[STEM] 如何選購 LED

LED ( 發 光 二 極 管 ),在 60 年 代 成 功 研 發 ,由 最 初 只 能 發 出 弱 弱 的 紅 光 ,只 能 用 在 玩 具 和 電 子 設 備 的 指 示 燈 ,到 後 來 發 明 了 超 光 LED,現 在 已 經 廣 泛 應 用 到 照 明 上 。

through-hole LED

SMD LED

LED 燈 珠 有 很 多 不 同 的 款 式 ,按 結 構 來 分 類 ,最 古 老 的 就 是 草 帽 燈 珠 ,或 者 叫 引 腳 式 封 裝 ( Through-hole LED );第 二 種 就 是 貼 片 式 封 裝 ( SMD ),多 用 在 LED 燈 膽 、LED 光 管 、LED 燈 帶 ,是 現 在 最 常 用 的 LED;第 三 種 是 大 功 率 封 裝 LED,單 一 燈 珠 達 1W 以 上 ,對 散 熱 有 很 高 要 求 ,因 為 LED 過 熱 是 會 大 大 縮 短 使 用 壽 命 的 ( LED 光 衰 )。第 四 種 是 COB 封 裝 ,即 是 將 多 顆 細 小 的 LED 直 接 封 裝 在 電 路 板 上 ,組 成 可 以 媲 美 傳 統 HID 的 超 高 密 度 光 源 。

High Power LED

COB LED

如 果 是 配 合 Arduino 使 用 的 話 ,絕 大 多 數 的 stem project 都 是 使 用 草 帽 燈 珠 的 ,首 先 它 價 錢 十 分 便 宜 ,其 次 是 它 可 以 直 接 插 在 麵 包 上 使 用 。草 帽 燈 珠 也 有 不 同 顏 色 、大 小 和 形 狀 。

1.8mm / 3mm / 5mm / 8mm / 10mm LED

草 帽 燈 珠 最 常 見 的 形 狀 是 圓 形 ,最 常 見 的 直 徑 是 3mm、5mm 和 10mm。我 用 得 最 多 的 是 5mm,我 自 己 覺 得 它 的 大 小 最 是 適 中 。

白 發 紅 ( clear / transparent led ) vs 紅 發 紅 ( diffused led )

草 帽 燈 珠 有 很 多 不 同 的 顏 色 ,常 見 的 有 紅 、黃 、綠 、藍 、白 、橙 、紫 等 等 。不 過 ,同 樣 是 紅 光 LED,也 有 「紅 發 紅 」( diffused ) 和 「白 發 紅 」( clear / transparent ) 兩 種 。兩 者 除 了 封 裝 外 殼 的 顏 色 不 同 ,光 度 也 會 不 同 。

透 明 LED 的 光 度 比 較 高 ,光 線 也 會 比 較 集 中 ,在 正 面 看 會 很 刺 眼 ,但 在 90 度 側 面 看 就 會 沒 什 麼 效 果 。透 明 LED  多 數 是 配 合 其 他 燈 具 或 燈 罩 一 起 使 用 。

帶 有 顏 色 的 LED 外 殼 會 把 光 線 散 射 ,不 會 那 麼 刺 眼 ,在 側 面 看 也 沒 有 問 題 。這 種 LED 多 數 是 直 接 使 用 。

霧 狀 LED

除 了 「有 顏 色 」和 「全 透 明 」之 外 ,其 實 還 有 一 種 「霧 狀 」LED。它 其 實 也 是 diffused led 的 一 種 ,只 不 過 它 是 奶 白 色 外 殼 。所 以 同 樣 是 紅 色 草 帽 燈 珠 ,也 會 分 「紅 發 紅 」、「白 發 紅 」和 「霧 狀 白 發 紅 」。

我 自 己 都 喜 歡 使 用 有 顏 色 外 殼 的 LED 燈 珠 。一 來 不 會 刺 眼 ,二 來 可 視 角 度 較 廣 ,三 來 斷 電 之 後 亦 可 以 輕 易 分 辨 顏 色 。試 想 像 如 果 你 想 用 不 同 顏 色 的 LED 來 砌 一 個 pattern,用 全 透 明 LED 就 會 很 頭 痛 了 。

單 顆 LED 燈 珠 都 有 自 己 特 定 的 電 壓 ( forward voltage ) 和 電 流 ( forward current )。不 同 燈 珠 ,特 別 不 同 顏 色 的 燈 珠 ,會 使 用 不 同 的 電 壓 ,通 常 在 2.0v – 3.2v 之 間 。而 我 們 的 Arduino 多 數 是 輸 出 5V 電 壓 ,如 果 直 接 把 5V 電 壓 加 到 LED 上 ,LED 就 會 因 為 電 流 過 大 而 燒 毀 。所 以 我 們 在 使 用 LED 時 都 要 加 入 限 流 電 阻 ( current limiting resistor )。

如 果 以 常 見 的 紅 黃 綠 LED 來 計 算 , forward voltage 是 2.0v,forward current 是 20mA,那 在 5V 電 壓 供 電 下 就 要 用 一 顆 150Ω 電 阻 。而 以 常 見 的 藍 色 LED 來 計 算 ,forward voltage 是 3.2v,forward current 是 20mA,那 在 5V 電 壓 供 電 下 就 要 用 一 顆 90Ω 電 阻 。

