Vad är lysdioder och hur fungerar de?
Lysdioder eller ljusemitterande dioder har förändrat hur vi tänker på belysning eftersom de sparar energi, håller längre och kan användas på många olika sätt.Till skillnad från gammaldags glödlampor som gör ljus genom att värma en tråd, skapar lysdioder ljus genom att flytta en elektrisk ström genom ett speciellt material som kallas en halvledare.Detta sätt att göra ljus använder mycket mindre energi och blir inte så het.På grund av dessa fördelar används lysdioder för allt från små ljus i prylar till stora belysningssystem i byggnader.De finns i olika typer och färger, var och en lämplig för olika användningsområden.Att lära sig hur lysdioder fungerar och varför de är bättre än traditionella ljus hjälper oss att se varför de blir så populära idag.
Katalog
Bild 1: Lysdioder eller ljusemitterande dioder
Definition och grundläggande drift
Lysdioder, eller ljusemitterande dioder, är enheter som avger ljus när en elektrisk ström passerar genom dem.Varje LED består av två material: en p-typ med många hål (positiva laddningsbärare) och en n-typ med många elektroner (negativa laddningsbärare).När en framåtspänning appliceras får elektroner från n-typregionen energi och rör sig mot p-typregionen.Vid P-N-korsningen fyller elektronerna i hålen och släpper energi som ljus.
Till skillnad från traditionella ljuskällor, såsom glödlampor som omvandlar elektrisk energi till värme och sedan ljus, omvandlar lysdioder elektrisk energi direkt till ljus.Denna process är mycket effektivare, producerar mindre värme och använder mindre energi.Följaktligen föredras lysdioder för sin energieffektivitet och lång livslängd, vilket kräver mindre frekventa ersättare och erbjuder stabilare prestanda.
Typer av lysdioder
Lamptypslysor (ledda)
Bild 2: Lamptyp LED: er (bly)
Lamptypslysor (ledda) är en grundläggande typ av ljusemitterande dioder (lysdioder) med metallben, även kallade ledningar, som ansluter lysdioden till en elektrisk krets.Dessa lysdioder täcks vanligtvis av en liten, färgad plastkula.Denna glödlampa har några funktioner.Det sprider ljuset jämnare så att det inte lyser i bara en riktning.Den skyddar också de små delarna inuti lysdioden från skador och håller ut damm och fukt.
Ledade lysdioder har en enkel design, vilket gör dem mycket användbara och enkla att använda i många elektroniska projekt.På grund av denna enkla design används de ofta som indikatorljus för att visa om en enhet är på eller av.Du kan också hitta dem i digitala skärmar, som de på kalkylatorer och klockor, där de hjälper till att visa nummer och annan information.
För dekorativ belysning är ledade lysdioder en favorit eftersom de är enkla att ställa in och kan användas för att skapa många olika belysningsmönster.Metallbenen gör det enkelt att fästa dem på kretskort eller ansluta dem med brödbrädor för testning.Detta gör dem populära bland både hobbyister och professionella ingenjörer.De finns i många färger och storlekar och lägger till deras användbarhet i kreativa och praktiska belysningsuppsättningar.
Lysdioder av chiptyp (ytmontering)
Bild 3: Lysdioder av chiptyp (ytmontering)
Chip -lysdioder (ytmontering) är en modern förbättring av LED -teknik som görs för att fästas direkt på tryckta kretskort (PCB).De är mycket mindre och mer effektiva än traditionella lamptypslysor, vilket gör dem perfekta för små elektroniska enheter som smartphones, surfplattor och LED -TV -apparater.
Den största fördelen med lysdioder av chiptyp är deras lilla storlek och effektivitet.Eftersom de är kompakta kan de placeras nära varandra på PCB.Detta möjliggör skapandet av komplexa elektroniska mönster som gör många olika saker.Denna nära placering är till stor hjälp för moderna enheter som behöver fungera bra inom ett litet utrymme.Chip -lysdioder använder också energi bättre.De förvandlar mer el till ljus med mindre värme, vilket gör att de håller längre och använder mindre kraft.Detta är särskilt användbart i enheter som körs på batterier, där sparande energi är mycket viktigt.
