Виды светодиодов, маркировка и параметры

Эта статья раскрывает секреты светодиодов, которые известны только профильным специалистам. Вы узнаете какие виды led выпускаются промышленностью, познакомитесь с технологиями их изготовления и характеристиками. Отдельный раздел посвящен особенностям модельного ряда светодиодов, применяемых в лентах и светильниках.

Мы расскажем как распознать маркировку светоизлучающих диодов, как узнать параметры светодиода, определить расположение анода/катода по малозаметным признакам. Вы убедитесь, что обычная линейка поможет узнать типоразмер smd-диода и затем найти о нем необходимую информацию.

1. Всё о видах светодиодов

Вначале светодиоды применялись лишь в качестве индикаторов на аппаратуре и оборудовании. Яркость индикаторных светоизлучающих диодов была невелика, и их свечение было хорошо заметно только в темноте. Изделия отличались выводной конструкцией – из круглого корпуса выходили два вывода (анод и катод).

С развитием технологий и появлением потребности в альтернативных источниках света появились более мощные и яркие диоды. Результатом многолетних разработок стали SMD-диоды и многокристальные COB-диоды. Они используются в современных светильниках, люстрах и прожекторах, выгодно отличаясь от ламп накаливания и галогеновых большей светоотдачей и яркостью, достигающей нескольких тысяч люменов.

2. Главные три типа светодиодов

Рассмотрим более подробно основные виды светоизлучающих диодов, имеющие различное конструктивное исполнение и производимые по разной технологии.

Выводные светодиоды

Для выводных светодиодов характерно наличие, так называемых, «ножек», предназначенных для их монтажа в отверстиях печатной платы. Этот тип продукции применяется для индикации и подсветки.

Отдельные модификации используются в бытовых фонарях, переносных светильниках, «лазерных» указках. Встречаются 3 типовых модификации корпусов:

Круглой формы 3, 5, 8 мм

Прямоугольные светодиоды «Пиранья»

Цилиндрические светодиоды

SMD светодиоды

SMD светодиоды устанавливаются на плату методом поверхностного монтажа. Их основой является светодиодный чип (кристалл), размещенный в прямоугольном или квадратном корпусе. Плюсовой и минусовой выводы выполнены в виде металлических полосок.

Процесс создания СМД-диода состоит из четырех этапов: выращиванию кристалла, планарной обработки пленки, бинирования (сортировки чипов по категориям – бинам), размещения полученных чипов в специализированный корпус. Кристаллы выращиваются при помощи технологии, использующей металлоорганическую эпитаксию: послойное наращивание кристаллической структуры и создание контактных отводов от каждого p-n перехода.

Выращенные кристаллы размещаются на подложке, отводящей излишки тепла. При наличии эффективного теплоотвода даже мощные модели работают в стабильном рабочем режиме. Срок беспроблемной службы составляет несколько лет.

На поверхность готовых чипов наносят один из вариантов оптического покрытия, чаще всего люминофор. На мощных светоизлучающих диодах монтируют пластиковую фокусирующую линзу, формирующую диаграмму направленности светового потока.

Светодиодные светильники комплектуются сборкой SMD-диодов, обеспечивающей требуемую величину светового излучения, измеряемую в люменах.

COB-светодиоды

Идея COB-матрицы состоит в размещении большого числа светодиодных элементов на общей подложке. Такое решение обеспечивает более высокую плотность кристаллов на единицу площади по сравнению с SMD-технологией (дискретные чипы в отдельных корпусах).

В итоге компактная матрица излучает суммарный световой поток с лучшей интенсивностью и однородностью. Керамическая или алюминиевая подложка с диодами герметично заливается люминофором. Для отвода излишков тепла готовая плата устанавливается на радиатор.

COB-диоды соединяются последовательно в кластеры. При питании 9 вольт – 3 штуки, 12 вольт – 4 штуки. Рабочий ток нормируется, исходя из вида используемых кристаллов. Соединение созданных кластерных цепочек выполняется параллельно в соответствии с требуемой выходной мощностью/яркостью.

3. Основные параметры светодиодов в светодиодных лампах, ленте, светильниках

При выборе светотехнического устройства необходимо принимать во внимание параметры установленных в нем светоизлучающих диодов. Рассмотрим главные характеристики.

