Современный рынок осветительных приборов в значительной степени состоит из светодиодных светильников, являющихся устройствами нового поколения. Они активно применяются в качестве источников света как для городского и домашнего освещения, так и для подсветки матриц различных технических устройств. Светодиодные чипы крайне разнообразны по габаритам, функциональным и техническим характеристикам, энергоэффективности и области применения. Проведя их сравнение, можно с лёгкостью выбрать подходящий прибор в 2020 году.

Устройство и принцип работы светодиодов

Светодиодом называется прибор-полупроводник, способный преобразовывать электрический ток в видимое световое излучение. Часто применяемое обозначение светодиода ЛЕД является абберевиатурой light-emitting diode – светоизлучающий диод.

В отличие от ламп, излучение которых лежит в широком спектре, кристалл светодиода по внешнему полю излучает конкретный цвет. Диапазон освещения определяется химическими особенностями полупроводников, используемых в каждом случае.

Все модели светодиодов содержат следующие элементы:

• катод, отвечающий за подачу отрицательной части волны постоянного тока на полупроводниковый кристалл;
• анод, осуществляющий подачу положительной части волны на кристалл;
• рассеиватель, увеличивающий угол свечения;
• рефлектор, который отражает световой поток на рассеиватель;
• кристалл или чип полупроводника, осуществляющий излучение светового потока, используя p-n переход.

• 

Конструкция диода включает два полупроводника, легированных разными примесями. Один из них содержит свободные электроны, а второй – отверстия (дырки). Это обеспечивает p-n переход между полупроводниками, когда электроны переходят от донора к реципиенту, занимая свободные отверстия и выделяя фотоны. Данная реакция возможна при наличии источника постоянного тока. На практике применяются гетероструктуры – многослойные полупроводники, имеющие самый маленький вес.

Зная, какие бывают светодиоды по мощности и по внешнему виду, можно выбрать прибор для разных случаев. Они делятся на две большие группы:

1. Индикаторные. Маленькие светодиоды относительно небольшой мощности с умеренной яркостью. Применяются для цветовой индикации, при подсветке приборных панелей и прочего.
2. Осветительные. Их мощность может доходить до нескольких десятков Ватт, за счёт чего достигается свечение высокой интенсивности. Используются в составе светодиодных лент и ламп для освещения помещений, в фарах и иных приборах.

Основные параметры светодиодов

Перед тем, как рассматривать особенности существующих конструкций, следует ознакомиться с основными характеристиками приборов:

1. Светоотдача, или эффективность (Лм/Вт). Является отношением светового потока к используемой мощности. Эта величина высчитывается перед тем, как определить применимость диодов для различных осветительных систем. Модели 2020 года обладают показателями 120-140 Лм/Вт, то есть в несколько раз больше, чем у ламп накаливания.
2. Цветовая температура (Кельвины). Применяется в следующих диапазонах:

• 2500-3000 К – тёплый белый свет (WW);
• 4000-5000 К – нейтральный белый свет (NW);
• 6500-95000 К – холодный белый свет (CW).

Обратите внимание! Нейтральный свет диодов считается оптимальным для офисной работы, так как подсвечиваемые предметы имеют наибольшую чёткость.

Также выделяют цветные (синий, красный, жёлтый, зелёный) и RGB световые диоды.

3. Мощность светодиода (Вт, мА). Необходима для выбора подходящего источника питания. Диоды бывают:

• малой мощности – менее 0,5 Вт (20-60 мА);
• средней мощности – от 0,5 до 3 Вт (100-700 мА);
• большой мощности – более чем 3 ватта (от 1000 мА).

Обратите внимание! Чтобы продлить срок службы блока питания, его необходимо выбирать с запасом в 15-20%, превышающим реальную мощность светодиода.

4. Угол свечения (градусы). Обычно составляет 120-140^о, для индикаторных – 15-45^о.

5. Ресурс, или деградация (часы). Определяет длительность эксплуатации. На ресурс влияют:

• токовая деградация, когда через световые диоды пропускается избыточная сила тока;
• температурная деградация, возникающая при некачественном отводе электронной энергии.

Обратите внимание! Чтобы лучшие светодиоды прослужили заявленное количество часов, температура в точке пайки должна быть не более 65^оС.

Индикаторные светодиоды

Индикаторные светодиодные чипы наиболее распространены. Применяются для различной подсветки и индикации, от фонарей и светофоров до бытовой техники. Современные модификации обладают большой силой света, хотя это достаточно маломощные светодиоды.