Surface Mount Technology (SMT) som används för lysdioder av chiptyp gör det möjligt för maskiner att placera dem snabbt och exakt på kretskort.Detta påskyndar tillverkningsprocessen och sänker produktionskostnaderna.Dessutom säkerställer denna metod att lysdioder placeras konsekvent och pålitligt, vilket är viktigt för enheterna att fungera ordentligt och håller länge.
Båda typerna av lysdioder fungerar på samma grundprincip: producera ljus när en elektrisk ström passerar genom ett speciellt material inuti dem.Valet mellan lamptyp och chip -lysdioder beror på projektkrav som storlek, effektivitet och integrationslätt.
Våglängd och färg
Färgen på en LED bestäms av materialen som används för att göra det, som avger olika ljusfärger när el rinner genom dem.Två huvudfaktorer påverkar en LED -färg:
Toppvåglängd (λp)
Bild 4: Graf som visar toppvåglängden (λp) för en LED
Toppvåglängd (λp) är våglängden vid vilken en LED avger mest ljus.Till exempel lyser en röd LED vanligtvis ljusast vid cirka 630 nanometer.Detta innebär att LED producerar sitt starkaste röda ljus vid denna våglängd. Att veta toppvåglängden är mycket användbar för olika applikationer.Den bestämmer färgen och ljusstyrkan på LED -ljuset.För att hitta toppvåglängden mäter vi LED: s ljusspektrum och lokalisering av punkten där ljuset är det mest intensiva.Till exempel, i skärmteknologi, hjälper den exakta toppvåglängden att producera rätt färger.I växtljus bör toppvåglängden matcha de våglängder som växter absorberar bäst för att hjälpa dem att bli bättre.
Toppvåglängden påverkar också hur lysdioder görs.Ingenjörer kan ändra materialen och designen för LED för att få den önskade toppvåglängden, vilket gör att LED fungerar bättre för specifika användningar.Detta innebär att du väljer rätt halvledarmaterial eftersom dessa material bestämmer energin och våglängden för ljuset som släpps ut.
Dominerande våglängd (λD)
Bild 5: Ett diagram som visar den dominerande våglängden (λD) för en LED
Dominant våglängd (λD) är en grundläggande idé i studien av färg, särskilt när man förstår hur mänskliga ögon ser ljus från lysdioder och andra ljuskällor.Den dominerande våglängden är den färg som människor ser tydligast när de tittar på en ljuskälla, även om det ljuset består av flera olika färger.Denna mätning är viktig eftersom mänsklig syn kombinerar dessa flera färger i en huvudfärg som vi uppfattar.När en LED avger ljus gör det vanligtvis det över en mängd färger.Dessa enskilda färger blandas ihop, och den dominerande våglängden är färgen som sticker ut mest för det mänskliga ögat.Att hitta den här färgen är inte alltid lätt eftersom det beror på den specifika blandningen och styrkan i de olika färgerna.Denna process involverar detaljerade beräkningar som överväger hur känsliga mänskliga ögon är för olika delar av ljusspektrumet.
För att hitta den dominerande våglängden används en enhet som kallas en spektrometer för att studera ljuset från lysdioden.De insamlade uppgifterna visar hur starkt ljuset är i varje färg.Denna information planeras sedan på ett kromaticitetsdiagram, som är ett diagram som representerar färger baserat på mänsklig syn.Den dominerande våglängden hittas genom att dra en linje från en central vit punkt på diagrammet genom koordinaterna för ljuskällan och utvidga den till kanten av diagrammet.Poängen där denna linje möter kanten är den dominerande våglängden.
