Qu'est-ce qu'une DEL - description détaillée des caractéristiques et des types de DEL
Les LED sont partout : dans les maisons, les voitures, les téléphones. Ils peuvent être utilisés pour éclairer les écrans des gadgets ou pour créer des sources lumineuses économes en énergie. Aujourd'hui, c'est une source de lumière indispensable. Examinons le dispositif et les caractéristiques techniques des principaux types de LED.
Qu'est-ce qu'une LED ?
LED (de Light Emitting Diode, ou DEL) - une source électrique de lumière artificielle à l'état solide, fabriquée à partir de matériaux semi-conducteurs de conductivité p- et n-. En utilisant un certain nombre de techniques (dépôt de masque, gravure, dépôt épitaxial, etc.), une jonction p-n est produite.
Dans un matériau semi-conducteur de type p, les porteurs de courant sont des "trous", c'est-à-dire des atomes du cristal semi-conducteur qui, par dopage avec des métaux spéciaux, créent un manque d'électrons. Dans les matériaux n, les porteurs sont les électrons en excès dans le cristal.
"Le 'trou' est en fait stationnaire. Il a une charge positive égale à la charge de l'électron. Un électron qui "saute" de l'orbite externe d'un atome à l'orbite externe d'un atome voisin déplace le "trou" dans la direction opposée.
Comment cela fonctionne ou ce qui brille sur une DEL
Un courant électrique sous la forme d'un flux à contre-courant de porteurs de charge électrique - les "trous" - des "particules" positives et d'électrons - des particules négatives - peut être induit en connectant une tension constante d'une certaine magnitude et polarité à une jonction p-n. Lorsque ces flux se rencontrent dans la jonction p-n, ils se recombinent ou fusionnent. Un électron libre avec une énergie accrue entre dans le "trou" et celui-ci disparaît.
À droite, la partie semi-conductrice n du cristal est "enrichie" en électrons libres et à gauche, la partie semi-conductrice p contient des "particules" positives, les "trous".
L'énergie est libérée sous forme de quanta de lumière.. Celles-ci sont émises, c'est-à-dire rayonnées à partir de l'extrémité du cristal. Le flux de quanta frappe le réflecteur. Sa surface polie réfléchit la lumière dans la direction souhaitée. La configuration spéciale de la surface permet d'obtenir le schéma directionnel souhaité du flux lumineux.
La tension qui alimente la jonction est appliquée à l'anode de la diode (+) et à la cathode (-).
Design
La couleur lilas indique le substrat qui absorbe la chaleur. Les trapèzes gris représentent les sections transversales d'un réflecteur circulaire en aluminium. Au centre du bleu se trouve la puce LED avec des fils d'or ou d'argent soudés aux broches de l'anode et de la cathode.
Types de LEDs
Les LED - un dispositif assez "jeune". Leur classification définitive n'a pas encore été établie. C'est pourquoi de nombreux fabricants renommés utilisent leurs propres systèmes de subdivision.
Selon l'un d'entre eux, les LED sont regroupées en fonction de leur objectif comme suit :
- Indicateur.
- Illuminant.
Les voyants lumineux, dans leur regroupement, sont divisés selon les types suivants.
DIP diodes .
L'abréviation est dérivée de Dual In-line Package ou "agencement double en ligne". Les logements sont généralement des cylindres, mais il existe aussi des parallélépipèdes. À l'extrémité inférieure, il y a des fils axiaux qui sont parallèles à l'axe principal de symétrie de l'enceinte. Le fil de la cathode est plus court que celui de l'anode.
Division en types selon le diamètre du boîtier et la lentille à l'extrémité supérieure. Les diamètres vont de 2-3 mm à 20 mm ou plus. Couleur de l'éclat - n'importe quelle couleur, il existe plusieurs nuances de blanc.
Un type clignote en 2 couleurs et possède 3 fils.
Chapeau de paille.
Traduction littérale de chapeau de paille ou de bord. Lorsqu'elle est appliquée aux LED – Le boîtier ressemble à un chapeau dont le sommet est arrondi.
On peut voir les fils de différentes longueurs, le plus court est la cathode. Les limiteurs de hauteur de montage sont également visibles. Sous la lentille se trouve un cristal avec un phosphore jaune.
