Kaj so LED in kako delujejo?

LED ali diode, ki oddajajo svetlobo, so spremenile način razmišljanja o osvetlitvi, ker prihranijo energijo, trajajo dlje in jih je mogoče uporabiti na več različnih načinov.Za razliko od staromodnih žarnic, ki prinašajo svetlobo s segrevanjem žice, LED ustvarijo svetlobo tako, da premikajo električni tok skozi poseben material, imenovan polprevodnik.Ta način izdelave svetlobe porabi veliko manj energije in se ne vroče.Zaradi teh prednosti se LED -ji uporabljajo za vse, od drobnih luči v pripomočkih do velikih svetlobnih sistemov v stavbah.Na voljo so v različnih vrstah in barvah, vsaka primerna za različne uporabe.Učenje, kako LED delujejo in zakaj so boljše od tradicionalnih luči, nam pomaga, da vidimo, zakaj danes postajajo tako priljubljeni.

Katalog

Slika 1: LED ali diode, ki oddajajo svetlobo

Definicija in osnovno delovanje

LED ali diode, ki oddajajo svetlobo, so naprave, ki oddajajo svetlobo, ko skozi njih prehaja električni tok.Vsaka LED je sestavljena iz dveh materialov: P-tip z veliko luknjami (pozitivni nosilci naboja) in N-tip z mnogimi elektroni (nosilci negativnih nabojev).Ko se uporabi napetost naprej, elektroni iz regije tipa N pridobijo energijo in se premaknejo proti območju tipa P.Na stičišču P-N elektroni napolnijo luknje in sproščajo energijo kot svetlobo.

Za razliko od tradicionalnih virov svetlobe, kot so žarnice, ki pretvorijo električno energijo v toploto in nato svetlobo, LED pretvorijo električno energijo neposredno v svetlobo.Ta postopek je veliko bolj učinkovit, saj proizvaja manj toplote in porabi manj energije.Posledično so LED za svojo energetsko učinkovitost in dolgo življenjsko dobo, ki zahtevajo manj pogoste zamenjave in nudijo močnejše zmogljivosti.

Vrste LED

LED -LED -LED (svinčene)

Slika 2: LED -LED LED (svinčene)

LED -LED -LED (svinčene) so osnovna vrsta diod, ki oddajajo svetlobo (LED) s kovinskimi nogami, imenovane tudi vodniki, ki LED povezujejo na električni vezje.Te LED diode običajno pokrivajo majhna, obarvana plastična žarnica.Ta žarnica ima nekaj funkcij.Luč širi bolj enakomerno, tako da ne sveti samo v eni smeri.Prav tako ščiti drobne dele znotraj LED pred poškodbami in preprečuje prah in vlago.

Svinčene LED imajo preprost dizajn, zaradi česar so zelo uporabne in enostavne za uporabo v številnih elektronskih projektih.Zaradi tega preproste zasnove se pogosto uporabljajo kot indikatorske luči, da pokažejo, ali je naprava vklopljena ali izklopljena.Najdete jih tudi v digitalnih prikazih, kot so tisti na kalkulatorjih in urah, kjer pomagajo prikazati številke in druge informacije.

Za dekorativno razsvetljavo so svinčene LED najljubše, saj jih je enostavno nastaviti in jih je mogoče uporabiti za ustvarjanje številnih različnih vzorcev osvetlitve.Kovinske noge omogočajo, da jih pritrdite na vezje ali jih priključite s pomočjo krušnih plošč za testiranje.Zaradi tega so priljubljeni tako s hobiji kot tudi pri profesionalnih inženirjih.Na voljo so v številnih barvah in velikostih, kar dodaja njihovo uporabnost v ustvarjalnih in praktičnih nastavitvah osvetlitve.

LED -LED -LED (površinski pritrditev)

Slika 3: LED za tipa čipov (površinski pritrditev)

LED -LED tipa čipov (površinski pritrditev) so sodobno izboljšanje tehnologije LED, ki jo je treba pritriti neposredno na tiskana vezja (PCB).So veliko manjši in učinkovitejši od tradicionalnih LED LED, zaradi česar so kot nalašč za majhne elektronske naprave, kot so pametni telefoni, tablični računalniki in LED televizorji.

Glavna prednost LED -jev tipa čipov je njihova majhnost in učinkovitost.Ker so kompaktni, jih je mogoče tesno postaviti na PCB.To omogoča ustvarjanje zapletenih elektronskih modelov, ki delajo veliko različnih stvari.Ta tesna namestitev je zelo koristna za sodobne naprave, ki morajo dobro delovati v majhnem prostoru.LED -LED -ji tipa čipov tudi bolje uporabljajo energijo.Več električne energije spremenijo v svetlobo z manj toplote, zaradi česar trajajo dlje in porabijo manj moči.To je še posebej koristno pri napravah, ki delujejo na baterijah, kjer je varčevanje z energijo zelo pomembno.