Ток

Однокристальные светодиоды имеют среднюю величину рабочего тока в пределах 200 mA. В многокристальных чипах ток соответственно выше. Нестабильность тока, выдаваемого драйвером (блоком питания), негативно сказывается на интенсивности свечения и длительности службы. Увеличение тока является причиной повышения цветовой температуры и оттенка свечения чипа.

Напряжение

Для электропитания светодиодов используются специальные драйверы, обеспечивающие стабильность тока. Напряжение «плавает» в границах, отличающихся для различных моделей. В таблице ниже можно посмотреть виды светодиодов по напряжению.

Цвет	Длина волны	Напряжение
Инфракрасный	от 769 нм	до 1.9 В
Красный	610-760 нм	от 1.6 до 2.03 В
Оранжевый	590-610 нм	от 2.03 до 2.1 В
Желтый	570-590 нм	от 2.1 до 2.2 В
Зеленый	500-570 нм	от 2.2 до 3.5 В
Синий	450-500 нм	от 2.5 до 3.7 В
Фиолетовый	400-450 нм	от 2.8 до 4 В
УльтраФиолетовый	до 400 нм	от 3.1 до 4.4 В
Белый	широкий спектр	от 3 до 3.7 В

А вот светодиодная лента запитывается стабилизированным напряжением. Токовая характеристика задается токоограничивающими резисторами.

Мощность

Этот параметр требуется для расчета нагрузки и подбора блока электропитания. Он вычисляется с помощью простой формулы P = U х I.

Мощность led может быть:

• малой – менее 0,5 ватт;
• средней – 0,5-3 ватта;
• большой – от 3 ватт.

Световой поток

Светодиоды формируют световой поток с углом рассеивания 100-120 градусов. Для лучшей фокусировки излучения устанавливаются специальные купольные линзы.

Цветовая температура

От цветовой температуры светового излучения зависит комфортность зрительного восприятия искусственного светодиодного освещения. В продаже представлены линейки светоизлучающих диодов с разным оттенком белого свечения:

• 2700-3500 Кельвинов – теплое;
• 23500-5000 Кельвинов – нейтральное/дневное;
• выше 5000 Кельвинов – холодное.

Габариты

Светодиоды различаются по типоразмеру и габаритам. Измерение длины и ширины изделия позволяет точно определить модификацию SMD-светодиода.

Виды SMD светодиодов и их особенности

Рассмотрим классификацию СМД-диодов по особенностям исполнения, а также наиболее популярные модели, используемые в разнообразной светотехнической продукции.

Одно-, двух-, трехкристальные SMD светодиоды

Однокристальные – состоят из одного монохромного кристалла и отличаются уровнем мощности/яркости. Маломощные модели потребляют ток до 20 мА и выдают световой поток величиной 5-50mCd и 100-2000mCd в зависимости от модификации. Кристалл закрывается линзой, имеющей плоскую или сферическую форму. Для работы более мощных светодиодов требуется ток 50 мА - 1 А и конструкция с эффективным теплоотводом.

Многокристальные – содержат разное число кристаллов, позволяющее обеспечивать нужную яркость и цветовую палитру свечения. Значение рабочего напряжения бывает различным и нормируется производителями. Например, продукция компании Cree работает при электропитании 6-72 В с мощностью до 25 Вт.

Цвет свечения

Светодиоды выпускаются в 2 разновидностях, отличающихся способом цветообразования:

• одноцветные – на базе однокристальных чипов, излучающих свечение белого, желтого и других основных цветов;
• мультицветные – имеют трех кристальную структуру, состоящую из чипов, которые светятся красным/зеленым/синим цветом. Эти базовые цвета микшируются, позволяя создавать сотни цветовых оттенков. Световые потоки от 3 кристаллов объединяются в единый световой пучок при помощи оптической линзы или без нее за счет их пространственного сложения. Для регулировки цветовой палитры и яркости применяется RGB контроллер.

Типоразмер

Типоразмеры смд-диодов кодируются четырехзначным числом, обозначающим их линейные размеры. Вот наиболее распространенные варианты:

SMD3528 – маломощная модель, имеющая низкую энергоэффективность. Экономичное по цене решение для неярких светодиодных лент. Прямоугольный корпус размером 3,5х2,8х1,4 мм.

SMD5050 – чип из 3 кристаллов 3528 с зеленым, красным, синим свечением и втрое увеличенной суммарной яркостью. Габариты 5,0х5,0х1,6 мм. Квадратный корпус с шестью выводами.

