LED semi-conducteur. LED avec phosphore. Comment calculer la résistance d'une LED

introduction

LED, ou diode électroluminescente (LED, LED, LED de l'anglais " Diode électro-luminescente "), est un dispositif semi-conducteur avec une jonction électron-trou (jonction pn) ou un contact métal-conducteur, qui crée un rayonnement optique lorsqu'un courant électrique le traverse dans le sens direct. Un cristal de LED produit un rayonnement optique dans un spectre plutôt étroit. Ses caractéristiques spectrales dépendent principalement de la composition chimique des semi-conducteurs utilisés dans sa fabrication. En d'autres termes, un cristal de LED émet une couleur spécifique (si l'on parle de LED dans le domaine visible), contrairement à une lampe émettant un spectre plus large, et où une couleur spécifique est éliminée par un filtre de lumière externe.

Histoire

L'électroluminescence a été découverte et décrite pour la première fois en 1907 par le scientifique Henry Joseph Round, qui l'a découverte en étudiant le passage du courant dans une paire de métal - carbure de silicium (carborundum, SiC), et a noté la lueur jaune, verte et orange sur la cathode .

Ces expériences furent plus tard, indépendamment de la Ronde, répétées par OV Losev en 1923, qui, en expérimentant un contact redresseur à partir d'une paire de carborundum - fil d'acier, découvrit une faible lueur au point de contact de deux matériaux dissemblables - électroluminescence d'un transition semi-conductrice (à cette époque, le concept de "jonction semi-conductrice" n'existait pas encore). Cette observation a été publiée, mais la signification importante de cette observation n'a pas été comprise et n'a donc pas été étudiée pendant de nombreuses décennies.

Probablement la première LED à émettre de la lumière dans la gamme visible du spectre a été fabriquée en 1962 à l'Université de l'Illinois (États-Unis) par un groupe dirigé par Nick Holonyak.

Les diodes fabriquées à partir de semi-conducteurs à ouverture indirecte (par exemple, le silicium, le germanium ou le carbure de silicium) n'émettent pratiquement pas de lumière. Cependant, dans le cadre du développement de la technologie silicium, des travaux sont activement en cours pour créer des LED à base de silicium. La LED jaune soviétique KL 101 à base de carbure de silicium a été produite dans les années 70, mais avait une luminosité très faible. DANS Ces derniers temps de grands espoirs reposent sur la technologie des points quantiques et des cristaux photoniques.

Quelle est la différence?

La technologie d'émission de lumière LED est fondamentalement différente des sources lumineuses traditionnelles telles que les lampes à incandescence, fluorescentes et à décharge. haute pression... Il n'y a pas de gaz ou de filament dans la LED, elle n'a pas d'ampoule en verre fragile et de pièces mobiles potentiellement peu fiables.

La principale différence entre les sources lumineuses à LED et les sources traditionnelles est que les LED utilisent un principe de génération de lumière complètement différent et utilisent des matériaux complètement différents. Une différence moins évidente est que dans un luminaire à LED, la frontière entre la lampe et le luminaire est floue. Dans la technologie d'éclairage à LED, les « lampes », qui sont des LED, sont indissociables de la « lampe », à savoir : le boîtier, l'électronique et les lentilles.

Caractéristiques des LED

La caractéristique courant-tension des LED dans le sens direct est non linéaire. La diode commence à conduire le courant, à partir d'une certaine tension de seuil. Cette tension vous permet de déterminer avec précision le matériau du semi-conducteur.

Les LED ultra-lumineuses modernes ont une semi-conduction moins prononcée que les diodes conventionnelles. Les ondulations à haute fréquence dans le circuit d'alimentation (appelées « aiguilles ») et les surtensions inverses entraînent une dégradation accélérée du cristal. Le taux de dégradation dépend également du courant d'alimentation (non linéaire) et de la température du cristal (non linéaire).

Prix

Le coût des LED haute puissance utilisées dans les projecteurs portables et les phares de voiture est assez élevé aujourd'hui - environ 8 à 10 $ ou plus par pièce. En règle générale, plusieurs dizaines de LED peu puissantes sont utilisées dans les petites lampes de poche et les assemblages de lampes domestiques.

Début 2011, le coût des LED haute puissance (1 W ou plus) a baissé et commence à 0,9 $. Le coût du super puissant (10W et plus P7 et CREE M-CE 15-20$ CREE XM-L 10W 1000Lm) est d'environ 10$.

Avantages

Par rapport à d'autres sources lumineuses électriques (convertisseurs d'électricité en un rayonnement électromagnétique plage visible), les LED présentent les différences suivantes :

Haute efficacité lumineuse. Les LED modernes ont égalé ce paramètre avec les lampes à décharge au sodium et les lampes aux halogénures métalliques, atteignant 150 lumens par watt ;

Haute résistance mécanique, résistance aux vibrations (absence de filament et autres composants sensibles);

Longue durée de vie- de 30 000 à 100 000 heures (en travaillant 8 heures par jour - 34 ans). Mais il n'est pas infini non plus - avec un fonctionnement prolongé et/ou un mauvais refroidissement, le cristal est "empoisonné" et la luminosité baisse progressivement ;

Le spectre des LED modernes varie.- du blanc chaud (2700 K) au blanc froid (6500 K) ;