Tehnologija površinskega pritrditve (SMT), ki se uporablja za LED za LED čipov, omogoča strojem, da jih hitro in natančno postavijo na vezje.To pospeši proizvodni postopek in znižuje stroške proizvodnje.Ta metoda zagotavlja tudi, da se LED postavljajo dosledno in zanesljivo, kar je pomembno, da naprave delujejo pravilno in trajajo dolgo.

Obe vrsti LED delujeta na istem osnovnem načelu: proizvajanje svetlobe, ko električni tok preide skozi poseben material v njih.Izbira med vrsto svetilke in LED -jem tipa čipov je odvisna od zahtev projekta, kot so velikost, učinkovitost in enostavnost integracije.

Valovna dolžina in barva

Barvo LED določajo materiali, ki se uporabljajo za izdelavo, ki oddajajo različne barve svetlobe, ko skozi njih teče elektrika.Dva glavna dejavnika vplivata na barvo LED:

Najvišja valovna dolžina (λp)

Slika 4: Graf, ki prikazuje največjo valovno dolžino (λP) LED

Najvišja valovna dolžina (λP) je valovna dolžina, pri kateri LED oddaja največ svetlobe.Na primer, rdeča LED običajno sije najsvetlejša pri približno 630 nanometrih.To pomeni, da LED ustvari svojo najmočnejšo rdečo luč na tej valovni dolžini. Znanje najvišje valovne dolžine je zelo koristno za različne aplikacije.Določa barvo in svetlost LED luči.Da bi našli največjo valovno dolžino, izmerimo svetlobni spekter LED in najdemo točko, kjer je svetloba najbolj intenzivna.Na primer, v tehnologiji zaslona natančna valovna dolžina najvišjega vrhunca pomaga izdelati prave barve.V rastlinskih lučeh naj bi se najvišja valovna dolžina ujemala z valovnimi dolžinami, ki jih rastline najbolje absorbirajo, da bi jim pomagale rasti bolje.

Najvišja valovna dolžina vpliva tudi na izdelavo LED -jev.Inženirji lahko spremenijo materiale in oblikovanje LED, da dobijo želeno vrhovno valovno dolžino, zaradi česar LED deluje boljše za posebne uporabe.To vključuje izbiro pravih polprevodniških materialov, ker ti materiali določajo energijo in valovno dolžino svetlobe.

Prevladujoča valovna dolžina (λd)

Slika 5: grafikon, ki prikazuje prevladujočo valovno dolžino (λD) LED

Dominantna valovna dolžina (λd) je osnovna ideja pri preučevanju barve, še posebej, če razumete, kako človeške oči vidijo svetlobo iz LED in drugih svetlobnih virov.Prevladujoča valovna dolžina je barva, ki jo ljudje najbolj jasno vidijo, ko gledajo svetlobni vir, tudi če je ta svetloba sestavljena iz več različnih barv.Ta meritev je pomembna, ker človeški vid te več barv združuje v eno glavno barvo, ki jo zaznavamo.Ko LED oddaja svetlobo, to običajno počne v različnih barvah.Te posamezne barve se mešajo skupaj, prevladujoča valovna dolžina pa je barva, ki najbolj izstopa človeškemu očesu.Najti to barvo ni vedno enostavno, ker je odvisna od specifične mešanice in moči različnih barv.Ta postopek vključuje podrobne izračune, ki upoštevajo, kako občutljive so človeške oči na različne dele svetlobnega spektra.

Za iskanje prevladujoče valovne dolžine se za preučevanje svetlobe z LED uporablja naprava, imenovana spektrometer.Zbrani podatki prikazujejo, kako močna je svetloba pri vsaki barvi.Te informacije se nato narišejo na diagramu kromatičnosti, ki je grafikon, ki predstavlja barve, ki temeljijo na človeškem vidu.Prevladujoča valovna dolžina najdemo tako, da skozi koordinate svetlobnega vira narišemo črto iz osrednje bele točke na diagramu in jo razširimo do roba grafikona.Točka, kjer se ta črta sreča z robom, je prevladujoča valovna dolžina.

