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.

Цветовая температура.

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