Я уже рассказывал о том, каким образом подразделяются на виды светодиоды. И чем больше смотрю на свою классификацию, тем больше у меня становится уверенность о том, что она правильная))) Ну вот такой я! Сам себя не похвалишь, никто не похвалит.
Мы посмотрели, что все виды не похожи друг на друга. Соответственно и конструкция светодиодов различна. Вернее, устройство практически идентично, а вот конструкция и расположение чипов разнообразно.
Рассмотрим некоторые виды LEDs, чтобы более точно понимать, что такое светодиод и как он устроен.
Но сначала разберемся как устроена работа любых светодиодов.
Как работают светодиоды
![Принцип работы светодиодов](/wp-content/uploads/2015/11/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%86%D0%B8%D0%BF-%D1%80%D0%B0%D0%B1%D0%BE%D1%82%D1%8B-%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D0%B2.jpeg)
Не вдаваясь в «дебри» попробую объяснить на простом языке. Любой светодиод имеет один p-n-p переход ( электронно-дырочный переход ). С помощью процесса легирования материал n-типа получает положительные электроны, а атомы в материале p-типа насыщаются дырками. Дырки – места на внешних электронных орбитах атомов, где отсутствуют электроны.
Как только к чипу прикладывается напряжение электроны и дырки в p и n материалах стремятся «занять место» в p-n переходе. Когда носители заряда подходят к p-n-переходу, электроны вводятся в материал р-типа.
Если к n-материалу приложить отрицательное напряжение, через диод пойдет электрический ток от материал n-типа к p-типу. Такой процесс называется прямым смещением.
При переходе электронов из материала n-типа в p-тип, они меняются местами с дырками, идет выделение энергии в виде фотонов. Вообще все диоды способны испускать фотоны. Но только некоторые имеют возможность испускать видимый свет. Поэтому материал из которого производят светодиод выбирают таким образом, чтобы испускаемые фотоны находились в видимой области спектра. Каждый материал испускает фотоны со своей длиной волны, отчего зависят цвета света.
Свет, испускаемый светодиодом – белый. Из-за потерь на p-n переходе образуется тепло и как правило, достаточно сильное. Отсюда видим, что все диоды нуждаются в теплоотводе для обеспечения бесперебойной, нормальной и долговечной работы.
Устройство индикаторных светодиодов
![Устройство индикаторных светодиодов](/wp-content/uploads/2015/11/Ustroistvo_led.jpg)
Индикаторные диоды – одни из самых «старых». И конструкционно они несколько отличаются от SMD, COB и тем более filament диодов.
На картинке мы видим, что ничего сложного ( если не считать процесс образования света ) в светодиодах нет. Линза, как правило выполняется из эпоксидной смолы. Сейчас, наверное, есть и другой материал, но я этим не интересовался, так как «не уважаю» данный вид светодиодов и не сильно слежу за их «развитием» или «закатом». Кто как хочет, так и считает. Для меня эти диоды уже «отжили» свое.
В каждом корпусе размещены выводы анода и катода. Светодиодный чип располагается в рассеивателе. От анода к чипу подведен проводник. Хорошими считаются диоды, если проводник производят из золота. Китайцы же упростили процесс производства светодиодов и выполняют соединение из меди.
Вот и все. Остается только правильно определить «плюс с минусом», подключить диод к источнику питания и радоваться маленькому лучику света. В зависимости от линзы свет рассеивается на угол от 20 до 45 градусов. Опять же, это все зависит от производителя. Его «хотелок» и востребованности на рынке.
Устройство индикаторного светодиода – «Пиранья»
![Устройство светодиоов Пиранья](/wp-content/uploads/2015/11/%D0%A3%D1%81%D1%82%D1%80%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE-%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BE%D0%B2-%D0%9F%D0%B8%D1%80%D0%B0%D0%BD%D1%8C%D1%8F.jpg)
Они также относятся к маломощным светодиодам. За счет наличия четырех пинов для монтажа ( дополнительная механическая прочность ) широко используются в автомобилестроении. И имеет хорошую теплопроводность.
Устройство светодиодных волокон
![Устройство волоконных светодиодов](/wp-content/uploads/2015/11/%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D1%8B.jpg)
Светодиодные волокна – последняя разработка в 2015 году. Изобретены инженерами корейского института науки передовых технологий ((Korea Advanced Institute of Science and Technology, KAIST).