Super Flux "Piranha"
Traduction directe - super flux. Piranha est traduit en russe par piranha. Le nom Piranha est dérivé des terminaux métalliques sous forme de bandes étroites. La LED a été produite avec des coins coupés aux extrémités des fils lors de l'estampage pour faciliter l'insertion des trous dans le circuit imprimé. Cela a donné naissance aux "dents" acérées d'un poisson prédateur.
Les épaulements - les butées qui fixent la hauteur de la caisse au-dessus de la planche - étaient estampillés sur les broches. Cela a ouvert le boîtier pour un refroidissement par air par le bas. Les cristaux pour le refroidissement passif sont placés sur les extrémités supérieures des broches.
En plaçant 2 ou 3 puces dans le boîtier, le flux lumineux a été augmenté. Cela fait de la diode l'une des DEL les plus brillantes.
Vous pouvez voir le cristal "couvert" par la lentille et les goupilles coniques qui forment la hauteur de montage.
SMD
Abréviation de Surface Mounted Device, se traduit par dispositif monté en surface. Il s'agit de boîtiers rectangulaires en plastique ou en céramique. Les bornes se trouvent sur le fond et sur le côté du boîtier, sous forme de plots de contact.
Le plus souvent éclairé, mais à faible puissance, il peut aussi être indicateur. Les capacités vont de mW (milliwatts) à W. Lueur - toute couleur ou nuance de lumière blanche.
Lire aussi : Caractéristiques des LED SMD
OLED
Outre les LED à l'état solide basées sur des métaux semi-conducteurs - silicium, germanium, arséniure de gallium, etc., il existe un groupe de LED sur des films de composés organiques. On les appelle des diodes organiques ou OLED (Organic Light Emitting Diode).
Comme les diodes semi-conductrices, elles émettent de la lumière, mais pas avec une structure à l'état solide, mais avec des films minces. Jusqu'à présent, la principale application est le développement d'écrans monochromes. Les inconvénients actuels des films OLED colorés sont les différentes durées de fonctionnement des films avec différentes couleurs de luminescence. Au minimum, il s'agit de 12 à 15 000 heures.
Une fois améliorées, ces LED seront largement utilisées dans les téléphones mobiles, les navigateurs GPS automobiles et maritimes, les viseurs de nuit et les dispositifs de chasse et de tir de nuit, etc.
Vidéo - aperçu : comparaison entre QLED, OLED et LCD (IPS).
Filament
En 2012-2013, il y a eu des LEDs inhabituelles, appelées Filament. Il s'agit essentiellement de matrices COB qui se présentent sous la forme de longs cylindres de 2 à 3 mm de diamètre et de 15 à 30 mm de longueur. Sur un cylindre de verre ou de saphir sont collés 28-30 cristaux bleus avec des inclusions de plusieurs cristaux rouges. Ils sont reliés en une série de chaînes et, après vérification de leur bon fonctionnement, sont remplis de phosphore jaune.
Cette technologie de filament est appelée Chip-On-Glass ou COG.
Les matrices COG préfabriquées sont placées sur les armatures de lampes à incandescence classiques, installées dans un culot et logées dans une ampoule en verre ou en plastique. L'ampoule est remplie d'hélium pour refroidir les LED.
La puissance des lampes est de 2-3 à 10-12 W. Le flux lumineux correspond à l'efficacité lumineuse des LED classiques qui est de 80-100 Lm/W.
Le résultat est le remplacement d'une ampoule à incandescence par une LED. Cette lampe est souvent désignée à tort comme une ampoule à incandescence LED.
Le terme "rétrofit" vient de "retrofit". Il s'agit de nouvelles sources lumineuses dans des boîtiers aux dimensions traditionnelles.
Les figures ci-dessus montrent les différentes puissances et les différents fabricants Lampes à filament LED. Dans une ampoule en verre avec un culot E27, les modules COL à filament sont fixés à la fixation du filament.
Type PCB Star
L'abréviation de ce type de LED est dérivée de l'expression anglaise Printed Circuit Board. Ça veut dire circuit imprimé.
PCB Star diode board. Produit par la société américaine CREE, modèle XML. Le rectangle jaune est la matrice COB de la diode haute puissance.