Poznavanje prevladujoče valovne dolžine je zelo uporabno na poljih, kjer je potrebna natančna barva, na primer v tehnologiji prikazovanja, osvetlitve in vsakega območja, kjer je potrebno natančno barvno ujemanje.Z nadzorovanjem prevladujoče valovne dolžine lahko proizvajalci ustvarijo LED, ki oddajajo specifične barve, primerne za različne namene, kot je pomoč rastlinam, da rastejo bolje z določenimi svetlimi barvami ali proizvajajo svetle in realistične barve na zaslonih.

Ustvarjanje bele svetlobe z LED

Slika 6: Dve metodi za ustvarjanje bele svetlobe z LED -ji

Ustvarjanje bele svetlobe z LED -ji vključuje dve glavni metodi, vsaka s svojimi prednosti in uporabo.

Ena metoda vključuje kombiniranje rdečih, zelenih in modrih (RGB) LED.S skrbnim nastavitvijo intenzivnosti teh treh osnovnih barv jih lahko zmešamo tako, da ustvarite belo svetlobo.Ta tehnika se običajno uporablja v napravah, ki potrebujejo natančen nadzor barv in natančen barvni prikaz, kot so zasloni LED polne barve in dekorativna osvetlitev.Čeprav ta metoda ponuja odličen nadzor nad barvnim izhodom, je bolj zapleten in drag v primerjavi z modro LED z rumenim fosforjem.Potrebuje napredne krmilne tokokroge in umerjanje, da se zagotovi, da se barve pravilno mešajo, da ustvarijo belo svetlobo.

Druga metoda uporablja modro LED v paru z rumeno fosforno prevleko.Ko je vklopljena modra LED, navdušuje rumeni fosfor, zaradi česar oddaja rumeno svetlobo.Kombinacija preostale modre svetlobe in oddajane rumene svetlobe proizvaja belo svetlobo.Ta metoda je priljubljena, ker je preprosta in stroškovno učinkovita, zaradi česar je primerna za široko paleto aplikacij za razsvetljavo.Vendar pa lahko včasih povzroči belo svetlobo z rahlim modrim ali hladnim odtenkom, kar morda ni idealno za vsako situacijo.

Vsaka metoda je izbrana na podlagi želenega ravnovesja med stroški, zapletenostjo in kakovostjo barve.Metoda RGB LED je izbrana za aplikacije, ki zahtevajo natančno barvno nastavitev in visokokakovosten svetlobni izhod, medtem ko je modra LED z metodo rumene fosfor pogosto prednostna zaradi svoje preprostosti in cenovne dostopnosti.

Učinkovitost LED osvetlitve

LED -ji porabijo veliko manj energije kot tradicionalne žarnice, prihranijo do 90% energije.Svetlo svetlobo proizvajajo s prehodom električnega toka skozi majhen čip in osvetljujejo drobne svetlobne vire, imenovane LED.Za razliko od žarnic, ki proizvajajo svetlobo s segrevanjem nitke, dokler ne sveti, LED ustvarijo svetlobo z veliko manj energije.

LED -ji imajo dele, imenovane vročina, ki pomagajo pri reševanju toplote, ki jo naredijo.Ti vročini za vročino prevzamejo in razširijo toploto, da LED dobro delujejo.Dobro upravljanje toplote naredi LED -ji trajajo dlje in jih ohranja svetle.Če toplote ne ravnamo dobro, se LED lahko hitreje obrabijo in postanejo zatemnjene.Kako dolgo trajajo LED in kako dobro delujejo, je odvisno od tega, kako dobre so in kako dobro delujejo vročina.

Življenjska doba in degradacija

Življenjska doba in razčlenitev sta glavna točka pri razumevanju zmogljivosti LED (lahka dioda).Za razliko od navadnih žarnic, ki običajno nenadoma izgorejo, LED sčasoma počasi postanejo zatemnjene.Ta počasni postopek zatemnitve se imenuje amortizacija lumena.

Amortizacija lumena se zgodi, ker materiali znotraj LED izplačajo, zaradi česar povzroči manj svetlobe.Običajno merimo življenje LED s točko, ko je njegova svetlost padla na 70% prvotne ravni.Na primer, če se LED začne pri 1000 lumnih, je njegovo življenjsko dobo preučeno, ko njegova svetlost pade na 700 lumnov.

Več stvari lahko povzroči amortizacijo lumena pri LED, kot so temperatura, električni stres in kakovost materialov, ki se uporabljajo za njihovo izdelavo.Visoke temperature lahko pospešijo nošenje iz LED delov, zaradi česar se hitreje zatemnijo.Podobno lahko električni stres, kot je preveč toka ali napetosti, skrajša življenjsko dobo LED, tako da povzroči dodatno škodo na njegovih notranjih delih.

