Hvad er LED'er, og hvordan fungerer de?

LED'er eller lette emitterende dioder har ændret den måde, vi tænker på belysning på, fordi de sparer energi, varer længere og kan bruges på mange forskellige måder.I modsætning til gammeldags pærer, der gør lys ved at opvarme en ledning, skaber LED'er lys ved at bevæge en elektrisk strøm gennem et specielt materiale kaldet en halvleder.Denne måde at gøre lys bruger meget mindre energi på og bliver ikke så varm.På grund af disse fordele bruges LED'er til alt fra små lys i gadgets til store belysningssystemer i bygninger.De findes i forskellige typer og farver, der hver er egnede til forskellige anvendelser.At lære, hvordan LED'er fungerer, og hvorfor de er bedre end traditionelle lys hjælper os med at se, hvorfor de bliver så populære i dag.

Katalog

Figur 1: LED'er eller lette emitterende dioder

Definition og grundlæggende drift

LED'er, eller lette emitterende dioder, er enheder, der udsender lys, når en elektrisk strøm passerer gennem dem.Hver LED er sammensat af to materialer: en P-type med mange huller (positive ladningsbærere) og en N-type med mange elektroner (negative ladningsbærere).Når der påføres en fremadspænding, får elektroner fra N-typen region energi og bevæger sig mod P-typen.Ved P-N-krydset udfylder elektroner hullerne og frigiver energi som lys.

I modsætning til traditionelle lyskilder, såsom glødepærer, der omdanner elektrisk energi til varme og derefter lys, konverterer LED'er elektrisk energi direkte til lys.Denne proces er meget mere effektiv, hvilket producerer mindre varme og bruger mindre energi.Derfor foretrækkes LED'er for deres energieffektivitet og lang levetid, hvilket kræver mindre hyppige udskiftninger og tilbyder mere robust ydeevne.

Typer af LED'er

Lampetype LED'er (bly)

Figur 2: Lampetype LED'er (bly)

Lampetype LED'er (bly) er en grundlæggende type lysemitterende dioder (LED'er) med metalben, også kaldet ledninger, der forbinder LED til et elektrisk kredsløb.Disse LED'er er normalt dækket af en lille, farvet plastpære.Denne pære har et par funktioner.Det spreder lyset mere jævnt, så det skinner ikke i kun en retning.Det beskytter også de små dele inde i LED'en mod skader og holder støv og fugt ude.

Førende LED'er har et simpelt design, hvilket gør dem meget nyttige og lette at bruge i mange elektroniske projekter.På grund af dette ligetil design bruges de ofte som indikatorlys til at vise, om en enhed er tændt eller slukket.Du kan også finde dem i digitale skærme, som dem på regnemaskiner og ure, hvor de hjælper med at vise numre og anden information.

Til dekorativ belysning er ledede LED'er en favorit, fordi de er lette at indstille og kan bruges til at skabe mange forskellige lysmønstre.Metalbenene gør det enkelt at fastgøre dem til kredsløbskort eller forbinde dem ved hjælp af brødplader til test.Dette gør dem populære blandt både hobbyister og professionelle ingeniører.De findes i mange farver og størrelser, hvilket tilføjer deres brugbarhed i kreative og praktiske belysningsopsætninger.

LED'er for chip -type (overflademontering)

Figur 3: Chip Type LED'er (overflademontering)

LED'er for chip -type (overflademontering) er en moderne forbedring i LED -teknologi, der er lavet til at blive fastgjort direkte på trykte kredsløbskort (PCB).De er meget mindre og mere effektive end traditionelle LAMP -LED'er, hvilket gør dem perfekte til små elektroniske enheder som smartphones, tablets og LED -tv'er.

Den største fordel ved LED'er for chip -type er deres lille størrelse og effektivitet.Fordi de er kompakte, kan de placeres tæt på PCB'er.Dette giver mulighed for oprettelse af komplekse elektroniske design, der gør mange forskellige ting.Denne tætte placering er meget nyttig for moderne enheder, der skal fungere godt inden for et lille rum.LED'er for chip -type bruger også energi bedre.De gør mere elektricitet til lys med mindre varme, hvilket får dem til at vare længere og bruger mindre strøm.Dette er især nyttigt i enheder, der kører på batterier, hvor det er meget vigtigt at gemme energi.