Petite inertie- s'allume immédiatement à pleine luminosité, tandis que pour les lampes au mercure-phosphore (luminescentes économiques), le temps d'allumage est de 1 seconde à 1 min, et la luminosité augmente de 30% à 100% en 3-10 minutes, selon la température ambiante mercredi ;

Nombre de cycles marche-arrêt n'ont pas d'effet significatif sur la durée de vie des LED (contrairement aux sources lumineuses traditionnelles - lampes à incandescence, lampes à décharge);

Angle de rayonnement différent- de 15 à 180 degrés ;

Indicateurs LED à faible coût mais coût relativement élevé lorsqu'il est utilisé dans l'éclairage, qui diminue avec l'augmentation de la production et des ventes (économies d'échelle) ;

Sécurité- pas besoin de haute tension ;

Insensible aux basses et très basses températures... Cependant, les températures élevées sont contre-indiquées pour une LED, comme tout semi-conducteur ;

Respect de l'environnement- pas de mercure, phosphore et rayonnement ultraviolet, contrairement aux lampes fluorescentes.

Application de LED

Dans la rue, l'éclairage industriel, domestique (y compris la bande LED);

En tant qu'indicateurs - à la fois sous la forme de LED simples (par exemple, un indicateur de mise sous tension sur le tableau de bord) et sous la forme d'un affichage numérique ou alphanumérique (par exemple, des chiffres sur une horloge);

Le réseau de LED est utilisé dans de grands écrans extérieurs, en lignes rampantes. De tels réseaux sont souvent appelés clusters LED, ou simplement clusters ;

Dans les optocoupleurs ;

Les LED haute puissance sont utilisées comme sources lumineuses dans les lanternes et les feux de circulation ;

Les LED sont utilisées comme sources de rayonnement optique modulé (transmission du signal via fibre, télécommandes, Internet) ;

Dans le contre-jour des écrans LCD (téléphones portables, moniteurs, téléviseurs, etc.) ;

Dans les jeux, les jouets, les icônes, les périphériques USB, etc.

Dans les panneaux de signalisation à LED ;

En cordons lumineux PVC souple Duralight.

Si après avoir lu cet article vous avez encore des questions sur Équipement LED, alors nous serons heureux de vous aider à choisir la lampe qui vous convient !