La carte est fabriquée dans un métal qui conduit bien la chaleur, par exemple l'aluminium. La configuration de la planche est une étoile à 6 branches. La matrice de LED COB est montée en usine au centre du tableau en étoile. La carte est peinte en noir afin d'augmenter la dissipation thermique passive de l'émetteur de lumière de fonctionnement puissant.
Les 6 "étoiles" sur la gauche sont des diodes de différentes puissances et nuances de lumière blanche. Les deux en bas sont des éléments plus puissants avec de grands cercles phosphorescents jaunes. A droite, une colonne de 4. - Diodes pour montage planaire sur la surface des plots de contact du circuit imprimé.
Dessin dimensionnel d'une LED planaire de haute puissance sur un panneau en étoile. La hauteur de construction est de 6,6 mm, le diamètre du corps de la diode avec des broches planes est de 8 mm, la taille de la carte Star est de 22 mm.
Matrice COB-LED
Si sur un substrat thermiquement conducteur d'un cristal artificiel de saphir ou de silicium pour coller diélectrique quelques dizaines de cristaux semi-conducteurs lueur bleue, les connecter avec des conducteurs dans des groupes série-parallèle et remplir le sommet de phosphore jaune, nous obtenons un module LED. C'est... Matrice COB. L'abréviation est dérivée de la combinaison de mots anglais Chip-On-Board. Il se traduit par "des cristaux sur une planche".
Les matrices COB utilisent une puce LED sans âme et sans substrat. L'arrangement est extrêmement dense. Une grande partie des LED de haute puissance sont produites à l'aide de cette technologie, y compris des centaines de cristaux. Un bon dissipateur thermique assisté par un ventilateur, utilisant parfois des caloducs, peut atteindre 150-200 W ou plus dans un seul boîtier. La matrice fournit un flux directionnel avec un angle de dispersion de 100-150 degrés à 0,7 du niveau de rayonnement maximal.
Classification type
Les types de LEDs peuvent inclure :
- LED à puce unique sur une seule puce de haute puissance (matrice COB)
- paires de LED dans un seul emballage - des voyants lumineux qui clignotent alternativement en deux couleurs, par exemple rouge et jaune.
- des triplets ou triades d'émetteurs avec trois couleurs principales - rouge, vert et bleu ou RGB .Rouge, vert, bleu.
Si la LED à trois cristaux a des cristaux de la même couleur, on obtient une LED super lumineuse. Avec des cristaux de différentes couleurs, on obtient des triades RVB ou des dispositifs d'émission de lumière multicolore contrôlée.
SMD est l'abréviation de Surface Mounted Device (dispositif monté en surface). Utilisé pour l'automatisation du placement et du soudage des composants électroniques sur les cartes de circuits imprimés, y compris les LED. Il est utilisé dans les rubans, les bandes, les modules et les cartes de circuits imprimés classiques.
Les couleurs de base comprennent la paire de couleurs YB (jaune et bleu). Il existe d'autres combinaisons de couleurs qui donnent une couleur blanche après mélange.
LEDs COB puissantes
Les plus grands modèles ont des trous de fixation dans les coins du boîtier. Les plus petits modèles peuvent être montés par soudure sur une carte de circuit imprimé.
En plus des caractéristiques habituelles des LED, plusieurs paramètres supplémentaires sont ajoutés aux modèles de haute puissance :
- puissance nominale, W ;
- taille de la puce, mm ;
- le courant de fonctionnement nominal du cristal ou de la matrice ;
- la durée de vie associée aux normes L 70, L 80, etc.
LED à faible consommation
En termes de consommation d'énergie, les LED sont de 0,05 à 0,5 W, le courant de fonctionnement - 20-60 mA (puissance moyenne - 0,5-3 W, courant 0,1-0,7 A, haute - plus de 3 W, courant 1 A et plus).
D'un point de vue structurel, les LED à faible puissance comprennent plusieurs groupes d'émetteurs de lumière :
- LED SMD conventionnelles et super-brillantes ;
- Diodes DIP en boîtiers cylindriques - pour le montage dans les trous de la carte ;
- en paquets piranha - pour le montage dans les ouvertures.
L'image montre les DEL de haut en bas :
- Boîtiers DIP cylindriques - avec fils flexibles à souder dans les trous de la carte.
- Dans les boîtiers de type piranha, alias Superflux, soudez dans les trous.
