источника света.
Распространенный вид светодиодов – COB
Другими, наиболее распространенными и модными видами являются диоды COB типа (Chip On Board – англ. чип на плате). В этом случае на одну плату ( подложку ) монтируется от 9 и более кристаллов. Их заливают люминофором. В таком виде мы получаем светодиод с большой яркостью. Данная технология упростила и существенно удешевила изготовление светотехнических LED устройств. Световой поток COB диодов на порядок больше, чем у СМД.
Основное назначение – освещение. В то время, как COB диоды можно использовать и в качестве индикаторов.
В плане ремонтопригодности COB наименее предпочтительны, т.к. в случае перегорания придется поменять всю матрицу.
И кстати, мною давно замечено, что в COB чипах достаточно сложно (простому обывателю) определить количество, размер кристаллов. А соответственно и сопоставить полученные измерения ( подсчеты ) с заявленными характеристиками источников света.
Ну и последняя новинка 2015 года в твердотельном освещении – filament светодиоды.
Новый вид светодиодов – filament
Данный тип диодов сформировался не так давно. Но сразу полюбились покупателями. И это не мудрено, т.к. при одинаковой мощности ( в сравнении с COB или SMD ) мы можем получить большую освещенность.
Пока основное применение filament светодиодов — LED лампы. Филаментные светодиоды монтируются на стеклянную или сапфировую подложку. Технология – Chip-On-Glass. В результате чего, свет распространяется на 360 градусов. Достаточно интересная и «далеко идущая» технология.
Заключение
В принципе, указанные в статье виды и типы светодиодов не полные и данную классификацию можно расширять, применяя ряд подвидов и классов. Кому-то она покажется простой. Кому-то правильной, кому-то смешной.
Но в силу того, что никакой определенной «научной концепции» по распределению светодиодов не существует, то для общего понимания того, как можно разделить светодиоды на виды и классы мы получили.
Чего, в принципе и добивались.
Светодиоды: классификация, назначение, основные характеристики
1. Основные характеристики светодиодов:
- сила света (эффективность);
- угол излучения;
- мощность;
- рабочий ток;
- цвет (температура свечения);
- деградация светодиода.
2. Индикаторные светодиоды (ILT) (3; 4,8; 5, 8, 10 мм светодиоды с линзой) 3. СМД (SLT) светодиоды (3528, 5050) 4. Мощные (PLT) светодиоды 5. RGB светодиоды
ВОПРОС 1. Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока. Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра.
Его спектральные характеристики зависят во многом от химического состава использованных в нём полупроводников.
Иными словами, кристалл светодиода излучает конкретный цвет (если речь идёт об СД видимого диапазона), в отличие от лампы, излучающей более широкий спектр и где конкретный цвет отсеивается внешним светофильтром.
Рис.1 Устройство и внешний вид индикаторных светодиодов.
Рис.2 Обозначение светодиода на схеме
Существуют следующие основные характеристики светодиодов:
Эффективность (светоотдача).
Отношение светового потока к потребляемой мощности (Лм/Вт). Это та величина, которая в первую очередь попадает во внимание специалистов, потому что именно по эффективности определяется применимость светодиодов для систем освещения. Для сравнения:
- лампочка накаливания 8-12 Лм/Вт;
- люминесцентные (энергосберегающие) лампы 30-40 Лм/Вт;
- современные светодиоды 120-140 Лм/Вт;
- газоразрядные лампы (ДРЛ) 50-60 Лм/Вт.
Показатели очень хорошие, что позволяет успешно конкурировать с люминесцентными, натриевыми, галогеновыми лампами. Более того, светодиоды уже выигрывают по этому показателю у газоразрядных ламп, т.к. весь световой поток у них идет в одну полуплоскость, поэтому не требуются разного рода отражатели.
Рис.3 Шкала световых температур
Цветовая температура используемых светодиодов: 2500 Кельвинов- 9500 Кельвинов.
2500-3000 Кельвинов: теплый белый свет. (warm white или сокращенно WW) Он ближе к лампам накаливания. 4000-5000 Кельвинов: нейтральный белый свет.( white neutral или сокращенно NW) 6500-9500 Кельвинов: холодный белый свет. (cold white или сокращенно CW)
По источникам независимых исследований, именно нейтральный белый свет является наиболее комфортным для офисной работы, и в нем предметы становятся наиболее четкими.Нашей компание используются светодиоды с нейтральным светом .Кроме того, в осветительных приборах мы используем цветные светодиоды (основные цвета : красный, синий, зеленый, желтый) и светодиоды RGB(полноцветный светодиод).