Att känna till den dominerande våglängden är mycket användbar i fält där exakt färg behövs, till exempel i skärmteknik, belysningsdesign och alla områden där exakt färgmatchning krävs.Genom att kontrollera den dominerande våglängden kan tillverkare skapa lysdioder som avger specifika färger som passar för olika ändamål, som att hjälpa växter att växa bättre med vissa ljusa färger eller producera ljusa och realistiska färger på skärmar.
Skapa vitt ljus med lysdioder
Bild 6: Två metoder för att skapa vitt ljus med lysdioder
Att skapa vitt ljus med lysdioder involverar två huvudmetoder, var och en med sina egna fördelar och användningsområden.
En metod innebär att kombinera röda, gröna och blå (RGB) lysdioder.Genom att noggrant justera intensiteten hos dessa tre primärfärger kan de blandas för att skapa vitt ljus.Denna teknik används ofta i enheter som behöver exakt färgkontroll och exakt färgrepresentation, såsom LED-skärmar i fullfärg och dekorativ belysning.Även om denna metod erbjuder utmärkt kontroll över färgutgången är den mer komplex och dyr jämfört med den blå LED med gul fosformetod.Det kräver avancerade kontrollkretsar och kalibrering för att säkerställa att färgerna blandas korrekt för att producera vitt ljus.
Den andra metoden använder en blå LED parad med en gul fosforbeläggning.När den blå LED är påslagen, lockar den den gula fosforen, vilket gör att den avger gult ljus.Kombinationen av det återstående blå ljuset och det utsända gula ljuset ger vitt ljus.Denna metod är populär eftersom den är enkel och kostnadseffektiv, vilket gör den lämplig för ett brett utbud av belysningsapplikationer.Men det kan ibland resultera i ett vitt ljus med en lätt blå eller sval nyans, som kanske inte är idealisk för varje situation.
Varje metod väljs baserat på önskad balans mellan kostnad, komplexitet och färgkvalitet.RGB LED-metoden väljs för applikationer som kräver exakt färginställning och högkvalitativ ljuseffekt, medan den blå LED med gul fosformetod ofta föredras för sin enkelhet och prisvärdhet.
LED -belysningseffektivitet
Lysdioder använder mycket mindre energi än traditionella glödlampor, vilket sparar upp till 90% energi.De producerar ljus genom att passera en elektrisk ström genom ett litet chip och tända små ljuskällor som kallas lysdioder.Till skillnad från glödlampor, som producerar ljus genom att värma en glödtråd tills den lyser, genererar lysdioder ljus med mycket mindre energi.
Lysdioder har delar som kallas kylflänsar som hjälper till att hantera värmen de gör.Dessa kylflänsar tar in och sprider värmen för att få lysdioderna att fungera bra.Bra värmehantering gör att lysdioder håller längre och håller dem ljusa.Om värmen inte hanteras bra kan lysdioder slitna snabbare och bli dimmer.Hur länge lysdioder varar och hur bra de fungerar beror på hur bra de är och hur bra kylsänkarna fungerar.
Livslängd och försämring
Livslängd och uppdelning är huvudpunkter i att förstå LED (Light Emitting Diode) prestanda.Till skillnad från vanliga glödlampor, som vanligtvis brinner ut plötsligt, blir lysdioder långsamt dimmer över tiden.Denna långsamma dimningsprocess kallas lumenavskrivning.
Lumenavskrivning sker eftersom materialen inuti lysdioden sliter ut, vilket får det att producera mindre ljus.Vi mäter vanligtvis en LED: s liv vid den punkt då dess ljusstyrka har sjunkit till 70% av sin ursprungliga nivå.Till exempel, om en LED startar vid 1000 lumen, övervägs dess användbar livslängd när dess ljusstyrka faller till 700 lumen.
Flera saker kan orsaka lumenavskrivningar i lysdioder, såsom temperatur, elektrisk stress och kvaliteten på de material som används för att göra dem.Höga temperaturer kan påskynda slitningen av LED -delar, vilket gör dem svaga snabbare.På liknande sätt kan elektrisk stress, som för mycket ström eller spänning, förkorta en LED: s liv genom att orsaka extra skador på dess inre delar.