1. De quoi est faite la LED ? A partir d'un cristal semi-conducteur sur un substrat, un boîtier avec des fils de contact et un système optique. Les LED modernes ressemblent peu aux premières LED de type boîtier utilisées pour l'indication. La conception d'une LED haute puissance est représentée schématiquement sur la figure. 2. Comment fonctionne la LED ? La lueur provient de la recombinaison d'électrons et de trous dans la région de jonction p-n. Cela signifie que, tout d'abord, une jonction p-n est nécessaire, c'est-à-dire le contact de deux semi-conducteurs avec des types de conductivité différents. Pour cela, les couches de quasi-contact d'un cristal semi-conducteur sont dopées avec différentes impuretés : accepteur d'un côté, donneur de l'autre, mais toutes les jonctions p-n n'émettent pas de lumière. Pourquoi? Premièrement, la bande interdite dans la région active de la LED doit être proche de l'énergie des quanta de lumière dans le domaine visible. Deuxièmement, la probabilité d'émission lors de la recombinaison des paires électron-trou doit être élevée, pour laquelle le semi-conducteur le cristal doit contenir peu de défauts, pour lesquels la recombinaison se produit sans rayonnement.Ces conditions, à un degré ou à un autre, se contredisent. En réalité, pour remplir les deux conditions, une seule jonction pn dans le cristal ne suffit pas, et il est nécessaire de produire des structures semi-conductrices multicouches, appelées hétérostructures, pour l'étude desquelles le physicien russe académicien Zhores Alferov a reçu le 2000 Prix Nobel. 3. Cela signifie-t-il que plus le courant traverse la LED, plus elle brille ? Bien sûr que oui. Après tout, plus le courant est élevé, plus il y a d'électrons et de trous qui pénètrent dans la zone de recombinaison par unité de temps. Mais le courant ne peut pas être augmenté indéfiniment. En raison de la résistance interne du semi-conducteur et de la jonction pn, la diode surchauffera et tombera en panne. 4. Pourquoi la LED est-elle bonne ? Dans une LED, par opposition à une lampe à incandescence ou Lampe fluorescente, électricité est converti directement en rayonnement lumineux, et en théorie cela peut être fait avec presque aucune perte. En effet, la LED (avec une bonne dissipation thermique) chauffe peu, ce qui la rend indispensable pour certaines applications. De plus, la LED émet dans une partie étroite du spectre, sa couleur est pure, ce qui est particulièrement apprécié par les concepteurs, et les rayonnements UV et IR sont généralement absents.La LED est mécaniquement solide et extrêmement fiable, sa durée de vie atteint 100 000 heures , ce qui est presque 100 fois plus qu'une ampoule à incandescence, et 5 à 10 fois plus qu'une lampe fluorescente. Enfin, une LED est un appareil électrique basse tension, et donc sûr. 5. Quand les LED ont-elles commencé à être utilisées pour l'éclairage ? Initialement, les LED étaient utilisées exclusivement pour l'indication. Pour les rendre aptes à l'éclairage, il fallait tout d'abord apprendre à fabriquer des LED blanches, et aussi augmenter leur luminosité, ou plutôt leur rendement lumineux, c'est-à-dire le rapport flux lumineux sur énergie consommée. et 70, des LED à base de phosphure ont été créées et d'arséniure de gallium, émettant dans les régions jaune-vert, jaune et rouge du spectre. Ils ont été utilisés dans les voyants, les tableaux de bord, les tableaux de bord de voitures et d'avions, les écrans publicitaires, différents systèmes visualisation des informations. En termes de rendement lumineux, les LED ont surpassé les lampes à incandescence conventionnelles. En termes de durabilité, de fiabilité, de sécurité, ils les ont également dépassés. Une chose était mauvaise - il n'y avait pas de LED bleues, bleu-vert et blanches.À la fin des années 80, plus de 100 millions de LED étaient produites en URSS par an, et la production mondiale était de plusieurs dizaines de milliards. 6. De quoi dépend la couleur de la LED ? Exclusivement de la bande interdite dans laquelle se recombinent électrons et trous, c'est-à-dire du matériau semi-conducteur, et des dopants. Plus la LED est « bleue », plus l'énergie des quanta est élevée, ce qui signifie que plus la bande interdite doit être grande. 7. Qu'est-ce que la sortie quantique LED ? Le rendement quantique est le nombre de quanta de lumière émise par paire électron-trou recombinée. Distinguer efficacité quantique interne et externe. Interne - dans la jonction pn elle-même, externe - pour l'appareil dans son ensemble (après tout, la lumière peut être perdue "en cours de route" - absorbée, diffusée). L'efficacité quantique interne pour de bon les cristaux avec une bonne dissipation thermique atteignent presque 100%, le record d'efficacité quantique externe pour les LED rouges est de 55% et pour le bleu - 35%. L'efficacité quantique externe est l'une des principales caractéristiques de l'efficacité des LED. 8. Comment obtenir de la lumière blanche à l'aide de LED ? Il existe trois façons d'obtenir de la lumière blanche à partir de LED, la première consiste à mélanger les couleurs à l'aide de la technologie RVB. Sur une matrice, des LED rouges, bleues et vertes sont densément placées, dont le rayonnement est mélangé à l'aide d'un système optique, par exemple une lentille. Le résultat est de la lumière blanche.La deuxième méthode consiste dans le fait qu'à la surface de la LED émettant dans l'ultraviolet (il y en a), trois luminophores sont appliqués, émettant respectivement de la lumière bleue, verte et rouge. Ceci est similaire à la façon dont une lampe fluorescente brille. Et enfin, dans la troisième méthode, du phosphore jaune-vert ou vert plus rouge est appliqué à une LED bleue, de sorte que deux ou trois rayonnements sont mélangés pour former une lumière blanche ou presque blanche. 9. Lequel des trois est le meilleur moyen ? Chaque méthode a ses propres avantages et inconvénients. La technologie RVB, en principe, permet non seulement d'obtenir une couleur blanche, mais également de se déplacer le long du nuancier lors du changement de courant à travers différentes LED. Ce processus peut être contrôlé manuellement ou au moyen d'un programme, il est également possible d'obtenir différentes températures de couleur. Par conséquent, les matrices RVB sont largement utilisées dans les systèmes dynamiques de la lumière.De plus, un grand nombre de LED dans la matrice fournissent un flux lumineux total élevé et une intensité lumineuse axiale élevée. Mais la tache lumineuse due aux aberrations du système optique a une couleur inégale au centre et sur les bords, et surtout, en raison de l'évacuation inégale de la chaleur des bords de la matrice et de son milieu, les LED chauffent différemment, et, en conséquence, leur couleur change différemment au cours du processus de vieillissement - la température de couleur totale et la couleur "flottent" pendant l'opération. Ce phénomène désagréable est difficile et coûteux à compenser. Les LED blanches avec phosphores sont nettement moins chères que les matrices LED RVB (par unité de flux lumineux), et permettent d'obtenir une bonne couleur blanche. Et pour eux, en principe, ce n'est pas un problème d'arriver au point de coordonnées (0,33, 0,33) sur le diagramme de couleurs MCO. Les inconvénients sont les suivants : d'abord, ils ont moins de rendement lumineux que les matrices RVB en raison de la transformation de lumière dans la couche de phosphore ; deuxièmement, il est assez difficile de contrôler avec précision l'uniformité du dépôt de phosphore dans processus technologique et donc la température de couleur ; et enfin troisièmement - le phosphore vieillit également et plus rapidement que la LED elle-même.L'industrie produit à la fois des LED avec un phosphore et des matrices RVB - elles ont des domaines d'application différents. 