Функцию отражателей, концентрирующих световой поток, выполняют стенки и опорная пластина. Приборы имеют прямоугольные торцы с диаметром 3-10 мм и выпуклые линзы. Для них требуется источник питания в 2,5-5 В (предел по току – 20-25 мА), а если используется интегрированный резистор – 12 В. Угол свечения бывает либо широким (110-140^о), либо узким (15-45^о). Светоотдача белых светодиодов находится на уровне 3-5 Лм.

• 

Индикаторный диод обладает следующими преимуществами:

• небольшая стоимость;
• безопасные токи и напряжение светодиодов;
• высокий уровень защиты от внешних воздействий;
• небольшое потребление энергии с низкой теплоотдачей, позволяющей устройствам работать продолжительное время без охлаждающих радиаторов.

Среди индикаторных выделяют следующие типы светодиодов:

Тип светодиода	Строение	Корпус	Цветовой диапазон	Угол рассеяния	Область применения
DIP	Самые маленькие, кристалл в выводном корпусе	Прямоугольный или цилиндрический, диаметр – от 3 до 10 мм. Имеет выпуклую линзу	Одно- и многоцветный (RGB), УФ и ИК	До 60о	Устройства индикации, световые табло, ёлочные украшения
Super Flux «Piranha»	Имеет четыре вывода для фиксации на плате	Прямоугольный, с линзой (5 или 3 мм) или без	Зелёный, красный, синий и белые с разной температурой	40-120о	Подсветка дневных ходовых огней, автомобильных приборов и прочего
Straw Hat	Два вывода, кристалл расположен возле передней стенки	Цилиндрический, радиус линзы увеличен, высота уменьшена	Синий, зелёный, жёлтый, белый и красный светодиод	100-140о	Используются, когда требуется равномерное освещение с небольшим энергопотреблением
SMD	Не имеют вывода, монтируются поверхностно	Типовой размерный ряд, часть с выпуклой линзой, другая – плоские светодиоды	Цветные и белые	20-120о	Являются основой диодных лент

Наиболее технологичной и популярной является группа SMD светодиодов.

Сравнение SMD светодиодов

Применение SMD диодов повсеместно. Эти относительно маломощные светодиоды являются основой лампочек общего освещения, индикаторных панелей и систем аварийного освещения. Наибольшей популярностью пользуются светодиодные ленты на СМД диодах. Существуют и их вариации в виде модулей и линеек, где используются планарные светодиоды.

Определить тип и размер корпусов SMD диодов можно по маркировке, цифры которой обозначают ширину и длину. Новые модификации конструируются на группах, состоящих из четырёх равных по мощности светодиодов разных цветов – «G+R+W+B». Это увеличивает светоотдачу и расширяет световые оттенки, поэтому такой тип светодиодов самый яркий.

Классификация светодиодов по типоразмерам следующая:

Маркировка SMD	3528	5630	3014	5050	5730-05	5730-1	2835
Световой поток, Лм	5	40	8	15	40	100	25
Мощность, Вт	0,06	0,5	0,07	0,2	0,5	1	0,2
Температура, оС	до 65	до 80	до 65	до 65	до 80	до 80	до 65
Ток, мА	20	150	30	60	150	30	60
Напряжение, А	3,3	3,3	3,3	3,3	3,4	3,4	3,4
Габариты, мм	3,5х2,8	5,3х3	3х1,4	5х5	4,8х3	4,8х3	2,8х3,5

Таблица включает усреднённые технические характеристики, которые показывают лучшие светодиоды с белым светом. Самые мощные лампы холодного и тёплого белого света обладают меньшим световым потоком и, имея равную яркость светодиодов, дают лучшее освещение, чем цветные.

Обратите внимание! Светоотдача тёплых тонов может быть на 10% меньше той, что отражают маркировка и характеристики, а холодных – на 10% больше, поэтому они самые энергоэффективные.

Реальные технические характеристики и качество светодиодов в значительной степени определяет марка светодиодов, причём колебания могут доходить до 15%. Качественные светодиоды выпускают крупные японские, европейские и китайские бренды. Бюджетные же устройства неизвестных китайских производителей, занесённые в каталог, обычно очень слабые, и вместо заявленных 0,5 Ватт могут выдавать 0,15 или даже 0,09.