SMD2835 – однокристальный чип с небольшим энергопотреблением при довольно высокой мощности. Размер 2,8х3,5х0,8 мм. Увеличение площади контактов позволило улучшить отвод тепла. Слой люминофорного покрытия увеличивает интенсивность светового потока.

SMD5630 – разновидность мощного светоизлучающего прибора с высокой яркостью. Размер 5,6х3,0х0,77 мм. Оснащен четырьмя выводами.

SMD5730 – является практически полным аналогом предыдущей модели. Встречаются модификации 5730-05 и 5730-1.

SMD3014 – вариация мощного led-источника с величиной светового пучка 9-11 Люменов. Выпускаются на базе чипов, имеющих различное число кристаллов. Увеличенная площадь теплоотводящей подложки способствует эффективному отводу тепловой энергии.

Можно встретить смд-светодиоды типоразмера 3030, 7020, 8520, используемые гораздо реже. Производители периодически выпускают на рынок новые светодиоды, параметры и характеристики которых значительно отличаются. Задача как определить параметры светодиода решается аналогично другим моделям.

Рейтинг SMD-светодиодов

Место	Производитель	Страна	Особенности продукции
1	CREE	США	Использование высокоэффективных материалов InGaN с запатентованной подложкой G SIC ®
2	NICHIA	Япония	Служит калибровочным эталоном световых и излучаемых величин для светодиодных изделий, применяемым в Национальном институте передовых промышленных наук и технологий (AIST). Отличается равномерным пространственным распределением света, отличной температурной стабильностью и воспроизводимостью освещения
3	TOYODA GOSEI	Япония	Известна светодиодом, воспроизводящим свет на 99% приближенный к солнечному. Разрабатывает модули глубокого ультрафиолетового света, эффективного в борьбе с вирусами и бактериями
4	OSRAM	Германия	Много инновационных разработок, таких как светодиоды UV-C, излучающие в УФ-спектре и способные обеззараживать воздух, воду, рабочие поверхности. Производит светоизлучающие диоды практически всех видов
5	Lumileds	Европа	Славится высоким качеством, благодаря строгому контролю материалов и технологических процессов, всестороннему тестированию готовых изделий

Как правильно расшифровать маркировку?

Маркировка смд светодиодов предоставляет пользователю краткую информацию
об изделиях. Например, перед нами светоизлучающий диод,
маркированный SMD 2835 UWC 5. Расшифровываем: типоразмер
2835 с габаритами 2,8×3,5 мм, мощностью 0,5 Вт, белый оттенок свечения.

Тип SMD	Кол-во кристаллов	Габариты, мм
3528	1	3,5х2,8х1,4
5050	3 / 4	5х5х1,6
5630	1	5,6х3х0,75
5730	1 / 2	5,7х3х0,75
3014	1	3х1,4х0,75
2835	1	2,8х3,5х0,8

Как определить светодиод по внешнему виду?

Измеряете габариты диода с помощью любой линейки. Ищете размеры в таблице, определяете тип изделия и смотрите его характеристики.

Тип SMD	Кол-во кристаллов	Габариты, мм	Мощность, Вт	Ток, мА	Светопоток, Лм
3528	1	3,5х2,8х1,4	0,02 / 0,06	20	5-7
5050	3 / 4	5х5х1,6	0,02	60 / 80	18-20
5630	1	5,6х3х0,75	0,2-0,4	150	58
5730	1 / 2	5,7х3х0,75	0,5 / 1	150 / 300	50 / 158
3014	1	3х1,4х0,75	0,1-0,12	30	9-13
2835	1	2,8х3,5х0,8	0,2 / 0,5 / 1	60 / 150 / 300	20 / 50 / 100

Как определить полярность светодиода?

В прозрачном корпусе выводного светодиода можно увидеть анод и катод характерной формы.

На SMD-корпусах виден угловой срез, указывающий на катодный вывод. На тыльной стороне размещена площадка теплоотвода, смещенная в сторону анода.

Еще одним указателем полярности являются пиктограммы: треугольник, буквы П и Т. Направление буквенных выступов и вершины треугольника указывает на катод.

Достоинства и недостатки светодиодов

Тип LED	Достоинства	Недостатки
Выводные	минимальная цена	малая яркость
SMD	простота ремонта и замены невысокая стоимость; надежность в эксплуатации; высокая светоотдача	-
COB	больший срок службы (50 тыс.ч.); лучшая равномерность свечения; высокий CRI	ремонт и замена отдельных COB-диодов невозможны; дорогая цена