10. Quelles sont les caractéristiques électriques et optiques des LED ? La LED est un appareil basse tension. Une LED typique utilisée pour l'indication consomme de 2 à 4 V CC à un courant allant jusqu'à 50 mA. La LED utilisée pour l'éclairage consomme la même tension, mais le courant est plus élevé - de plusieurs centaines de mA à 1 A dans le projet. Dans le module LED, des LED individuelles peuvent être connectées en série et la tension totale s'avère plus élevée (généralement 12 ou 24 V). Lors de la connexion de la LED, la polarité doit être respectée, sinon l'appareil peut être endommagé. La tension de claquage est spécifiée par le fabricant et est généralement supérieure à 5 V pour une seule LED.La luminosité d'une LED est caractérisée par le flux lumineux et l'intensité lumineuse axiale, ainsi que le diagramme directionnel. Les LED existantes de différentes conceptions émettent à un angle solide de 4 à 140 degrés. La couleur, comme d'habitude, est déterminée par les coordonnées chromatiques et la température de couleur, ainsi que par la longueur d'onde du rayonnement. Pour comparer l'efficacité des LED entre elles et avec d'autres sources lumineuses, on utilise l'efficacité lumineuse : la quantité de flux lumineux par watt de puissance électrique.En outre, une caractéristique marketing intéressante est le prix d'un lumen. 11. Comment la LED réagit-elle à une élévation de température ? Parlant de la température de la LED, il faut faire la distinction entre la température à la surface du cristal et dans la région de la jonction pn. La durée de vie dépend du premier, la puissance lumineuse dépend du second. En général, avec une augmentation de la température de jonction pn, la luminosité de la LED diminue, car l'efficacité quantique interne diminue en raison de l'influence des vibrations du réseau cristallin. C'est pourquoi une bonne dissipation thermique est si importante.La baisse de luminosité avec l'augmentation de la température n'est pas la même pour les LED. Couleurs différentes... Il est plus élevé pour les LED AlGalnP et AeGaAs, c'est-à-dire pour le rouge et le jaune, et moins pour l'InGaN, c'est-à-dire pour le vert, le bleu et le blanc. 12. Pourquoi est-il nécessaire de stabiliser le courant à travers la LED ? Comme on peut le voir sur la figure, dans les modes de fonctionnement, le courant dépend de manière exponentielle de la tension et de petites variations de tension entraînent de grandes variations de courant. Étant donné que le flux lumineux est directement proportionnel au courant, la luminosité de la LED est également instable. Par conséquent, le courant doit être stabilisé. De plus, si le courant dépasse la limite admissible, une surchauffe de la LED peut entraîner son vieillissement accéléré. typique caractéristiques volt-ampère LED 13. Pourquoi une LED a-t-elle besoin d'un convertisseur ? Un convertisseur (en terminologie anglo-saxonne, un driver) pour une LED est le même qu'un ballast pour une lampe. Il stabilise le courant traversant la LED. 14. La luminosité de la LED peut-elle être ajustée ? La luminosité des LED se prête très bien à la régulation, mais pas en réduisant la tension d'alimentation - cela ne peut tout simplement pas être fait - mais par la méthode dite de modulation de largeur d'impulsion (PWM), qui nécessite une unité de contrôle spéciale (en fait , il peut être combiné avec l'alimentation de l'unité et un convertisseur, ainsi qu'avec un contrôleur de contrôle de couleur matriciel RVB. La méthode PWM consiste en ce que la LED est alimentée non pas avec un courant constant, mais avec un courant , et la fréquence du signal doit être de centaines ou de milliers de hertz, et la largeur des impulsions et des pauses entre elles peut être modifiée. La luminosité moyenne de la LED devient contrôlable, tandis que la LED ne s'éteint pas. Le léger changement de la température de couleur d'une LED lors de la gradation est incomparable avec un décalage similaire pour les lampes à incandescence. 15. Qu'est-ce qui détermine la durée de vie d'une LED ? On pense que les LED sont extrêmement durables. Mais ce n'est pas le cas. Plus le courant passe à travers la LED pendant son service, plus sa température est élevée et plus le vieillissement est rapide. Par conséquent, la durée de vie des LED haute puissance est plus courte que celle des LED de faible puissance et s'élève actuellement à 20 à 100 000 heures. Le vieillissement s'exprime principalement par une diminution de la luminosité. Lorsque la luminosité est réduite de 30% ou de moitié, la LED doit être changée. 16. La couleur de la LED se détériore-t-elle avec le temps ? Le vieillissement d'une LED est associé non seulement à une diminution de sa luminosité, mais aussi à un changement de couleur. Il n'existe actuellement aucune norme permettant de quantifier le changement de couleur des LED avec le vieillissement et de le comparer avec d'autres sources. 17. La LED est-elle nocive pour l'œil humain ? Le spectre d'émission d'une LED est proche du monochromatique, ce qui est sa différence fondamentale avec le spectre du soleil ou d'une lampe à incandescence. 18. Quelles technologies sont disponibles pour la fabrication de LED et de modules LED aujourd'hui ? Quant à la croissance des cristaux, la principale technologie est l'épitaxie organométallique. Ce processus nécessite des gaz très purs. Les installations modernes prévoient l'automatisation et le contrôle de la composition des gaz, leurs flux séparés, un contrôle précis de la température des gaz et des substrats. L'épaisseur des couches développées est mesurée et contrôlée dans la gamme de quelques dizaines d'angströms à plusieurs microns. Différentes couches doivent être dopées avec des impuretés, des donneurs ou des accepteurs afin de créer une jonction pn avec une forte concentration d'électrons dans le n- région et des trous dans la région p. En un seul processus, qui dure plusieurs heures, il est possible de faire croître des structures sur 6 à 12 substrats d'un diamètre de 50 à 75 mm. Il est très important d'assurer et de contrôler l'homogénéité des structures à la surface des substrats.Le coût des dispositifs de croissance épitaxiale de nitrures semi-conducteurs, développés en Europe (Aixtron et Thomas Swan) et aux USA (Emcore), atteint 1,5- 2 millions de dollars. L'expérience de différentes entreprises a montré qu'il est possible d'apprendre à obtenir des structures compétitives avec les paramètres requis en utilisant une telle installation dans un délai d'un à trois ans. C'est une technologie qui nécessite une culture élevée.Une étape importante de la technologie est le traitement planaire des films : leur gravure, la création de contacts avec les couches n et p, et le revêtement avec des films métalliques pour les broches de contact. Le film développé sur un même substrat peut être découpé en plusieurs milliers de puces dont la taille varie de 0,24x0,24 à 1x1 mm2. L'étape suivante consiste à créer des LED à partir de ces puces. Il est nécessaire de monter le cristal dans le boîtier, de réaliser des contacts, de réaliser des revêtements optiques, une surface antireflet pour la sortie du rayonnement ou sa réflexion. S'il s'agit d'une LED blanche, le phosphore doit être appliqué uniformément. Il est nécessaire de fournir une dissipation thermique de la glace et du boîtier, pour fabriquer un dôme en plastique qui focalise le rayonnement à l'angle solide souhaité.Environ la moitié du coût d'une LED est déterminée par ces étapes de haute technologie. La nécessité d'augmenter la puissance pour augmenter le flux lumineux a conduit au fait que la forme traditionnelle du boîtier LED a cessé de satisfaire les fabricants en raison d'une dissipation thermique insuffisante. Il était nécessaire de rapprocher la puce le plus près possible de la surface conductrice de la chaleur. À cet égard, la technologie traditionnelle et la technologie SMD un peu plus avancée (détails de montage de surface) sont remplacées par la plus technologie avancée COB (puce à bord). La LED réalisée avec la technologie COB est représentée schématiquement sur la figure.Les LED réalisées avec la technologie SMD et COB sont montées (collées) directement sur un substrat commun, qui peut faire office de radiateur - dans ce cas, il est en métal . C'est ainsi que sont créés les modules LED, qui peuvent être linéaires, rectangulaires ou circulaires, rigides ou flexibles, bref, conçus pour satisfaire les caprices de tout designer. Ampoule LED avec la même base que l'halogène basse tension, conçu pour les remplacer. Et pour les lampes et spots puissants, les assemblages LED sont réalisés sur un radiateur massif rond. Il y avait beaucoup de LED dans les assemblages LED, mais maintenant, à mesure que la puissance augmente, il y a moins de LED, mais le système optique, dirigeant le flux lumineux vers l'angle solide souhaité, joue un rôle de plus en plus important.
Technologie IDS Source de l'article : OOO "Focus"