Мощность светодиодов.
Малой мощности: до 0,5 Вт (20-60 мА).
Рис.4 Маломощные индикаторные светодиоды
Рис.5 Маломощные smd (slt) светодиоды
Средней мощности: 0,5-3 Вт (100-700 мА).
Рис.6 Светодиоды SEOULSEMICONDUCTOR, Корея, 0,5 Вт (150 мА)
Рис.7 Светодиоды Epistar , Тайвань, 1 Вт , 300 мА
Рис.8 Светодиоды NICHIA, Япония, 1 Вт, 300 мА
Большой мощности: более 3-х Вт (1000 мА и более).
Рис.9 Сверхмощный светодиод 20W
Угол свечения
Как правило 120-140 градусов, в индикаторных 15-45 градусов.
Деградация (ресурс) светодиодов
Очень важный показатель. Многие производители декларируют около 100 тысяч часов и даже более. Какие факторы оказывают влияние на ресурс светодиодов? В первую очередь это токовая деградация.
Если через диод пропустить силу тока большую, чем та, на которую он рассчитан, то наступает быстрая деградация. Как правило: в пределах первых 1000 часов. Этим пользуются недобросовестные производители.
Следующий фактор – температурная деградация. Светодиод в процессе работы нагревается. И, если не отводить тепло, то диод быстро потускнеет. Для отвода тепла применяется много конструкторских решений. В наших светильниках применяется плата с алюминиевой подложкой.
Подложка в свою очередь имеет механический контакт с корпусом светильника, что дополнительно отводит тепло. Главное: в точке пайки светодиода соблюдать температурный режим не более 65 градусов Цельсия. В наших светильниках это достигается.
Соответственно, находясь в рабочем режиме, ресурс диодов в предлагаемых светильниках составляет декларируемые 40-50 тысяч часов.
ВОПРОС 2. Индикаторные светодиоды (ILT) сегодня являются лидерами в повсеместном использовании. Появившись в 60-х годах, они быстро завоевали популярность, вытеснив лампы накаливания, используемых в качестве подсветки и индикации.
А использование в данных светодиодах кристаллы с повышенной яркостью позволяют использовать их в мощных светоизлучающих устройствах (фонари, стоп-сигналы, индикаторные огни, светофоры, DIP-ленты и т.д.). На сегодняшний день практически ни одна бытовая техника не обходится без индикаторного светодиода.
Существуют следующие стандартные типоразмеры индикаторных светодиодов : 3; 5; 4,8; 8 и 10мм.
Рис.10 Индикаторные светодиоды в схемотехнике
Рис.11 Индикаторные светодиоды в фонарях
Рис.12 Индикаторные светодиоды в светофорах
Рабочий ток таких светодиодов как правило 20-40мА , световая отдача может доходить для белого света 3-5Лм со светодиода. Угол излучения у данных светодиодов либо узкий (15-45 градусов) , либо широкий (110-140 градусов). Температура света и цветовая характеристика такая же как и у всех светодиодов. Возможно производство в 2-х цветной компоновке.
Рис.13 Индикаторный 2-х цветный светодиод.
Использование интегрированного резистора позволяет использовать индикаторные светодиоды для напряжения питания 12В.
Рис.14 Индикаторные светодиоды в DIPленте.
ВОПРОС 3. SMD-поверхностный монтаж — технология изготовления электронных изделий на печатных платах, а также связанные с данной технологией методы конструирования печатных узлов.
Технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (surface mount technology) и SMD-технология (от surface mounted device — прибор, монтируемый на поверхность), а компоненты для поверхностного монтажа также называют чип-компонентами. Данная технология является наиболее распространенным на сегодняшний день методом конструирования и сборки электронных узлов на печатных платах. Основным ее отличием от «традиционной» технологии сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы, однако преимущества технологии поверхностного монтажа печатных плат проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приемов изготовления печатных узлов.
Рис.15 Конденсатор поверхностного монтажа на плате, макрофотография
Наиболее популярные SMD(SLT) светодиоды это светодиод 3528 и 5050.
