Diody LED rodzaje - porównanie i różnice między technologiami LED

Autorzy: Szymon Sawicki, Radosław Gołębiowski

Wybór technologii LED jest jak dobieranie dla siebie samochodu: istnieją różne modele, zapewniające różnorodną gamę funkcji zależną od Twoich potrzeb. Kiedy zadecydujesz, które z nich są dla Ciebie odpowiednie, możesz wybierać spośród różnych rodzajów konstrukcji. "Konstrukcją" nazywamy sposób, w jaki kostka półprzewodnikowa LED – analogiczna do żarnika w tradycyjnej żarówce – została umieszczona w urządzeniu w zależności od jego przeznaczenia. Konstrukcja może być bardzo prosta, jak w przypadku LEDów DIP, albo złożona, dla sprostania zróżnicowanym celom, jak diody SMD. Technologia LED, w formie jaką znamy dziś, została opracowana w roku 1962 przez Nicka Holonyaka wraz z wynalezieniem diod DIP LED. Od tamtej pory przemysł LED wciąż je udoskonala. Poniższy artykuł ma na celu krótki przegląd głównych typów konstrukcji LED dostępnych na rynku.

Dual In-Line Package (DIP) LED

Czym jest DIP LED?

Technologia DIP LED istnieje od ponad pięćdziesięciu lat i najpewniej to właśnie ten rodzaj diody przychodzi Ci na myśl, kiedy słyszysz hasło "LED". Mimo swojego poczciwego wieku, LEDów DIP nie można nazwać przestarzałymi, ponieważ nadal znajdują zastosowanie na dużych bannerach i wyświetlaczach. Zyskały swoją popularność dzięki długiej żywotności i jasności produkowanego światła. Są łatwo rozpoznawalne dzięki charakterystycznemu kształtowi "pocisku" lub "pigułki" (o średnicy około 5mm), a także dzięki dwóm długim nóżkom, które można łatwo przylutować lub wpiąć w obwód scalony. Plastikowa obudowa pełni funkcję soczewki skupiającej światło diody. Z boku obudowy znajduje się również płaskie wcięcie, które oznacza zawsze stronę, po której znajduje się katoda.

Dzięki niskiej cenie,  jasnemu światłu i łatwości montażu, LEDy DIP znajdują zastosowanie w użytku domowym jako światła sygnalizujące działanie urządzeń RTV i AGD. Producenci elektroniki skupują je hurtowo do przeróżnych zastosowań, a dzięki specyficznej, intuicyjnej budowie, można je z łatwością przylutować do dowolnego obwodu scalonego. Pozwala to na przekazywanie użytkownikowi informacji o stanie urządzenia bez konieczności stosowania wyświetlacza.

Ten rodzaj oświetlenia LED zapewnia średnio 3 do 4 lumenów na diodę. Zazwyczaj działają w przedziale od 5 do 24 woltów, ale najczęściej stosowanym napięciem jest 12V. Każda dioda pobiera między 0.05 a 0.08 Watów, co daje 35 do 80 lumenów na 1 Wat, w zależności od modelu.

Przykładowe produkty DIP LED:

Żarówka LED GU-10D	Oprawa najazdowa MODO LED 12 H/ 12K	Żarówka LED MR-16D

Surface Mounted Device (SMD) LED

Czym jest SMD LED?

Chipy SMD, montowane powierzchniowo na układzie scalonym, zyskały popularność dzięki mnogości zastosowań, od żarówek i taśm LED, aż po wskaźniki nieodebranych połączeń we wczesnych modelach telefonów komórkowych.  Te chipy są znacznie mniejsze w porównaniu z diodami DIP, co zapewnia im większa wszechstronność pod kątem możliwych zastosowań. Technologia SMD jest również kompatybilna z bardziej złożonymi modelami, jak na przykład SMD 5050 (na zdjęciu), które obsługują funkcję RGB na pojedynczych chipach. Oznacza to, że są w stanie emitować światło w kombinacji kolorów czerwony-zielony-niebieski w obrębie jednego urządzenia, w przeciwieństwie do diod DIP. LEDy SMD nie przejęły kształtu "pocisku" od ich starszych kuzynów. Wyglądem przypominają płaskie, kwadratowe chipy komputerowe. Warto nadmienić, że LEDy SMD mogą być wyposażone w więcej niż jedną parę katod i anod. Istnieją modele posiadające 2, 4 lub 6 złączy, w zależności od ilości diod na chipie. Na każdą diodę przypada osobny obwód. Na przykład, modele SMD 5050 posiadają 3 diody na jednym chipie, co przekłada się na 3 obwody i 6 złączy. 