La LED est une diode avec un simple Transition PN ohm, caractéristique principale c'est-à-dire qu'il émet de la lumière lorsqu'un courant le traverse. Utilisé dans de nombreux affichages numériques ainsi que d'autres types de dispositifs d'affichage.

Principe de fonctionnement des LED

Caractéristiques de performance de base de tout diode électro-luminescente similaire aux caractéristiques d'une diode classique. Lorsqu'une tension est appliquée, les électrons se déplacent du matériau de type N à travers la jonction P-N et se connectent à des trous dans le matériau de type P. Dans les diodes conventionnelles, l'énergie qui résulte de la connexion des électrons avec les trous est libérée sous forme de chaleur. Cependant, lorsqu'il s'agit de LED, l'énergie qu'elles contiennent est principalement libérée sous forme de lumière.

Les LED peuvent être fabriquées pour émettre une lumière rouge, verte, bleue, infrarouge ou ultraviolette. Ceci est réalisé en faisant varier la quantité et le type de matériaux utilisés comme additif. La luminosité de la lumière peut également être modifiée en contrôlant la quantité de courant traversant la LED. Cependant, comme toute autre diode, une LED a une limite sur le courant qu'elle peut supporter.

Où sont utilisées les LED

L'un des principaux domaines d'application des LED est leur utilisation comme feux de signalisation. Par exemple, cet appareil peut être utilisé pour vérifier s'il y a du courant dans le circuit ou s'il est hors tension.

Un circuit avec un signal lumineux est une série d'appareils connectés en série les uns avec les autres : une LED, une résistance, un interrupteur et une source courant continu.

Lorsque le disjoncteur de la lampe est fermé, la tension de polarisation directe de la source de courant est appliquée à la LED (qui est conçue pour fonctionner uniquement lorsque la polarisation directe est présente). Les électrons qui traversent la jonction P-N se connectent aux trous, provoquant la libération de l'énergie sous forme de lumière. Une résistance dans ce circuit limite le flux de courant à travers celui-ci afin de protéger la LED des dommages causés par un courant excessif.

Les LED peuvent également être utilisées dans les affichages numériques tels que montre-bracelet ou calculatrices.

En mettant en évidence diverses combinaisons de sept éléments, n'importe quel nombre de zéro à neuf peut être affiché sur l'écran.

Chaque LED est connectée en série avec une résistance et un interrupteur, où chaque interrupteur est un circuit de commande externe. Les commutateurs sont étiquetés de A à G pour correspondre aux éléments d'affichage. Sept fils série sont connectés en parallèle avec une alimentation CC. Afin d'alimenter n'importe quelle LED, l'interrupteur correspondant est fermé. Chaque résistance en série du circuit limite le courant circulant dans le fil, évitant ainsi d'endommager les LED par un courant excessif.