Светодиоды 3528
Рис.16 Светодиод 3528
Основные характеристики:
- Рабочий ток 20-25 мА;
- Мощность 0,07 Вт;
- Световой поток 3-7 Лм;
- Напряжение питания 3-3,2 В (для белого светодиода);
- Цвета: все оттенки белого, красный, зеленый, синий, желтый:
- Норма упаковки – бабина 2000 штук.
Использование : Светодиодные ленты, лампы, автолампы, панели, светильники.
Рис.17 Светодиодная автолампа на светодиодах 3528
Светодиоды 5050
Рис.18 Светодиоды 5050
В светодиоды 5050 используются однотипные кристаллы как и в светодиоде 3528 , только в количестве 3-х штук. А использование 3-х кристаллов разных цветов (красного, зеленого и синего) позволяют получить маломощный RGB светодиод.
Основные характеристики: -Рабочий ток 60-75мА -Мощность 0,21Вт -Световой поток 10-21Лм -напряжение питания 3-3,2В (для белого светодиода) -цвета: все оттенки белого, красный, зеленый, синий , желтый, RGB -норма упаковки – бабина 1000 штук.
Использование : Светодиодные ленты, лампы, автолампы, модули, панели, светильники.
Рис.19 Светодиоды 5050 в светодиодном модуле
ВОПРОС 4. Для производства светодиодного оборудования компания Светодиодное освещение использует светодиоды средней и большой мощности . Все они маркируются как светодиоды PLT. Сравнительная характеристики используемых светодиодов представлена в Таблице 1.
| № пп | Марка светодиодов | Страна Производит. | Потреб. Мощность, Вт | Рабочий Ток,мА | Световой поток, (эффективность) Лм/Вт | Температура света, цвет | Внешний вид |
| 1 | Epistar | Тайвань | 1 Вт | 300-330 | 120-130 | 2700-3000 К 6500-7000 К | Рис. 7 |
| 2 | SEOUL SEMICONDUCTOR | Корея | 0,5 Вт | 130-150 | 115-120 | 4000-4500 | Рис. 6 |
| 3 | NICHIA | Япония | 1 Вт | 300-330 | 130-140 | 4000-4500 | Рис. 8 |
| 4 | CREE | США | 8 Вт | 1400 | 95-100 | 5500-6000 | Рис. 20 |
Таблица 1. Сравнительные характеристики светодиодов, используемых компанией Светодиодное освещение
Рис. 20 Светодиод Cree , 8 Вт
ВОПРОС 5. RGB-светодиод — это просто три близко расположенных светодиода под одной линзой: красный — Red, зелёный — Green и синий — Blue, отсюда и название. Как известно, сочетанием этих трёх цветов можно получить любой другой цвет.
Обычно у этих трёх светодиодов объединены плюсовые (с общим анодом) или минусовые (с общим катодом) выводы, соответственно, всего у RGB четыре вывода, хотя иногда бывает, что все шесть выводов делают раздельно. То есть, фактически, управление RGB — это управление тремя светодиодами. Яркость свечения светодиода зависит от протекающего через светодиод тока.
Компанией Светодиодное освещение используются RGB светодиоды производства Epistar . В Таблице 2 приведены основные характеристики данных светодиодов.
| № пп | Марка светодиодов | Страна Производит. | Потреб. Мощность, Вт | Рабочий Ток,мА | Световой поток, (эффективность) Лм/Вт | Маркировка | Внешний вид |
| 1 | Epistar | Тайвань | 3 Вт | 900-990 | 130-160 | Мощный светодиод Emitter-3W RGB | Рис. 21 |
| 2 | Epistar | Тайвань | 0,6 Вт | 60-70 | 20-30 | SMD светодиод 5050 RGB | Рис. 18 |
Таблица 2. Сравнительная характеристика SMD светодиодов , используемых компанией Светодиодное освещение
Рис. 21 Мощный светодиод Emitter-3W RGB
Светодиоды 5050 RGB используются в основном в светодиодных лентах , модулях линейках, а мощный светодиод Emitter-3W RGB в архитектурном , ландшафтном , подводном освещении.
Рис. 22 Мощный светодиод Emitter-3W RGB используемый в светодиодном прожекторе архитектурном лучевом TYPE-3 36W 12V IP54 EP
Рис.23 SMD светодиод 5050 RGB, используемый в светодиодной ленте