一 般 在 麵 包 板 上 ,我 們 都 會 用 上 面 這 種 0.25W 電 阻 。電 阻 是 十 分 便 宜 的 玩 意 ,在 淘 寶 1 蚊 就 有 100 粒 的 了 。

如 果 覺 得 自 己 加 入 電 阻 比 較 麻 煩 ,其 實 坊 間 亦 有 一 些 「帶 電 阻 」的 LED,帶 電 阻 的 LED 通 常 都 已 經 接 駁 好 電 線 。這 種 帶 線 帶 電 阻 的 LED 使 用 方 便 ,電 阻 值 亦 唔 洗 自 己 計 。不 過 正 正 因 為 電 阻 是 固 定 的 ,所 以 對 應 的 電 壓 也 是 固 定 的 ,所 以 購 買 時 要 認 清 楚 適 用 於 5V 供 電 。

以 上 的 LED 都 是 單 色 的 ,有 沒 有 可 以 變 色 的 LED 呢 ?當 然 有 。有 一 種 叫 做 「七 彩 」的 LED 燈 珠 ,通 電 之 後 就 會 自 動 七 彩 閃 爍 變 色 ,令 人 眼 花 撩 亂 。「七 彩 」LED 沒 得 控 制 顏 色 和 閃 爍 的 頻 率 ,個 人 覺 得 沒 什 麼 用 處 。

另 一 種 就 是 RGB 全 彩 LED。它 其 實 就 是 內 置 了 紅 綠 藍 三 原 色 的 LED 各 一 。它 共 有 4 隻 針 腳 ,RGB 各 一 隻 腳 ,另 一 隻 腳 就 是 共 陰 ( common cathode ) 或 者 共 陽 ( common anode ) 的 針 腳 。全 彩 LED 要 用 PWM 來 控 制 每 個 顏 色 的 強 度 來 混 合 出 你 需 要 的 顏 色 。由 於 接 駁 和 使 用 上 都 比 較 麻 煩 ,我 自 己 就 比 較 少 用 到 ( 一 塊 UNO 才 只 有 6 個 PWM 針 腳 ,一 顆 RGB LED 就 佔 用 了 3 個 )。

LED 十 分 便 宜 ,在 淘 寶 1 粒 就 只 要 幾 個 仙 。普 通 的 5mm 草 帽 LED 一 包 1000 粒 也 不 用 30 蚊 。某 些 特 別 的 顏 色 就 會 貴 一 點 點 ,例 如 藍 色 、紫 色 之 類 。

如 果 覺 得 散 買 麻 煩 ,其 實 很 多 店 都 會 有 組 盒 包 裝 出 售 。如 果 只 要 少 量 ,每 種 顏 色 幾 隻 ,這 樣 買 可 能 更 划 算 。

帶 電 阻 帶 線 的 LED 當 然 會 貴 一 點 ,大 概 就 是 單 顆 LED 的 10-20 倍 吧 ,大 約 0.5 – 1 元 。不 過 別 要 覺 得 這 樣 很 貴 ,因 為 當 初 我 也 試 過 自 己 焊 ,但 成 本 其 實 也 差 不 多 ( LED 燈 珠 + 電 阻 + 電 線 + 熱 縮 管 + 焊 錫 )。加 上 工 作 量 原 來 非 常 大 ,一 天 搞 50 條 我 已 經 想 死 。XDDDD

除 了 「帶 線 帶 電 阻 」的 LED 之 外 ,你 也 可 以 考 慮 購 買 LED 模 組 。所 謂 的 LED 模 組 就 是 將 LED 和 電 阻 預 先 整 合 好 在 一 塊 電 路 板 之 上 。雖 說 還 是 要 連 接 電 線 ,但 至 少 你 不 用 擔 心 電 壓 錯 誤 的 問 題 。

LED 模 組 同 LED 燈 珠 一 樣 ,有 不 同 顏 色 ,也 有 不 同 大 小 。除 了 一 般 的 單 色 LED,也 有 全 彩 LED。有 透 明 的 ,也 有 霧 色 的 。

LED 模 組 除 了 使 用 一 般 的 草 帽 燈 珠 ,更 有 使 用 貼 片 燈 珠 的 。一 般 來 說 ,貼 片 燈 珠 會 比 草 帽 燈 珠 更 光 亮 和 壽 命 更 長 。

除 了 單 獨 一 顆 的 LED,LED 模 組 也 有 多 顆 LED 的 。不 過 因 為 要 一 次 過 控 制 多 顆 LED 的 開 關 ,通 常 這 些 模 組 都 會 加 入 了 自 己 的 控 制 晶 片 ,我 們 再 不 能 用 控 制 單 一 LED 的 方 法 來 控 制 ,而 要 學 習 使 用 該 模 組 的 專 用 library。

其 實 LED 的 模 塊 真 的 超 級 多 ,有 圓 形 有 方 形 ,甚 至 有 柔 軟 的 和 交 通 燈 呢 。

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