Les chiffres apparaissent sur l'affichage numérique à la suite de diverses combinaisons de sept commutateurs. Par exemple, si les interrupteurs A et B sont fermés, les éléments correspondants sur l'écran s'allumeront et formeront le chiffre 1. De même, le chiffre 2 peut être formé avec les interrupteurs A, C, D, F et G, qui seront fermé en même temps.

En fermant les commutateurs correspondants dans certaines combinaisons, l'affichage peut obtenir des chiffres de 0 à 9. Si les éléments sont disposés d'une manière légèrement différente, alors l'affichage peut obtenir un signe plus, un signe moins, des points décimaux ou des lettres de l'alphabet .

Les LED peuvent même être utilisées pour fournir un éclairage artificiel pour la croissance des plantes. Les principaux avantages des LED dans ce cas sont: une faible consommation d'électricité et de production de chaleur, ainsi que la possibilité d'ajuster le spectre de rayonnement requis.

Les LED pour l'humanité sont devenues l'une des sources lumineuses les plus courantes pour les besoins industriels et domestiques. Ce dispositif semi-conducteur a une jonction électrique, il convertit l'électricité en énergie lumineuse visible. Le phénomène a été découvert par Henry Joseph Round en 1907. Les premières expériences ont été réalisées par le physicien expérimental soviétique O.V. Losev, qui en 1929 a réussi à obtenir un prototype fonctionnel d'une LED moderne.

Les premières LED modernes ( LED, LED, LED) ont été créés au début des années soixante. Ils avaient une faible lueur rouge et étaient utilisés comme indicateurs d'allumage dans une grande variété d'appareils. Dans les années 90, des LED bleues, jaunes, vertes et blanches sont apparues. De nombreuses entreprises ont commencé à les produire à l'échelle industrielle. Aujourd'hui, les diodes LED sont utilisées partout : dans les feux de circulation, les ampoules, les voitures, etc.

Dispositif

Une LED est un dispositif semi-conducteur à jonction électron-trou qui émet un rayonnement optique lorsque le courant le traverse dans le sens direct.

L'indicateur LED standard se compose des éléments suivants ;

1 - Lentille époxy
2 - Contact filaire
3 - Réflecteur
4 - Semi-conducteur (Détermine la couleur de la lueur)
5 et 6 - Électrodes
7 - Coupe plate

La cathode et l'anode sont fixées à la base de la LED. L'ensemble de l'appareil est scellé par le haut avec une lentille. Un cristal est installé sur la cathode. Les contacts ont des conducteurs qui sont connectés au cristal par une jonction pn (connexion filaire pour connecter deux conducteurs avec différents types conductivité). Pour créer travail stable LED utilise un dissipateur de chaleur, ce qui est nécessaire pour les appareils d'éclairage. Dans les instruments indicateurs, la chaleur n'est pas critique.

Les diodes DIP ont des fils montés dans des trous circuit imprimé, ils sont soudés à un contact électrique. Il existe des modèles avec plusieurs cristaux de couleurs différentes dans un seul emballage.

Les LED SMD sont aujourd'hui les sources lumineuses les plus demandées, quel que soit le format.

Le fond du boîtier, où est fixé le cristal, est un excellent conducteur de chaleur. Grâce à cela, l'évacuation de la chaleur du cristal s'est considérablement améliorée.
Dans la structure des LED blanches, il y a une couche de phosphore entre la lentille et le semi-conducteur, qui neutralise la lumière ultraviolette et définit la température de couleur requise.
Il n'y a pas d'objectif dans les composants SMD avec un angle de faisceau large. Dans ce cas, la LED elle-même se distingue par la forme d'un parallélépipède.

Le Chip-On-Board (COB) représente la dernière avancée pratique qui devrait mener l'éclairage artificiel dans l'industrie des LED blanches.

La conception des LED COB suppose ce qui suit :

Des dizaines de cristaux sont fixés à la base en aluminium au moyen de colle diélectrique sans substrat ni boîtier.
La matrice résultante est recouverte d'une couche de phosphore commune. Le résultat est une source lumineuse qui a une répartition uniforme du flux lumineux sans possibilité d'ombres.

Une variante du Chip-On-Board est la technologie Chip-On-Glass (COG), qui implique le placement de nombreux petits cristaux sur une surface de verre. Par exemple, ce sont des lampes à incandescence, où l'élément émetteur est une tige de verre avec des LED recouvertes d'un phosphore.

Principe de fonctionnement

Malgré les caractéristiques et variétés technologiques, le fonctionnement de toutes les LED est basé sur le principe général de fonctionnement de l'élément émetteur:

La conversion de l'électricité en flux lumineux s'effectue dans un cristal composé de semi-conducteurs les plus différents types conductivité.
Le matériau à conductivité n est fourni en le dopant avec des électrons, et le matériau à conductivité p en utilisant des trous. En conséquence, des porteurs de charge supplémentaires de différentes directions apparaissent dans les couches adjacentes.
Lorsqu'une tension directe est appliquée, le mouvement des électrons, ainsi que des trous, vers la jonction pn commence.
Les particules chargées passent la barrière et commencent à se recombiner, à la suite de quoi un courant électrique circule.
Le processus de recombinaison d'un électron et d'un trou dans la zone de jonction p-n est la libération d'énergie sous forme de photon.