Такие низкие показатели мощности объясняются тем, что внутри корпуса смонтирован кристалл меньшего размера. Это характерно для низкокачественной китайской продукции. Поэтому, самостоятельно проектируя источник питания, стоит стремиться к реальным показателям тока в нагрузке, равным около 95% от заявленного. При небольшой недогрузке можно увеличить рабочий ресурс даже для устройств, где используются не самые лучшие светодиоды.

Осветительные светодиоды

Выбирая, какие светодиоды самые яркие, стоит остановиться на осветительных. Это сверхмощные светодиоды с высокой интенсивностью излучения. Выпускаются исключительно в белом цвете, тёплом и холодном, корпус предназначен для поверхностного монтажа. Используются в лампах и светодиодных лентах, фарах, фонарях и прочем, где необходимы мощные сверхъяркие светодиоды.

Не существует естественных кристаллов, излучающих белый свет. Поэтому, чтобы создать светодиоды белого свечения, используются различные технологии, основанные на смешивании трёх основных цветов (RGB). Цветовая температура определяется способом их сочетания. Популярным методом является покрытие кристалла слоями люминофора, каждый из которых отвечает за один из трёх базовых цветов. Другой способ заключается в нанесении пары слоёв люминофора на голубой кристалл.

Можно выделить следующие преимущества осветительных диодов:

• различное цветовое свечение;
• возможность выбора световой температуры;
• энергосбережение, сокращающее расходы электричества;
• малый коэффициент пульсации;
• разнообразная рассеиваемая мощность.

• 

Среди осветительных выделяются следующие виды светодиодов:

Тип светодиода	Строение	Корпус	Угол рассеяния	Область применения
SMD	Кристалл, покрытый люминофором, размещён на алюминиевой либо медной подложке, отводящей тепло	В основном прямоугольный, с линзой или без	100-130о	Переносные фонари, светодиодные лампы и ленты, фары авто
COB	Большое количество светодиодов SMD в едином корпусе, покрытом люминофором	Имеют вид матрицы, чаще всего прямоугольной	до 180о	Только для освещения без узконаправленного излучения
Filament	Кристаллы покрыты люминофором и установлены на стеклянную подложку	Цилиндрическая подложка	360о	Декоративная подсветка помещений
PCB Star	Один кристалл большой площадью на подложке из алюминия	Подложка в форме шестерёнки или звезды	120о	Мощные прожекторы и ручные фонари

Обратите внимание! Спектр свечения Filament намного приятнее для человеческого глаза, чем виды SMD и COB, и схож со светом ламп накаливания.

Типы светодиодов: особенности

Решая, какие светодиоды лучше для освещения, стоит учесть, что по величине светового потока сверхъяркий PCB Star лидирует, хоть и является разновидностью SMD диодов. Разница заключается в том, что он является точечным мощным источником света, а не совокупностью кристаллов, что упрощает фокусировку. По этой причине эти мощные сверхъяркие светодиоды удобно применять для фонаря.

Наиболее универсальными являются SMD светодиоды. Можно выделить следующие преимущества этого типа:

• высокая энергоэффективность;
• прочный полимерный корпус;
• средняя стоимость;
• ремонтопригодность;
• длительный период эксплуатации;
• хороший показатель охлаждаемости за счёт применения радиатора.

Данные светодиоды повышенной яркости имеют и недостатки:

• меньшая эффективная освещённость, чем у Filament;
• неравномерное распределение светового потока в различных направлениях;
• бьющий направленный свет.

Филаментные приборы являются более технологичными. Такая модель представляет собой стеклянную полоску, металлизированную с обеих сторон, за счёт чего подаётся питание. Сверху на полоску приклеено некоторое количество светодиодов, покрытое люминофором. Полоски, несущие мощные светодиоды, помещаются в стеклянную колбу, имеющую вид привычной лампочки с гелием. По сути филаментная лампочка является COB диодом, помещённым в газовую среду.

К преимуществам Filament диодов относится следующее:

• равномерность светового потока в разных направлениях;
• яркий свет, не «режущий» глаза;
• высокая энергоэффективность;
• длительный период эксплуатации;
• привычный вид колбы;
• возможность утилизации с бытовыми отходами.

Можно выделить и ряд недостатков:

• хрупкий стеклянный корпус;
• высокая стоимость;
• у дешёвых моделей – плохая охлаждаемость;
• непригодность к ремонту.

Видео по теме (на примере сравнения лент SMD диодов 3528, 5050, 5630, 5730):

Если у вас остались вопросы после прочтения статьи "Сравнение светодиодов: виды, типы, классификация, характеристики и назначение", задайте их в комментарии, мы обязательно постараемся дополнить материал ответами на них.