Kakovost materialov, ki se uporabljajo za izdelavo LED, prav tako močno vpliva na to, kako dolgo trajajo.LED, narejene z boljšimi materiali in gradbenimi metodami, ponavadi trajajo dlje in se počasneje zatemnijo.Po drugi strani pa lahko LED z nižjo kakovostjo hitreje zatemnijo in imajo krajšo življenjsko dobo.

Amortizacija lumena se zgodi, ko LED sčasoma izgubijo svetlost.To lahko povzroči več glavnih dejavnikov:

• Prekomerna toplota lahko poškoduje notranje dele LED.Toplotni ponori pomagajo pri obvladovanju te toplote, če pa ne delujejo dobro, se LED deli lahko poškodujejo.

• Visoki električni tokovi in ​​napetosti lahko izpraznijo komponente znotraj LED.Ta obraba lahko postane LED manj svetla.

• Materiali, ki se uporabljajo v LED, zlasti belih, se lahko sčasoma razkrojijo.Ta razčlenitev materiala vodi tudi do izgube svetlosti.

• Okoljski pogoji, kot sta vlaga in prah, lahko vplivajo na LED.Vlaga lahko povzroči, da deli rjavijo ali kratek stik, prah pa lahko blokira svetlobo ali moti delovanje LED.

Uporaba LED

LED ali diode, ki oddajajo svetlobo, so svetlobno industrijo zelo spremenile, ker so vsestranske in učinkovite.Uporabljajo jih lahko na več načinov, od običajnih žarnic do vgrajenih napeljav.Ena glavnih prednosti LED je njihova majhnost, ki omogoča ustvarjalne in inovativne zasnove osvetlitve.Zaradi tega so LED kot nalašč za zamenjavo tradicionalnih žarnic in vgrajene v napeljave po meri, ki zagotavljajo dolgotrajne in varčne rešitve za osvetlitev.

V hibridnih razsvetljavnih raztopinah so LED v kombinaciji s tradicionalnimi osvetlitvami.Ti sistemi imajo v posebej oblikovanih napeljavah pogosto nadomestljive LED dele, kar omogoča enostavno vzdrževanje in nadgradnjo.Ta kombinacija ima najboljše dele starih in novih razsvetljavnih tehnologij, kar izboljšuje celotno uporabniško izkušnjo.

LED se lahko uporabljajo na več različnih krajih, od domov do industrijskih nastavitev.Njihova energetska učinkovitost je velika prednost, saj LED -ji v primerjavi s tradicionalnimi lučmi porabijo manj moči.To pomeni nižje račune za energijo in manjši vpliv na okolje.Prav tako LED diode trajajo dlje, zato jih ni treba zamenjati tako pogosto, prihranite čas in denar.

Toplotno upravljanje v LED

Slika 7: Toplotno upravljanje v LED

Pravilno upravljanje toplote je zelo koristno za to, kako dobro delujejo LED in kako dolgo trajajo.Ko se LED uporabljajo, proizvajajo toploto.Če se tej vročini ne upravlja dobro, lahko hitro poškoduje LED, zaradi česar so manj učinkoviti in skrajšajo življenje.

Glavni del upravljanja LED toplote je hladilnik.Toplota pomaga, tako da namočite in razprostirajo toploto stran od povezave LED čipa s vezjem, zaradi česar je hladnejša.Kako dobro deluje hladilni hladilnik, je veliko odvisno od tega, iz česa je narejen, in njene zasnove.

Materiali, kot sta aluminij in baker, se pogosto uporabljajo za toplotne umivalnike, ker lahko učinkovito premikajo toploto.Tudi zasnova toplotnih toplotnih umivalnikov običajno vključuje funkcije, kot so plavuti, ki povečujejo površino, ki lahko sprošča toploto.Ta večja površina pomaga hladilniku, da se toploto razširi z LED, pri čemer ohranja hladilnik LED in poskrbi, da dolgo deluje dobro.

Razlike med LED in tradicionalno osvetlitvijo

LED -ji ponujajo več prednosti pred tradicionalno osvetlitvijo žarišča in CFL (kompaktna fluorescentna svetilka), zlasti v svetlobnem in barvnem območju:

• Smerna razsvetljava: LED oddajajo svetlobo v določeni smeri, idealne za ciljno osvetlitev, kot so bralne svetilke ali osvetlitve.V nasprotju s tem žarnice z žarilno in CFL oddajajo svetlobo in toploto v vseh smereh, ki pogosto zahtevajo reflektorje ali odtenke, da se osredotočijo na svetlobo, kar ima za posledico izgubo energije.