Możliwość umieszczenia 3 diod na tym samym chipie zrewolucjonizowała rozwój przemysłu LED. Jeśli chip zawiera po jednej czerwonej, zielonej i niebieskiej diodzie, można za jego pomocą uzyskać światło w dowolnym kolorze widzialnego spektrum poprzez regulację poziomu natężenia prądu wyjściowego na każdej diodzie z osobna. Ze względu na jasność emitowanego światła i możliwość zmiany kolorów, chipy SMD są powszechnie używane w taśmach i żarówkach LED.

LEDy SMD występują w różnych wariantach, z których najpopularniejszymi są SMD 3528 i SMD 5050. Pierwsza z odmian ma szerokość 3,5 mm, a druga 5mm. Niektóre z pozostałych modeli są tak małe, że używa się ich jako światła sygnalizujące w wysokiej klasy urządzeniach elektronicznych, jak na przykład laptopy czy telefony komórkowe. Jeśli Twoja komórka posiada światło działające, gdy ekran jest wyłączony, to znaczy, że znajduje się w niej dioda SMD.

Standardowe chipy SMD, znajdujące się w lampach i taśmach LED, wytwarzają między 4 a 5 lumenów na jedną diodę na chipie (jak na przykład wariant 3528 – chip z pojedynczą diodą). Takie chipy zazwyczaj działają na woltażu wynoszącym 12V, rzadziej na 24V. Każdy chip pobiera od 0.05 – 0.08W (modele z pojedynczą diodą) do 0.15 – 0.24W (modele z trzema diodami),  co daje 50 do 100 lumenów na 1 Wat, w zależności od modelu. Średni czas pracy nierzadko sięga 50 000 godzin.

Poniższa tabela nie uwzględnia jednej barwy światła, ponieważ wartość strumienia w lumenach oraz jasność w kandelach różnią się dość znacznie dla różnych kolorów światła.

Przykładowe produkty LED SMD:

Panel Bravo LED - SMD 2835	Lampa z diodami LED15 GU10 - SMD 5630	Świetlówka LEDline T8 SMD	Oprawa LED VARNA SMD	Taśma LED 150 LED 5050 IP20 12V

Chip On Board (COB) LED

Czym jest COB LED?

Najnowszym osiągnięciem w dziedzinie technologii LED jest tak zwany „Chip On Board” czyli płytka LED. Zarówno chipy SMD jak i COB mogą posiadać więcej niż jedną diodę na jednym chipie lub „płytce”. Tutaj jednak kończą się podobieństwa. W istocie, każdy chip COB posiada przynajmniej kilka diod; zazwyczaj 9 lub więcej. Kolejną istotną różnicą jest ilość obwodów przypadających na jeden chip. LEDy SMD potrzebują osobnego obwodu na każdą diodę, podczas gdy chipy COB posiadają jeden obwód i dwa złącza niezależnie od ilości diod na płytce. Dzięki takiej budowie, urządzenia wyposażone w chipy COB są nieporównywalnie łatwiejsze w konstrukcji i montażu niż ich odpowiedniki z diodami SMD. Co istotniejsze, dzięki tej prostocie designu, LEDy COB posiadają znacznie lepszy współczynnik lumenów na Wat niż inne wersje technologii LED. Niestety, wadą tego rodzaju LEDów jest fakt, że osobne obwody na chipie są niezbędne do manipulowania poziomami napięcia prądu wyjściowego na poszczególnych diodach, a tym samym do uzyskania zmiennych kolorów światła na chipie. Co w skrócie oznacza, że pomimo swojej wydajności i mocy w zastosowaniach do oświetlenia jednokolorowego, LEDy COB nie mogą być wykorzystane do uzyskania światła o zmieniających się barwach. Konstrukcja COB umożliwia duże zagęszczenie elementów, dzięki czemu w rezultacie uzyskujemy diody o dużej mocy sięgającej nawet 200W.

