Классификация типов светодиодов

Современная светотехника все больше тяготеет к применению светодиодов. Но чем новее технология, тем больше вопросов она вызывает. Какие типы светодиодов бывают? Какой тип светодиодов выбрать? Какая технология самая надежная? На эти и другие вопросы Вы найдете ответы в этой статье.

Светодиод — это полупроводниковый прибор, который преобразует энергию электрического тока в свет. Светящимся элементом светодиода является полупроводниковый кристалл, имеющий многослойную структуру из тонких пленок полупроводников с разными типами проводимости — дырочной и электронной.

Дырочная проводимость связана с переходом электрона с другого атома на атом со свободным местом. На атом, откуда перешёл электрон, входит другой электрон из другого атома и т. д. Это обуславливается ковалентными связями атомов. Таким образом, происходит перемещение положительного заряда без перемещения самого атома. Этот условный положительный заряд называют дыркой.

В зонах контакта разных типов проводимости образуются p-n-переходы. Такие многослойные конструкции называются гетероструктурами.

При прохождении электрического тока в области p-n-переходов происходит рекомбинация дырок и электронов (электроны занимают вакантные места — дырки), сопровождаемая излучением света. Это излучение может быть красным, желтым, зеленым или синим — в зависимости от состава полупроводников в гетероструктуре. Гетероструктуры, состоящие из слоев нитрида галлия (GaN) с определенными примесями, излучают синий свет.

Излучающий кристалл нитрида галлия с площадками для контактных проводов в светотехнике принято называть чипом. Чип является ключевым компонентом, на базе которого собирается собственно светодиод.

Чтобы получить белый свет, на чип наносят люминофор — химическое вещество, которое возбуждается излучением, исходящим от кристалла, и испускает собственное излучение. Это объединяет светодиоды с компактными люминесцентными лампами — внутри трубки также имеется люминофор.

Чип покрывают слоем геля на основе силикона с порошком люминофора так, чтобы часть его излучения поглощалась в веществе люминофора и возбуждала его, а часть проходила сквозь люминофор свободно. В результате смешение исходного синего свечения нитрида галлия с желтым свечением люминофора дает белый свет. С помощью разных люминофоров достигается любое значение цветовой температуры излучаемого света.

На базе излучающего кристалла, покрытого люминофором и снабженного электрическими контактами, изготавливают сами светодиоды.

В зависимости от технологии сборки в настоящее время различают 4 типа светодиодов.

DIP – самый первый и самый массовый тип светодиодов на сегодня, но практически не использующийся в современных высокотехнологичных источниках света. DIP-светодиоды применяют для ручной или автоматической пайке. Линза предназначена для фокусировки и направлении светового потока. Угол обзора в DIP диодах обычно небольшой. Линза также необходима для отвода тепла и защиты кристалла от внешних воздействий. Применяется в основном в световых табло, в различных праздничных световых украшениях.

SLED (SpiderLED, SuperfluxLED) – эти светодиоды имеют аналогичную конструкцию, что и предшественники.

Главным отличием является наличие четырех контактов вместо двух. Это улучшает теплоотвод и дает большую надежность при монтаже, но из-за своих габаритов практически не используются.

SMD (от surfacemounteddevice – прибор, монтируемый на поверхность) – светодиоды изготовлены по технологии поверхностного монтажа. Основным отличием этой технологии от «традиционной» - сквозного монтажа в отверстия - является то, что компоненты монтируются на поверхность платы. Это обеспечивает меньшие габариты конструкции, лучший теплоотвод, вариативность исполнения.

Данная конструкция на сегодня является самой распространенной в освещении и используется в источниках света практически всех типов.

COB (Chip-On-Board — чип на плате) — технология, при которой чип кристалла монтируется (впаивается) в плату, тем самым обеспечивая высочайшую надёжность (защиту контактов от окисления), миниатюрность и теплоотвод. Помимо этого, стоимость производства таких светодиодов ниже по сравнению с SMD-светодиодами.

Но, тем не менее, COB-технология не может полностью вытеснить SMD, в силу ряда технических ограничений и недостатков. Например, для профессионального освещения с заданной кривой силы света (для уличного или узконаправленного освещения) светодиоды COB невозможно применить. Кроме того, если необходим равномерно светящийся источник света (например, потолочный светильник большой площади), лучше использовать много небольших SMD-светодиодов.