• Barvne možnosti: LED zagotavljajo široko paleto barv, vključno z jantarjem, rdečo, zeleno in modro.Belo svetlobo lahko ustvarimo z mešanjem različnih barvnih LED (npr. Rdeče, zelene in modre) ali z uporabo fosfornih LED, ki oddajajo belo svetlobo, ko modra ali ultravijolična svetloba prehaja skozi fosfor.Ta široka barvna paleta omogoča, da LED-ove LED ustrezajo različnim razsvetljavnim potrebam, od tople, prijetne osvetlitve do svetle, dnevne svetlobe.

Kako delujejo LED?

Slika 8: Struktura LED

LED (diode, ki oddajajo svetlobo) delujejo kot diode in oddajajo svetlobo, ko so naprej pristranske.V tej nastavitvi je negativna stran (katoda) povezana z negativnim terminalom vira energije, pozitivna stran (anoda) pa je povezana s pozitivnim terminalom.Ta ureditev omogoča elektrone iz N-regije, ki pridobivajo energijo in se premaknejo proti P-regiji.Ko ti elektroni prečkajo stičišče in se srečujejo z luknjami v P-regiji, sproščajo energijo kot svetlobo.

Barva svetlobe, ki jo oddaja LED, je odvisna od uporabljenih polprevodniških materialov.Na primer, galijev arsenid proizvaja infrardečo svetlobo, medtem ko galijev fosfid lahko proizvaja zeleno ali rdečo svetlobo.Te razlike v barvi izvirajo iz različnih energijskih ravni materialov, ki odločajo o valovni dolžini svetlobe.

LED je zgrajena s svinčevim okvirjem, ki se pogosto imenuje nakovadna, ki je povezana s katodnim terminalom.Ta okvir vsebuje polprevodniški material.P-regija polprevodnika je nameščena v bližini površine, da se zagotovi, da iz LED-a pride več svetlobe, namesto da bi bila ujeta v notranjost.Ta zasnova pomaga povečati svetlost in učinkovitost LED.

Zaključek

LED -ji imajo številne prednosti pred tradicionalnimi lučmi.Uporabljajo manj energije, trajajo dlje in zagotavljajo boljšo kakovost svetlobe.LED delujejo s premikanjem elektronov skozi polprevodnik in električno energijo neposredno spremenijo v svetlobo z zelo malo toplote.Na podlagi uporabljenih materialov lahko izdelujejo različne barve, različni modeli tipa svetilke in LED -LED -jev tipa pa so še bolj uporabne.Ko se tehnologija izboljšuje, LED -ji postajajo vse izboljšujejo, saj ponujajo več koristi in se uporabljajo na več načinov.Z razumevanjem, kako delujejo LED in njihove koristi, je jasno, zakaj postajajo najprimernejša izbira za osvetlitev v naših domovih, pisarnih in širše.

Pogosto zastavljena vprašanja [FAQ]

1. Kako deluje LED zaslon?

LED zaslon deluje z uporabo številnih majhnih luči, imenovanih svetlobne diode (LED).Te drobne luči svetijo v različnih barvah, da ustvarijo slike in besedilo.Elektronska vezja nadzorujejo te luči in jih hitro vklopijo in izklopijo, da prikažejo želene slike in vzorce.

2. Za katera se uporabljata dve glavni LED -ji?

LED se uporabljajo predvsem za razsvetljavo in prikaze.Za razsvetljavo ponujajo svetlo in varčno svetlobo za domove, ulice in vozila.Za prikaze se uporabljajo na zaslonih za televizorje, računalnike in panoje.

3. Kakšno je načelo LED in njegovo delo?

Načelo LED temelji na postopku, imenovanem elektroluminiscenca.Ko električni tok teče skozi material LED, daje svetlobo.To se zgodi, ker električna energija povzroči, da se elektroni združijo z drugimi delci in sproščajo energijo kot svetlobo.

4. Zakaj so LED pomembne?

LED -ji so pomembne, ker prihranijo energijo, trajajo dolgo in so dobre za okolje.Uporabljajo manj električne energije kot tradicionalne luči in imajo veliko daljšo življenjsko dobo, zato jih ni treba zamenjati tako pogosto.

5. Kakšne so prednosti LED -jev?

Prednosti LED -jev vključujejo uporabo manj energije, daljšo življenjsko dobo, bolj trpežne, manjše velikosti in hitrejše vklop in izklop.Prav tako proizvajajo manj toplote in prihajajo v številnih barvah, zaradi česar so uporabne za različne namene.