En général, ce phénomène physique est caractéristique de toutes les diodes semi-conductrices. Cependant, la longueur d'onde du photon est dans la plupart des cas en dehors du spectre de rayonnement visible. Pour qu'une particule élémentaire se déplace dans la plage de 400 à 700 nm, les scientifiques ont réalisé de nombreuses expériences et expériences avec différents éléments chimiques. En conséquence, de nouveaux composés sont apparus : le phosphure de gallium, l'arséniure de gallium et des formes plus complexes. Chacun d'eux a sa propre longueur d'onde, c'est-à-dire sa propre couleur de rayonnement.
De plus, en plus de la lumière utile que la LED émet, une certaine quantité de chaleur est générée au niveau de la jonction pn, ce qui réduit l'efficacité du dispositif semi-conducteur. C'est pourquoi les LED haute puissance sont conçues avec une dissipation thermique efficace.

Variétés

Actuellement, les diodes LED peuvent être des types suivants :

Éclairage, c'est-à-dire avec une puissance élevée. Leur niveau d'éclairement est égal à celui des sources lumineuses au tungstène et fluorescentes.
Indicateur - avec une faible puissance, ils sont utilisés pour l'éclairage des appareils.

Selon le type de connexion, les diodes indicatrices à LED sont divisées en :

Double GaP (gallium, phosphore) - ont une lumière verte et orange dans la structure du spectre visible.
Triple AIGaAs (aluminium, arsenic, gallium) - ont une lumière jaune et orange dans la structure du spectre visible.
Triple GaAsP (arsenic, gallium, phosphore) - ont une lumière rouge et jaune-verte dans la structure du spectre visible.

Par type de boîtier, les éléments LED peuvent être :

TREMPER- un modèle obsolète à faible consommation, ils sont utilisés pour éclairer les tableaux lumineux et les jouets.
Piranha ou Superflux- analogues de DIP, mais avec quatre contacts. Ils sont utilisés pour l'éclairage des voitures, ils chauffent moins et s'accrochent mieux.
CMS- le type le plus courant, utilisé dans une variété de sources lumineuses.
ÉPI Sont des LED SMD avancées.

Application

Le domaine d'application des LED peut être grossièrement divisé en deux grandes catégories :

Éclairage.
Utilisation de la lumière directe.

L'éclairage LED est utilisé pour éclairer un objet, un espace ou une surface, au lieu d'être directement visible. Ce sont l'éclairage intérieur, les lampes de poche, l'éclairage des façades des bâtiments, l'éclairage des voitures, l'éclairage des touches téléphones portables et affiche et ainsi de suite. Les diodes LED sont largement utilisées dans les communicateurs et les téléphones portables.

La lumière LED directe est utilisée pour transmettre des informations, par exemple, dans les écrans vidéo en couleur, dans lesquels les diodes LED forment les pixels d'affichage, ainsi que dans les écrans alphanumériques. La lumière directe est également utilisée dans les dispositifs de signalisation. Par exemple, il s'agit des clignotants et des feux de freinage des voitures, des feux de circulation et des panneaux.

L'avenir des LED

Les scientifiques créent par exemple des LED de nouvelle génération, à base de films minces nanocristallins de pérovskite. Ils sont bon marché, efficaces et durables. Les chercheurs espèrent que de telles diodes LED seront utilisées à la place des écrans conventionnels des ordinateurs portables et des smartphones, y compris dans l'éclairage domestique et public.

Des diodes LED à fibre sont également en cours de création, conçues pour créer des écrans portables. Les scientifiques pensent que la méthode créée pour fabriquer des LED à fibre permettra une production de masse et rendra l'intégration de l'électronique portable dans les vêtements et les textiles totalement peu coûteuse.

Caractéristiques typiques

Les LED sont caractérisées par les paramètres suivants :

Caractéristique de couleur.
Longueur d'onde.
Force actuelle.
Tension (type de tension appliquée).
Luminosité (intensité du flux lumineux).

La luminosité de la LED est proportionnelle au courant qui la traverse, c'est-à-dire que plus la tension est élevée, plus la luminosité est élevée. L'unité d'intensité lumineuse est le lumen par stéradian, elle se mesure également en millicandels. Il existe des diodes LED blanches brillantes (20-50 mcd.), ainsi que des diodes LED blanches super brillantes (20 000 mcd. et plus).

L'amplitude de la chute de tension est une caractéristique des valeurs admissibles \ u200b \ u200b des inclusions directes et inverses. Si la fourniture de tensions est supérieure à ces valeurs, alors un claquage électrique est observé.

La force du courant détermine la luminosité de la lueur. L'intensité du courant des éléments d'éclairage est généralement de 20 mA, pour les voyants LED, elle est de 20 à 40 mA.

La couleur de la lumière de la LED dépend des substances actives introduites dans le matériau semi-conducteur.

La longueur d'onde de la lumière est déterminée par la différence d'énergie lors de la transition des électrons au stade de la recombinaison. Il est déterminé par les dopants et le matériau semi-conducteur d'origine.

Avantages et inconvénients

Parmi les avantages des LED :

Faible consommation d'énergie.
Longue durée de vie, mesurée en 30-100 mille heures.
Rendement lumineux élevé. Les LED fournissent 10-250 250 lumens de puissance lumineuse par watt de puissance.
Pas de vapeur de mercure toxique.
Application large.

