Класифікація типів світлодіодів

Сучасна світлотехніка все більше тяжіє до застосування світлодіодів. Але чим новіша технологія, тим більше питань вона викликає. Які типи світлодіодів бувають? Який тип світлодіодів вибрати? Яка технологія найнадійніша? На ці та інші запитання Ви знайдете відповіді у цій статті.

Світлодіод – це напівпровідниковий прилад, який перетворює енергію електричного струму на світло. Елементом світлодіода, що світиться, є напівпровідниковий кристал, що має багатошарову структуру з тонких плівок напівпровідників з різними типами провідності — дірковою та електронною.

Діркова провідність пов'язана з переходом електрона з іншого атома на атом із вільним місцем. На атом, звідки перейшов електрон, входить інший електрон з іншого атома тощо. буд. Це зумовлюється ковалентними зв'язками атомів. Таким чином відбувається переміщення позитивного заряду без переміщення самого атома. Цей умовний позитивний заряд називають діркою.

У зонах контакту різних типів провідності утворюються p-n-переходи. Такі багатошарові конструкції називають гетероструктурами.

При проходженні електричного струму в області p-n-переходів відбувається рекомбінація дірок та електронів (електрони займають вакантні місця - дірки), що супроводжується випромінюванням світла. Це випромінювання може бути червоним, жовтим, зеленим чи синім – залежно від складу напівпровідників у гетероструктурі. Гетероструктури, що складаються із шарів нітриду галію (GaN) з певними домішками, випромінюють синє світло.

Випромінюючий кристал нітриду галію з майданчиками для контактних проводів у світлотехніці прийнято називати чіпом. Чіп є ключовим компонентом, на базі якого збирається власне світлодіод.

Щоб отримати біле світло, на чіп наносять люмінофор — хімічну речовину, яка збуджується випромінюванням, що походить від кристала, і випромінює власне випромінювання. Це поєднує світлодіоди з компактними люмінесцентними лампами - всередині трубки також є люмінофор.

Чіп покривають шаром гелю на основі силікону з порошком люмінофора так, щоб частина його випромінювання поглиналася в речовині люмінофора і збуджувала його, частина проходила крізь люмінофор вільно. В результаті змішування вихідного синього світіння нітриду галію з жовтим світінням люмінофора дає біле світло. За допомогою різних люмінофорів досягається будь-яке значення колірної температури світла, що випромінюється.

На основі випромінюючого кристала, покритого люмінофором і з електричними контактами, виготовляють самі світлодіоди.

Залежно від технології збирання нині розрізняють 4 типи світлодіодів.

DIP – найперший і наймасовіший тип світлодіодів на сьогодні, але практично не використовується у сучасних високотехнологічних джерелах світла. DIP-світлодіоди застосовують для ручного або автоматичного паяння. Лінза призначена для фокусування та напрямку світлового потоку. Кут огляду в DIP діодах зазвичай невеликий. Лінза також необхідна для відведення тепла та захисту кристала від зовнішніх впливів. Застосовується переважно у світлових табло, у різних святкових світлових прикрасах.

SLED (SpiderLED, SuperfluxLED) – ці світлодіоди мають аналогічну конструкцію, як і попередники.

Головною відмінністю є чотири контакти замість двох. Це покращує тепловідведення та дає більшу надійність при монтажі, але через свої габарити практично не використовуються.

SMD (від surfacemounteddevice – прилад, що монтується на поверхню) – світлодіоди виготовлені за технологією поверхневого монтажу. Основною відмінністю цієї технології від «традиційної» - наскрізного монтажу в отвори є те, що компоненти монтуються на поверхню плати. Це забезпечує менші габарити конструкції, найкраще тепловідведення, варіативність виконання.

Дана конструкція на сьогодні є найпоширенішою у освітленні та використовується в джерелах світла практично всіх типів.

COB (Chip-On-Board – чіп на платі) – технологія, при якій чіп кристала монтується (впаюється) в плату, тим самим забезпечуючи високу надійність (захист контактів від окислення), мініатюрність та тепловідведення. Крім того, вартість виробництва таких світлодіодів нижча в порівнянні з SMD-світлодіодами.

Проте COB-технологія не може повністю витіснити SMD через ряд технічних обмежень і недоліків. Наприклад, для професійного освітлення із заданою кривою сили світла (для вуличного або вузькоспрямованого освітлення) світлодіоди COB не можна застосувати. Крім того, якщо необхідне джерело світла, що рівномірно світиться (наприклад, стельовий світильник великої площі), краще використовувати багато невеликих SMD-світлодіодів.