Kvaliteten på materialen som används för att göra lysdioder påverkar också kraftigt hur länge de håller.Lysdioder gjorda med bättre material och konstruktionsmetoder tenderar att hålla längre och svaga långsammare.Å andra sidan kan lysdioder med lägre kvalitet dämpa snabbare och ha en kortare livslängd.
Lumenavskrivning sker när lysdioder förlorar ljusstyrka över tid.Detta kan orsakas av flera huvudfaktorer:
• Överdriven värme kan skada de inre delarna av lysdioden.Kylflänsar hjälper till att hantera denna värme, men om de inte fungerar bra kan LED -delarna skadas.
• Höga elektriska strömmar och spänningar kan slitna komponenterna inuti lysdioden.Denna slitage kan göra lysdioden mindre ljus.
• Materialet som används i lysdioder, särskilt vita, kan försämras över tid.Denna materialuppdelning leder också till en förlust av ljusstyrka.
• Miljöförhållanden som fukt och damm kan påverka lysdioder.Fukt kan få delar att rost eller kortslutning, och damm kan blockera ljus eller störa lysdioden.
Applikationer av lysdioder
Lysdioder eller ljusemitterande dioder har förändrat belysningsindustrin mycket eftersom de är mångsidiga och effektiva.De kan användas på många sätt, från vanliga glödlampor till inbyggda inventarier.En av de viktigaste fördelarna med lysdioder är deras lilla storlek, som möjliggör kreativa och innovativa belysningsdesign.Detta gör lysdioder perfekta för att både ersätta traditionella glödlampor och byggas in i anpassade fixturer, vilket ger långvariga och energibesparande belysningslösningar.
I hybridbelysningslösningar kombineras lysdioder med traditionella belysningsdesign.Dessa system har ofta utbytbara LED -delar inom specialdesignade fixturer, vilket gör det enkelt att underhålla och uppgradera dem.Denna kombination tar de bästa delarna av både gamla och nya belysningstekniker och förbättrar den totala användarupplevelsen.
Lysdioder kan användas på många olika platser, från hem till industriella miljöer.Deras energieffektivitet är en stor fördel eftersom lysdioder använder mindre kraft jämfört med traditionella ljus.Detta innebär lägre energiräkningar och en mindre inverkan på miljön.Dessutom varar lysdioderna längre, så de behöver inte bytas ut så ofta och spara tid och pengar.
Termisk hantering i lysdioder
Bild 7: Termisk hantering i lysdioder
Korrekt värmehantering är till stor hjälp för hur bra lysdioder fungerar och hur länge de håller.När lysdioder används producerar de värme.Om denna värme inte hanteras väl kan den snabbt skada lysdioderna, vilket gör dem mindre effektiva och förkortar sitt liv.
En stor del av hantering av LED -värme är kylflänsen.Kylflänsar hjälp genom att blötlägga och sprida värmen bort från LED -chipens anslutning till kretskortet, vilket gör det svalare.Hur väl en kylfläns fungerar beror mycket på vad den är gjord av och dess design.
Material som aluminium och koppar används ofta för kylflänsar eftersom de kan flytta värmen bort effektivt.Utformningen av kylflänsar innehåller vanligtvis funktioner som fenor, som ökar ytan som kan frigöra värme.Denna större ytarea hjälper kylflänsen att sprida värmen från lysdioden, hålla lysdioden kylare och se till att den fungerar bra under lång tid.
Skillnader mellan LED och traditionell belysning
Lysdioder erbjuder flera fördelar jämfört med traditionell glöd- och CFL -belysning (kompakt lysrör), särskilt i ljusriktning och färgområde:
• Riktningsbelysning: LED -lysdioder avger ljus i en specifik riktning, idealisk för riktade belysningsbehov som läslampor eller strålkastare.Däremot avger glödlampor och CFL -glödlampor ljus och värme i alla riktningar, ofta kräver reflektorer eller nyanser att fokusera ljuset, vilket resulterar i energiavfall.