Surface Mount Technology (SMT), der bruges til Chip Type -LED'er, giver maskiner mulighed for at placere dem hurtigt og nøjagtigt på kredsløbskort.Dette fremskynder fremstillingsprocessen og sænker produktionsomkostningerne.Denne metode sikrer også, at LED'er placeres konsekvent og pålideligt, hvilket er vigtigt for enhederne at fungere korrekt og vare længe.

Begge typer LED'er fungerer efter det samme grundlæggende princip: producerer lys, når en elektrisk strøm passerer gennem et specielt materiale inde i dem.Valget mellem lampetype og chip -type LED'er afhænger af projektkrav, såsom størrelse, effektivitet og integration lethed.

Bølgelængde og farve

Farven på en LED bestemmes af de materialer, der bruges til at fremstille den, som udsender forskellige farver på lys, når elektricitet flyder gennem dem.To hovedfaktorer påvirker en LED's farve:

Peak bølgelængde (λp)

Figur 4: Graf, der viser den maksimale bølgelængde (λp) på en LED

Peak bølgelængde (λp) er den bølgelængde, hvorpå en LED udsender mest lys.For eksempel skinner en rød LED normalt lysest på omkring 630 nanometer.Dette betyder, at LED producerer sit stærkeste røde lys ved denne bølgelængde. At vide, at den maksimale bølgelængde er meget nyttig til forskellige anvendelser.Det bestemmer LED -lysets farve og lysstyrke.For at finde den maksimale bølgelængde måler vi LED's lysspektrum og finder det punkt, hvor lyset er det mest intense.For eksempel i skærmteknologi hjælper den nøjagtige topbølgelængde med at producere de rigtige farver.I plantelys skal den maksimale bølgelængde matche bølgelængderne, som planter absorberer bedst for at hjælpe dem med at vokse bedre.

Den maksimale bølgelængde påvirker også, hvordan LED'er fremstilles.Ingeniører kan ændre materialerne og designen af ​​LED til at få den ønskede topbølgelængde, hvilket får LED til at fungere bedre til specifikke anvendelser.Dette involverer at vælge de rigtige halvledermaterialer, fordi disse materialer bestemmer energien og bølgelængden af ​​det udsendte lys.

Dominant bølgelængde (λd)

Figur 5: Et diagram, der viser den dominerende bølgelængde (λd) på en LED

Dominant bølgelængde (λD) er en grundlæggende idé i studiet af farve, især når man forstår, hvordan menneskelige øjne ser lys fra lysdioder og andre lyskilder.Den dominerende bølgelængde er den farve, som folk ser tydeligst, når de ser på en lyskilde, selvom det lys består af flere forskellige farver.Denne måling betyder noget, fordi menneskelig vision kombinerer disse flere farver i en hovedfarve, som vi opfatter.Når en LED udsender lys, gør det normalt det på tværs af en række farver.Disse individuelle farver blandes sammen, og den dominerende bølgelængde er den farve, der skiller sig mest ud for det menneskelige øje.At finde denne farve er ikke altid let, fordi den afhænger af den specifikke blanding og styrke i de forskellige farver.Denne proces involverer detaljerede beregninger, der overvejer, hvor følsomme menneskelige øjne er for forskellige dele af lysspektret.

For at finde den dominerende bølgelængde bruges en enhed kaldet et spektrometer til at studere lyset fra LED.De indsamlede data viser, hvor stærkt lyset er i hver farve.Denne information er derefter afbildet på et kromatisitetsdiagram, som er et diagram, der repræsenterer farver baseret på menneskelig vision.Den dominerende bølgelængde findes ved at tegne en linje fra et centralt hvidt punkt på diagrammet gennem koordinaterne for lyskilden og udvide den til kanten af ​​diagrammet.Det punkt, hvor denne linje møder kanten, er den dominerende bølgelængde.