- Dans des boîtiers de broches planaires pour le montage sur des plaquettes de circuits imprimés à simple ou double face ou dans les "puits" de cartes multicouches.
Caractéristiques des LEDs
Les LED sont décrites par un certain nombre de paramètres. Les plus importants sont
- intensité lumineuse et efficacité énergétique - Lm et Lm/W ;
- angle de divergence du flux lumineux - 0,5 ou 0,7 degrés, degrés - dans les modèles classiques de 120 à 140 degrés, dans les modèles indicateurs - de 15 à 45 degrés
- puissance de fonctionnement, W - petite - jusqu'à 0,5, moyenne - 0,5-3, grande - plus de 3 ;
- courant de fonctionnement à travers la diode, mA ou A ;
- la couleur ou la nuance de la lumière blanche, température de couleurKelvin, K - de 2000-2500 K - blanc chaud et jusqu'à 6500-9500 K - blanc froid.
Il existe d'autres spécifications, mais elles sont utilisées moins fréquemment. Par exemple, la caractéristique volt-ampère, ou VAR, d'une LED est la courbe du courant traversant la jonction en fonction de la tension de fonctionnement appliquée. Il est utilisé dans les calculs électriques du mode de fonctionnement d'une LED.
Dimensions .
Les dimensions d'une LED sont déterminées par les dimensions de son boîtier. Pour les boîtiers SMD, il s'agit de la longueur, de la largeur et de l'épaisseur. Les deux premières valeurs sont intégrées dans la désignation, par exemple, SMD2835, où deux paires de chiffres sont 2,8 mm - largeur et 3,5 mm - longueur. Vous pouvez obtenir l'épaisseur du corps à partir de la description ou de la fiche technique de la diode.
Pour les diodes DIP cylindriques, les caractéristiques importantes sont le diamètre du boîtier et sa hauteur avec la lentille. Il faut tenir compte de la longueur des fils et des recommandations du fabricant pour les plier avant le montage.
Longueur d'onde
Une caractéristique des LED telle que la longueur d'onde est très rarement utilisée. Plus communément appelée longueur d'onde de la luminescence.
| Teinte de la couleur | Longueur d'onde, nm |
|---|---|
| Infrarouge (invisible) | 760-880 |
| rouge | 620-760 |
| orange | 585-620 |
| jaune | 575-585 |
| jaune-vert | 555-575 |
| vert | 510-555 |
| bleu | 480-510 |
| bleu | 450-480 |
| violet | 390-450 |
| Ultraviolet (invisible) | 10-390 |
La longueur d'onde d'une diode est mesurée en nanomètres - nm. Ce n'est pas toujours indiqué dans la fiche technique du produit.
Marquage et codage couleur
Chaque fabricant a son propre marquage des LED. Par exemple, la LED-WW-SMD5050 présente un déchiffrage de ses éléments alphabétiques et numériques :
- LED - LED ;
- WW - Warm White - blanc chaud 2700-3500 K ;
- SMD - boîtier pour montage en surface ;
- 5050 - dimensions du paquet en dixièmes de millimètres - 5,0×5,0.
Abréviations des nuances de la lumière blanche :
- DW - Blanc de jour (4000-5000 K) ;
- W - Blanc, blanc pur (6000-8000 K) ;
- CW ou WC - Blanc froid (8000-10000 K) ;
- WSC - White Super Cool - blanc super froid, température de couleur 15 000 K avec une teinte bleutée caractéristique ;
- NW - Blanc neutre - 5000 K.
Il existe d'autres désignations pour les LED et les couleurs, le système n'étant pas encore totalement normalisé, les fabricants utilisent des valeurs numériques et des noms différents pour les nuances de lumière blanche.
Représentation graphique et alphabétique dans le schéma
L'anode, c'est-à-dire le plus de la LED dans les schémas électriques, est représentée par un triangle. La cathode (moins) est représentée par un tiret en croix.
Tableau de tension des LED
Pour garantir que la LED en fonctionnement présente toutes les caractéristiques données par sa conception et sa technologie de fabrication, il faut prévoir une alimentation électrique de conception. Par exemple, appliquez une tension à son anode et à sa cathode, qui sera légèrement supérieure à la tension de la jonction p-n directe. La tension excédentaire doit être "annulée" par une résistance montée en série. résistance. Cette résistance est appelée résistance de limitation du courant. Il est utilisé pour empêcher le courant de dépasser la jonction p-n.