Przed wynalezieniem technologii COB, reflektory i naświetlacze LED były uważane za „oświetlenie niestandardowe” ponieważ wymagały wielu źródeł LED do uzyskania wysokiej wartości produkowanych lumenów. Pojawienie się technologii COB pozwoliło na uzyskanie wysokiego strumienia świetlnego przy użyciu pojedynczego chipu. Ta możliwość, niedostępna nigdy przedtem, zrewolucjonizowała życie dla ludzi, którzy potrzebują standardowego oświetlenia przy jednoczesnym utrzymaniu jak najniższego rachunku za prąd. Poza reflektorami i naświetlaczami, chipy COB znajdują najróżniejsze zastosowania w żarówkach i innych urządzeniach. Ponadto, technologia COB jest wykorzystywana w nowoczesnych, kompaktowych lampach błyskowych, jakie można znaleźć w kamerach cyfrowych i smartfonach. Istotą tej technologii jest wysoka wydajność przy niskim zużyciu energii, co jest kwestią kluczową w każdym urządzeniu działającym na baterie. Wiele smartfonów posiada małe matryce COB o wymiarach 2x2mm lub 3x3mm, służące jako ich lampy błyskowe. Amatorskie aparaty cyfrowe również korzystają z tej technologii, aby uzyskać mocne światło przy jak najmniejszym zużyciu energii.  

Chipy COB są bardzo zróżnicowane pod względem zastosowań, a więc poszczególne modele posiadają inne parametry techniczne. Można jednak przyjąć, że w większości chipów COB współczynnik lumenów do Watów jest bardzo wysoki i wynosi od 80 do ponad 100 lumenów na 1 Wat.

Przykładowe produkty LED COB:

Naświetlacz LED ECO COB	Oprawa uliczna LED WHL COB Epistar	Sufitowa oprawa punktowa LED ESTILIO	Lampa z diodą COB LED COB7W C60GU10	Reflektor LED KRN-LED COB

Multiple Chip On Board (MCOB) LED

Czym jest MCOB LED?

Specyficznym wariantem LEDów COB jest MCOB, albo „Multiple Chip On Board”, czyli konstrukcja składająca się z kilku połączonych chipów COB działających jako jedna całość. Podstawowa różnica między konstrukcjami COB i MCOB polega na zastosowaniu. Moduły MCOB wykorzystywane są w urządzeniach, w których potrzebne są źródła o niskiej mocy. W przeciwieństwie do COB, chipy MCOB nie spełniają wymagań standardowych reflektorów i naświetlaczy. Świetnie nadają się za to do sytuacji gdzie należy uzyskać dużo światła przy niewielkim poborze mocy, jak na przykład w żarówkach A19. To właśnie w tej odmianie żarówek technologia MCOB znajduje najczęstsze zastosowanie. Jeśli planujesz kupić LEDową żarówkę A19, to najpewniej znajdziesz w niej właśnie chip MCOB. MCOB oferują bardzo dużą skuteczność świetlną przy jednocześnie szerokim kącie rozsyłu światła (120°).

MCOB jest stosunkowo nową technologią i na dzień dzisiejszy nie ma wielu producentów, ale przewidujemy wzrost jej popularności i użyteczności wykraczającej poza żarówki A19. Chipy MCOB mają potencjał, aby znaleźć zastosowanie przy produkcji wielu nowych urządzeń, które nie znalazły się jeszcze na rynku.