At kende den dominerende bølgelængde er meget nyttig i felter, hvor der er behov for præcis farve, såsom i display -teknologi, belysningsdesign og ethvert område, hvor nøjagtig farvematchning er påkrævet.Ved at kontrollere den dominerende bølgelængde kan producenter skabe LED'er, der udsender specifikke farver, der er egnede til forskellige formål, som at hjælpe planter med at vokse bedre med visse lyse farver eller producere lyse og realistiske farver på skærme.

Oprettelse af hvidt lys med lysdioder

Figur 6: To metoder til at skabe hvidt lys med LED'er

Oprettelse af hvidt lys med lysdioder involverer to hovedmetoder, hver med sine egne fordele og anvendelser.

En metode involverer at kombinere rød, grøn og blå (RGB) LED'er.Ved omhyggeligt at justere intensiteten af ​​disse tre primærfarver kan de blandes for at skabe hvidt lys.Denne teknik bruges ofte i enheder, der har brug for præcis farvekontrol og nøjagtig farvepræsentation, såsom LED-skærme i fuld farve og dekorativ belysning.Selvom denne metode tilbyder fremragende kontrol over farveudgang, er den mere kompliceret og dyr sammenlignet med den blå LED med gul fosformetode.Det kræver avancerede kontrolkredsløb og kalibrering for at sikre, at farverne blandes korrekt for at producere hvidt lys.

Den anden metode bruger en blå LED parret med en gul fosforbelægning.Når den blå LED er tændt, begejstrer den den gule fosfor, hvilket gør den udsender gult lys.Kombinationen af ​​det resterende blå lys og det udsendte gule lys producerer hvidt lys.Denne metode er populær, fordi den er enkel og omkostningseffektiv, hvilket gør den velegnet til en lang række belysningsapplikationer.Imidlertid kan det undertiden resultere i et hvidt lys med en let blå eller kølig farvetone, som måske ikke er ideel til enhver situation.

Hver metode vælges baseret på den ønskede balance mellem omkostninger, kompleksitet og farvekvalitet.RGB-LED-metoden er valgt til applikationer, der kræver præcis farvetuning og lysudgang af høj kvalitet, mens den blå LED med gul fosformetode ofte foretrækkes for sin enkelhed og overkommelige pris.

LED -belysningseffektivitet

LED'er bruger meget mindre energi end traditionelle glødepærer, hvilket sparer op til 90% af energien.De producerer lys ved at passere en elektrisk strøm gennem en lille chip, der lyser op små lyskilder kaldet LED'er.I modsætning til glødepærer, der producerer lys ved at opvarme et glødetråd, indtil det lyser, genererer LED'er lys med langt mindre energi.

LED'er har dele kaldet køleplade, der hjælper med at håndtere den varme, de laver.Disse kølelegemer tager ind og spreder varmen for at holde lysdioderne fungerer godt.God varmehåndtering får LED'er til at vare længere og holder dem lyse.Hvis varmen ikke håndteres godt, kan LED'er slides hurtigere og blive svage.Hvor længe LED'er varer, og hvor godt de fungerer, afhænger af, hvor gode de er, og hvor godt deres køleplade fungerer.

Levetid og nedbrydning

Levetid og sammenbrud er de vigtigste punkter i forståelsen af ​​LED (lysemitterende diode) ydeevne.I modsætning til almindelige pærer, der normalt brænder pludselig ud, bliver LED'er langsomt svage over tid.Denne langsomme dæmpningsproces kaldes lumenafskrivning.

Lumenafskrivning sker, fordi materialerne inde i LED -slid, hvilket får det til at producere mindre lys.Vi måler normalt en LEDs liv på det punkt, hvor dens lysstyrke er faldet til 70% af det oprindelige niveau.For eksempel, hvis en LED starter ved 1000 lumen, overvejes dens brugstid, når dens lysstyrke falder til 700 lumen.

Flere ting kan forårsage lumenafskrivning i lysdioder, såsom temperatur, elektrisk stress og kvaliteten af ​​de materialer, der bruges til at fremstille dem.Høje temperaturer kan fremskynde slid ud af LED -dele, hvilket gør dem svage hurtigere.Tilsvarende kan elektrisk stress, som for meget strøm eller spænding, forkorte en LEDs liv ved at forårsage ekstra skade på dets interne dele.