• Färgalternativ: Lysdioder ger ett brett utbud av färger, inklusive bärnsten, rött, grönt och blått.Vitt ljus kan skapas genom att blanda olika färgade lysdioder (t.ex. rött, grönt och blått) eller använda fosforbelagda lysdioder som avger vitt ljus när blått eller ultraviolett ljus passerar genom fosfor.Detta breda färgområde gör det möjligt för lysdioder att möta olika belysningsbehov, från varm, mysig belysning till ljus, dagsljusliknande belysning.
Hur fungerar lysdioder?
Bild 8: Struktur för en LED
Lysdioder (ljusemitterande dioder) fungerar som dioder och ger av ljus när de är framåtriktade.I denna installation är den negativa sidan (katoden) ansluten till den negativa terminalen för en kraftkälla, och den positiva sidan (anoden) är ansluten till den positiva terminalen.Detta arrangemang låter elektroner från N-regionen få energi och gå mot p-regionen.När dessa elektroner korsar korsningen och möter hål i P-regionen, släpper de energi som ljus.
Färgen på ljus som en LED avger beror på de halvledarmaterial som används.Till exempel producerar galliumarsenid infrarött ljus, medan galliumfosfid kan producera grönt eller rött ljus.Dessa skillnader i färg kommer från de olika energinivåerna i materialen, som bestämmer våglängden för det avgivna ljuset.
En LED är byggd med en huvudram, ofta kallad en städ, som är ansluten till katodterminalen.Denna ram har halvledarmaterialet.P-regionen av halvledaren placeras nära ytan för att se till att mer ljus kommer ut ur lysdioden istället för att fångas inuti.Denna design hjälper till att öka LED: s ljusstyrka och effektivitet.
Slutsats
Lysdioder har många fördelar jämfört med traditionella ljus.De använder mindre energi, håller längre och ger bättre ljuskvalitet.Lysdioder fungerar genom att flytta elektroner genom en halvledare, vilket direkt förvandlar elektrisk energi till ljus med mycket lite värme.De kan producera olika färger baserade på de använda materialen, och de olika designen av lamptyp och chip -lysdioder gör dem ännu mer användbara.När tekniken förbättras fortsätter lysdioderna bättre, erbjuder fler fördelar och används på fler sätt.Genom att förstå hur lysdioder fungerar och deras fördelar är det tydligt varför de blir det föredragna valet för belysning i våra hem, kontor och därefter.
Vanliga frågor [FAQ]
1. Hur fungerar LED -displayen?
En LED-skärm fungerar med många små lampor som kallas ljusemitterande dioder (lysdioder).Dessa små lampor lyser i olika färger för att skapa bilder och text.Elektroniska kretsar styr dessa lampor och slår på och av snabbt för att visa önskade bilder och mönster.
2. Vilka är de två huvudsakliga lysdioderna används för?
Lysdioder används huvudsakligen för belysning och skärmar.För belysning erbjuder de starkt och energibesparande ljus för hem, gator och fordon.För skärmar används de på skärmar för tv -apparater, datorer och skyltar.
3. Vad är principen för LED och dess arbete?
Principen för en LED är baserad på en process som kallas elektroluminescens.När en elektrisk ström flyter genom lysdioden, avger det ljus.Detta händer eftersom den elektriska energin får elektroner att kombineras med andra partiklar och släpper energi som ljus.
4. Varför är lysdioder viktiga?
LEDs är viktiga eftersom de sparar energi, håller länge och är bra för miljön.De använder mindre elektricitet än traditionella ljus och har en mycket längre livslängd, så de behöver inte bytas ut så ofta.
5. Vilka är fördelarna med lysdioder?
Fördelarna med lysdioder inkluderar att använda mindre energi, ha en längre livslängd, vara mer hållbar, vara mindre i storlek och slå på och stänga snabbare.De producerar också mindre värme och finns i många färger, vilket gör dem användbara för olika ändamål.