Fascynujący świat technologii LED nieustannie ewoluuje i zmienia się przed naszymi oczami. Być może już wkrótce rynek LED wzbogaci się o kolejne wynalazki!

Przykładowe produkty LED MCOB:

Naświetlacz MONDO LED MCOB	Oprawa downlight LED MCOB CONSI LED	Oprawa oświetleniowa LED MCOB EURO	Oprawa downlight LED MCOB

High-Power LED

Czym jest High-Power LED?

Terminem High-Power LED określa się pojedyncze diody LED o poborze mocy wyższym niż 0,5W. Obecnie, większość producentów używa zgrupowanych diod LED o niższej mocy kosztem niższej wydajności świetlnej. Stosowanie diod LED o wysokiej mocy jest nowym, rozwijającym się trendem w branży oświetlenia komercyjnego. 

High-Power LED to źródło o wysokim poborze mocy. Diody o niskiej mocy pobierają zazwyczaj około 0,1W przy prądzie 20mA, ale LEDy High-Power mogą uzyskać 1W, 2W a nawet dziesiątki Watów, przy prądzie w przedziale od dziesiątek do kilkuset mA. Ze względu na ograniczenia wynikające z wydajności i ceny, obecnie stosuje się je tylko w wąskim zakresie specjalistycznych urządzeń, ale długofalowym celem branży jest opracowanie technologii high-power nadającej się do zastosowań komercyjnych.

Liderem w produkcji tego typu diod od początku była firma CREE. W źródłach światła występują najczęściej w grupie 3 diod o mocy 1W każda.

Zalety High-Power LED

LEDy High-Power wyróżniają się między innymi niską produkcją ciepła, długą żywotnością (sięgająca nawet 80-100 tysięcy godzin pracy) i doskonałą szybkością reakcji. Powłoka PCP umożliwia działanie diod w ekstremalnych warunkach atmosferycznych: mogą wytrzymać temperatury w przedziale od  -45  do 135 stopni Celsjusza. Umożliwiają zastosowanie w źródłach światła dowolnych soczewek w celu uzyskania pożądanych parametrów strumienia świetlnego.

Wady High-Power LED

Obecnie diody High-Power LED nadal mają wysokie koszta produkcji i niską wydajność świetlną. Barwa emitowanego światła może się zmienić pod wpływem intensywnej eksploatacji. Ponadto diody te wymagają chłodzenia do poprawnej pracy.

Zastosowania

LEDy High-Power znajdują swoje zastosowanie w strefie przemysłu specjalistycznego, jak na przykład na polach naftowych, placówkach petrochemicznych, na kolei, w górnictwie czy wojskowości. Co najważniejsze, LEDy High-Power zaczynają pojawiać się również w urządzeniach codziennego użytku.

Przykładowe produkty Power LED:

Oprawa Wetsy power LED okrągła 3W	Oprawa downlight LED TOL Power LED	Lampa z diodami POWER LED PAR-POWLED	Żarówka LED POWERLED ES111 10W	Reflektor LED LH8088

Pozostałe konstrukcje LED

Chip on Glass, LED filament (COG)

COG to nowoczesna i specyficzna technologia, w której wiele elementów jest nanoszonych na podłużne szklane lub szafirowe podłoże. Następnie jest przykryte warstwą luminoforu. W wyniku tego powstają multichipowe diody przypominające żarnik tradycyjnej żarówki i zapewniające szeroki kąt emisji światła. Dzięki zastosowaniu tej technologii, lampy tego typu przypominają znane od pokoleń tradycyjne żarówki. Emitują przyjemne, ciepłe światło, tworzą przyjazną atmosferę, a oryginalny wygląd wyróżnia produkt na tle innych ledów.

Przykładowe Produkty LED COG:

Lampa z diodami LED ZIPI COG	Lampa z diodami LED DIXI COG

Organic Light Emitting Diode (OLED)

OLED to technologia diod LED wytwarzanych ze związków organicznych, które stosuje się w wyświetlaczach (m.in. telefonicznych i telewizyjnych).