Kvaliteten af ​​de materialer, der bruges til at fremstille LED'er, påvirker også i høj grad, hvor længe de holder.LED'er lavet med bedre materialer og konstruktionsmetoder har en tendens til at vare længere og svimle langsommere.På den anden side kan LED'er af lavere kvalitet dæmpes hurtigere og have en kortere brugstid.

Lumenafskrivning sker, når LED'er mister lysstyrke over tid.Dette kan være forårsaget af flere hovedfaktorer:

• Overdreven varme kan skade de interne dele af LED.Varmevask hjælper med at styre denne varme, men hvis de ikke fungerer godt, kan LED -dele blive skadet.

• Høje elektriske strømme og spændinger kan slides komponenterne inde i LED.Dette slid kan gøre LED'en mindre lys.

• Materialerne, der bruges i lysdioder, især hvide, kan nedbrydes over tid.Dette materialefordeling fører også til et tab af lysstyrke.

• Miljøforhold som fugt og støv kan påvirke LED'er.Fugt kan forårsage, at dele ruster eller kortslutning, og støv kan blokere lys eller forstyrre LED's operation.

Anvendelser af LED'er

LED'er eller lysemitterende dioder har ændret belysningsindustrien meget, fordi de er alsidige og effektive.De kan bruges på mange måder, fra almindelige pærer til indbyggede inventar.En af de største fordele ved LED'er er deres lille størrelse, der giver mulighed for kreative og innovative lysdesign.Dette gør LED'er perfekte til både at udskifte traditionelle pærer og blive indbygget i brugerdefinerede inventar, hvilket giver langvarige og energibesparende belysningsløsninger.

I hybridbelysningsløsninger kombineres LED'er med traditionelle belysningsdesign.Disse systemer har ofte udskiftelige LED -dele inden for specielt designet inventar, hvilket gør det nemt at vedligeholde og opgradere dem.Denne kombination tager de bedste dele af både gamle og nye belysningsteknologier og forbedrer den samlede brugeroplevelse.

LED'er kan bruges mange forskellige steder, fra hjem til industrielle omgivelser.Deres energieffektivitet er en stor fordel, fordi LED'er bruger mindre strøm sammenlignet med traditionelle lys.Dette betyder lavere energiregninger og en mindre indflydelse på miljøet.LED'er varer også længere, så de behøver ikke at blive udskiftet så ofte, hvilket sparer tid og penge.

Termisk styring i lysdioder

Figur 7: Termisk styring i LED'er

Korrekt varmehåndtering er meget nyttigt for, hvor godt LED'er fungerer, og hvor længe de holder.Når der bruges lysdioder, producerer de varme.Hvis denne varme ikke styres godt, kan den hurtigt skade lysdioderne, hvilket gør dem mindre effektive og forkortet deres liv.

En stor del af håndtering af LED -varme er kølepladen.Ophedskna hjælper ved at opsuge og sprede varmen væk fra LED -chipens forbindelse med kredsløbskortet, hvilket gør den køligere.Hvor godt en køleplade fungerer afhænger meget af, hvad den er lavet af og dets design.

Materialer som aluminium og kobber bruges ofte til køleplade, fordi de kan flytte varmen væk effektivt.Design af kølelegemer inkluderer normalt funktioner som finner, der øger det overfladeareal, der kan frigive varme.Dette større overfladeareal hjælper kølepladen med at sprede varmen fra LED, holde LED -køligere og sørge for, at det fungerer godt i lang tid.

Forskelle mellem LED og traditionel belysning

LED'er tilbyder adskillige fordele i forhold til traditionel gløde og CFL (kompakt fluorescerende lampe) belysning, især i lys retning og farveområde:

• Retningsbelysning: LED'er udsender lys i en bestemt retning, ideel til målrettede belysningsbehov som læselamper eller spotlights.I modsætning hertil udsender gløde- og CFL -pærer lys og opvarmning i alle retninger, hvilket ofte kræver reflektorer eller nuancer for at fokusere lyset, hvilket resulterer i energi spild.