Défauts:

Mauvaises performances des LED de mauvaise qualité créées par des fabricants inconnus.
Prix relativement élevé des LED de haute qualité.
Le besoin d'alimentations de qualité.

Nous vous enverrons le matériel par e-mail

Principales caractéristiques des LED SMD 5730

Produits modernes avec des paramètres géométriques de 5,7 × 3 mm. En raison de leurs performances stables, les LED SMD 5730 appartiennent à la catégorie des produits super lumineux. De nouveaux matériaux sont utilisés pour leur fabrication, grâce auxquels ils ont une puissance accrue et un flux lumineux très efficace. Le SMD 5730 peut fonctionner dans des conditions d'humidité élevée. Ils n'ont pas peur des vibrations et des fluctuations de température. Ils ont une longue durée de vie. Ils ont un angle de diffusion de 120 degrés. Après 3000 heures de fonctionnement, le degré ne dépasse pas 1%.

Les fabricants proposent des appareils de deux types : avec une puissance de 0,5 et 1 W. Les premiers sont marqués avec SMD 5730-0.5, les seconds avec SMD 5730-1. L'appareil peut fonctionner sur courant impulsionnel. Pour le SMD 5730-0,5, le courant nominal est de 0,15 A, et lors du passage en mode de fonctionnement pulsé, il peut atteindre 0,18 A. Il est capable de former un flux lumineux jusqu'à 45 lm.

Pour le SMD 5730-1, le courant nominal est de 0,35A, le courant d'impulsion peut atteindre 0,8A avec une efficacité lumineuse de 110 lm. En raison de l'utilisation d'un polymère résistant à la chaleur dans le processus de production, le corps de l'appareil n'a pas assez peur de l'exposition hautes températures(jusqu'à 250°C).

Cris : caractéristiques réelles

Les produits du fabricant américain sont présentés dans une large gamme. La série Xlamp comprend des produits à puce unique et à puces multiples. Les premiers sont caractérisés par la répartition du rayonnement le long des bords de l'appareil. Une telle solution innovante a permis d'établir la production de lampes à grand angle de luminescence avec un nombre minimum de cristaux.

La série XQ-E High Intensity est le dernier développement de la société. Les produits ont un angle de lueur de 100-145 degrés. Avec des paramètres géométriques relativement petits de 1,6 par 1,6 mm, ces LED ont une puissance de 3 V à flux lumineux 330 ml. Les caractéristiques des LED monobloc Cree garantissent une reproduction des couleurs CRE 70-90 de haute qualité.

Les appareils LED à puces multiples ont le dernier type d'alimentation 6-72 V. Ils sont généralement divisés en trois groupes en fonction de la puissance. Les produits jusqu'à 4W ont 6 cristaux et sont disponibles en emballages MX et ML. La LED XHP35 est évaluée à 13W. Ils ont un angle de diffusion de 120 degrés. Ils peuvent être blancs chauds ou blancs froids.

Vérifier une LED avec un multimètre

Parfois, il devient nécessaire de tester les performances des LED. Cela peut être fait avec un multimètre. Les tests sont effectués dans l'ordre suivant :

photo	Description du travail
	Cuisson équipement nécessaire... L'habituel fera l'affaire. modèle chinois multimètre.
	On règle le mode de résistance correspondant à 200 ohms.
	Nous touchons les contacts à l'élément coché. Si la LED fonctionne, elle s'allumera.

Attention! Si les contacts sont mélangés, il n'y aura pas de lueur caractéristique.

Marquage couleur LED

Pour acheter une LED de la couleur désirée, nous vous suggérons de vous familiariser avec le symbole de couleur inclus dans le marquage. Pour le CREE, il se situe après la désignation de la série de LED, et peut être :

BLANC si la lueur est blanche ;
TAILLER si blanc à haute efficacité ;
BWT pour les blancs de deuxième génération ;
BLEU si la lueur est une lumière bleue ;
GRN pour le vert ;
ROY pour le bleu royal (brillant) ;
ROUGE au rouge.

D'autres fabricants utilisent souvent une convention différente. Ainsi, KING BRIGHT vous permet de choisir un modèle avec un rayonnement non seulement d'une certaine couleur, mais également d'une nuance. La désignation présente dans le marquage correspondra à :

Rouge (I, SR) ;
Orange (N, SE) ;
Jaune (O) ;
Bleu (PB);
Vert (G, SG);
Blanc (PW, MW).

Conseils! Consultez la légende d'un fabricant en particulier pour faire le bon choix.

Décodage du code de marquage de la bande LED

Pour la fabrication de la bande LED, un diélectrique est utilisé avec une épaisseur de 0,2 mm. Des pistes conductrices y sont appliquées, qui comportent des plages de contact pour les puces destinées au montage de composants SMD. Le ruban comprend des modules individuels d'une longueur de 2,5 à 10 cm et conçus pour une tension de 12 ou 24 volts. Le module peut inclure 3-22 LED et plusieurs résistances. La longueur des produits finis est en moyenne de 5 mètres avec une largeur de 8 à 40 cm.

Une étiquette est apposée sur la bobine ou l'emballage, qui contient toutes les informations pertinentes sur bande menée... Le décodage du marquage est visible sur la figure suivante :

Article