![Волоконные светодиоды2](/wp-content/uploads/2015/11/%D0%92%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%BA%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B5-%D1%81%D0%B2%D0%B5%D1%82%D0%BE%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%B4%D1%8B2.jpg)
По утверждению самих исследователей их технология станет основой создания LED источников света на волокнах различных тканей. Пока мощность у этого типа не большая, порядка 0,3 Вт. Но в будущем ее планируется повысить, тем самым «подогнав» их к группе осветительных светодиодов. Поживем – увидем. Ну а пока посмотрим, как устроены эти пресловутые волоконные светодиоды.
За основу берется обычное волокно терефталата полиэтилена. Его погружают в раствор PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate, затем идет сушка при 130 градусах в течении 30 минут. Далее на подготовленное волокно наносят OLED раствор poly-(p-phenylenevinylene) polymer organic LED (OLED), который имеет желтое свечение. Далее полученное волокно снова сушат и покрывают защитной оболочкой из фторида лития-алюминия (Lithium Fluoride/Aluminum (LiF/Al)).
Устройство осветительных светодиодов
Конструкция осветительных светодиодов отличается от индикаторных. Базовая конструкция у первых практически всегда одинаковая. Корпус имеет кристалл ( полупроводниковый чип ), подложку. На которой монтируется кристалл, выводные контакты, проводники соединения кристалла и контактов, теплоотвод и линзу.
По беглому сравнению устройств этих двух видов светодиодов сразу можно увидеть конструктивную разницу – наличие у одних теплоотвода и отсутствие его у другого. Индикаторные диоды маломощные. А соответственно выделяют мало тепла, которое рассеивается в самой линзе. Осветительные диоды припаиваются к алюминиевой подложке для рассеивания тепла по ней. Еще раз напомню, что для долгой жизни LEDs теплоотвод необходим как воздух человеку.
Различия также заметны в SMD и COB диодах. Первые имеют только один кристалл, вторые состоят из нескольких, залитых люминофором и имеющих единую линзу. В таком виде у светодиодов увеличена светоотдача, за счет большего количества кристаллов.
Устройство filament филаментных диодов
![Устройство Filament светодиодов](/wp-content/uploads/2015/11/Filament.jpg)
Первые филаменты появились в Японии в 2008 году, но по настоящему “в широком применении» о них услышали только в 2015, когда на свет стали появляться лампы на основе filament светодиодов.
Филаменты – отрезки из сапфира или стекла диаметром до 1,5 мм и длиной 3 см. В разных источниках такие диоды относят или к COB или COG ( chip on glass ). Все зависит от того, какой материал в качестве подложки будет использовать производитель. В связи с тем, что подавляющее большинство производителей всегда стремятся удешевить конечную стоимость своего товара. То применение подложки из стекла – распространенный вариант. Помимо того, что оно дешевое, так и свет от диодов, расположенных на нем, распространяется во все стороны. Но это единственное преимущество. По сравнению с сапфировой подложкой стекло плохо передает тепло и хрупкое. И естественно, что стекло применяют только в тех источниках света, которые «призваны» быть дешевыми.
На отрезке размещают 28 диодов синего свечения соединенных последовательно. Если необходимо получить более теплое свет, то в линейку из диодов добавляют красные диоды, но в любом случае их число не превышает 28. Всю «конструкцию» заливают люминофором. Один отрезок рассчитан на 0,8-1,3 Вт.
Впоследствии filament светодиоды собираются в единое целое и «запихиваются» в лампочку))) Кстати, очень интересная тема для статьи про устройство и производство ламп на основе этих чипов… Возьмем на карандаш…
Ну вот в принципе и рассмотрели устройства светодиодов по видам. Как видим, все идентично, за исключением некоторых моментов. Оставляю открытой эту статью, так как рынок светодиодов будет развиваться и в любом случае будут появляться новые экземпляры. И по мере появления материала буду дополнять статью. Если доживу…) Если есть какие-то предложения или что-то упустил, просьба указать на это в комментариях.
Статья интересная и написана на доступном языке. Не понял один момент — если у диода p-n-p переход, а выводов 2, то зачем нужен второй n-p переход? Это уже транзистор получается.