• Farveindstillinger: LED'er giver en bred vifte af farver, herunder rav, rød, grøn og blå.Hvidt lys kan oprettes ved at blande forskellige farvede lysdioder (f.eks. Rød, grøn og blå) eller ved hjælp af fosforbelagte LED'er, der udsender hvidt lys, når blå eller ultraviolet lys passerer gennem fosfor.Dette brede farveområde giver LED'er mulighed for at imødekomme forskellige belysningsbehov, fra varm, hyggelig belysning til lys, dagslyslignende belysning.

Hvordan fungerer LED'er?

Figur 8: Struktur af en LED

LED'er (lysemitterende dioder) fungerer som dioder og afgiver lys, når de er forspændt.I denne opsætning er den negative side (katode) forbundet til den negative terminal af en strømkilde, og den positive side (anode) er forbundet til den positive terminal.Dette arrangement lader elektroner fra N-regionen forstærke energi og bevæge sig mod P-regionen.Når disse elektroner krydser krydset og møder huller i P-regionen, frigiver de energi som lys.

Lysfarven En LED -udsendelse afhænger af de anvendte halvledermaterialer.For eksempel producerer galliumarsenid infrarødt lys, mens galliumphosphid kan producere grønt eller rødt lys.Disse forskelle i farve kommer fra de forskellige energiniveauer i materialerne, der bestemmer bølgelængden af ​​det lyse lys.

En LED er bygget med en blyramme, ofte kaldet en ambolt, der er forbundet til katodeterminalen.Denne ramme indeholder halvledermaterialet.P-regionen af ​​halvlederen placeres nær overfladen for at sikre, at mere lys kommer ud af LED i stedet for at blive fanget inde.Dette design hjælper med at øge LED's lysstyrke og effektivitet.

Konklusion

LED'er har mange fordele i forhold til traditionelle lys.De bruger mindre energi, varer længere og giver bedre lyskvalitet.LED'er fungerer ved at flytte elektroner gennem en halvleder, der direkte gør elektrisk energi til lys med meget lidt varme.De kan producere forskellige farver baseret på de anvendte materialer, og de forskellige design af lampetype og chip -type LED'er gør dem endnu mere nyttige.Efterhånden som teknologien forbedres, bliver LED'er stadig bedre, giver flere fordele og bruges på flere måder.Ved at forstå, hvordan LED'er fungerer og deres fordele, er det klart, hvorfor de bliver det foretrukne valg til belysning i vores hjem, kontorer og videre.

Ofte stillede spørgsmål [FAQ]

1. Hvordan fungerer LED -displayet?

En LED-skærm fungerer ved at bruge mange små lys kaldet lysemitterende dioder (LED'er).Disse små lys gløder i forskellige farver for at oprette billeder og tekst.Elektroniske kredsløb styrer disse lys og tænder og slukker dem hurtigt for at vise de ønskede billeder og mønstre.

2. Hvad er de to vigtigste ting, LED'er bruges til?

LED'er bruges hovedsageligt til belysning og skærme.Til belysning tilbyder de lyst og energibesparende lys til hjem, gader og køretøjer.Til skærme bruges de i skærme til fjernsyn, computere og reklametavler.

3. Hvad er princippet om LED og dets arbejde?

Princippet om en LED er baseret på en proces kaldet elektroluminescens.Når en elektrisk strøm strømmer gennem LED's materiale, giver det lys.Dette sker, fordi den elektriske energi får elektroner til at kombinere med andre partikler og frigive energi som lys.

4. Hvorfor er LED'er vigtige?

LED'er betyder noget, fordi de sparer energi, holder længe og er gode for miljøet.De bruger mindre elektricitet end traditionelle lys og har en meget længere levetid, så de behøver ikke at blive udskiftet så ofte.

5. Hvad er fordelene ved LED'er?

Fordelene ved LED'er inkluderer at bruge mindre energi, have en længere levetid, være mere holdbar, være mindre i størrelse og tænde og slukke hurtigere.De producerer også mindre varme og kommer i mange farver, hvilket gør dem nyttige til forskellige formål.