Une LED possède deux broches - l'anode et la cathode, la cathode étant plus courte que l'anode. Si la longueur est la même, alors déterminer avec une punaise. Si une lumière apparaît, cela signifie que vous regardez l'anode.
Table. Tension continue de la jonction p-n d'une LED colorée.
| Couleur de l'éclat | Tension continue de fonctionnement, V |
|---|---|
| blanc | 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 |
| ultraviolet | 3,1–4,4 |
Lire aussi : Comment connaître le nombre de volts d'une LED ?
Applications LED
Les domaines d'application des LED sont en constante expansion. À l'origine, ils étaient utilisés comme indicateurs lumineux dans les circuits de commutation ou dans le fonctionnement des équipements électroniques. Par exemple, la mise en marche d'un émetteur, le passage à une puissance supérieure ou inférieure, etc. Possibilité de verrouiller l'activation automatique, par exemple lorsqu'un signal d'appel apparaît ou pour attirer l'attention. Des LED clignotantes ou unicolores - rouge, jaune, vert, bleu - ont été utilisées.
De petites LED DIP super lumineuses ont été connectées en chaînes série-parallèles et alimentées directement par une alimentation secteur de 220 V. En plaçant ces groupes consécutifs de diodes dans un tube en PVC transparent et en les scellant avec un produit d'étanchéité transparent, nous avons obtenu "néon flexible" - un "paquet" lumineux. Il peut être posé sur le bord de la piscine, la bordure du chemin, décorer le toit de la maison ou un arbre du jardin.
L'avènement des cartes multicouches flexibles et des boîtiers SMD pour le montage en surface a conduit au développement d'applications flexibles. Bandes LED..
Au début, ils étaient un moyen de décorer les espaces intérieurs. La puissance accrue des diodes SMD et leur densité sur la carte ont permis de commencer à utiliser les bandes de LED d'abord pour l'éclairage auxiliaire, puis pour l'éclairage principal. L'augmentation du degré de protection contre la poussière et l'humidité a conduit à l'utilisation des bandes pour l'éclairage décoratif, puis pour l'éclairage extérieur de base.
Dans le même temps, des lampes à LED ont été développées pour remplacer les lampes à incandescence dans les lampes - appliques, lustres, lampes de table. Les lampes rétrofit - analogues complets des lampes à incandescence et des tubes fluorescents en termes de forme, de taille d'ampoule et de tension d'alimentation - sont apparues. Le remplacement progressif des ampoules à incandescence par des ampoules à DEL a commencé. Dans le même temps, la production de LL a été interrompue - d'abord 100 W ou plus, puis 75, 60, etc.
Le développement de DEL uniques de haute puissance, notamment dans le boîtier émetteur ou PCB Star, a contribué à l'émergence de torches avec batteries intégrées. La brillance et la luminescence après un seul cycle de charge étaient plusieurs fois supérieures à celles du passé.
Excellente contrôlabilité des LED par des moyens électroniques - contrôleurs et gradateurs - des contrôleurs de luminosité, a permis l'utilisation de puissants projecteurs pour l'éclairage dynamique des rues et des places des villes et villages de toutes les régions du pays.
Bandes LED telles que RGB, RGBW et RGBW a permis non seulement d'obtenir un puissant flux de lumière blanche, mais aussi de faire varier sa couleur blanche dans une large gamme allant du jaunâtre chaud au bleu et au bleu froid.
La contrôlabilité des nouvelles sources lumineuses les rend largement utilisées dans la publicité lumineuse - "running lines", affichages lumineux, écrans d'information, etc. Ces sources de lumière blanche et colorée sont utilisées pour la publicité sur les façades et les toits - lettres et dessins plats et volumétriques, noms de marque, images de marque et bien plus encore.
Et tous ces modèles durent beaucoup plus longtemps que leurs homologues des lampes conventionnelles, ne nécessitent pratiquement aucun entretien et consomment beaucoup moins d'énergie. Les spécifications des LED et des diodes électroluminescentes ne cessent d'augmenter. Le coût des LED diminue et les applications se multiplient.
