Mitkä ovat LEDit ja miten ne toimivat?
LEDit tai valoa säteilevät diodit ovat muuttaneet valaistusta ajattelutapaa, koska ne säästävät energiaa, kestävät pidempään ja niitä voidaan käyttää monin eri tavoin.Toisin kuin vanhanaikaiset hehkulamput, jotka saavat valoa lämmittämällä lankaa, LEDit luovat valoa siirtämällä sähkövirtaa puolijohde-nimisen erityisen materiaalin kautta.Tämä valon tekeminen käyttää paljon vähemmän energiaa eikä kuumenee.Näiden etujen takia LED -levyjä käytetään kaikkeen pienistä valoista laitteissa suuriin valaistusjärjestelmiin rakennuksissa.Niitä on erityyppisiä ja värejä, joista kukin sopivat eri käyttötarkoituksiin.LEDien toiminnan oppiminen ja miksi ne ovat parempia kuin perinteiset valot, auttaa meitä näkemään, miksi niistä on tulossa niin suosittuja tänään.
Luettelo
Kuva 1: LEDit tai valoa säteilevät diodeja
Määritelmä ja perustoiminta
LEDit tai valoa säteilevät diodit ovat laitteita, jotka säteilevät valoa, kun sähkövirta kulkee niiden läpi.Jokainen LED koostuu kahdesta materiaalista: P-tyyppi, jossa on monia reikiä (positiiviset varauksen kantajat) ja N-tyyppi, jossa on monia elektroneja (negatiiviset varauksen kantajat).Kun kiinnitetään eteenpäin jännitettä, N-tyypin alueen elektronit saavat energiaa ja liikkuvat kohti P-tyypin aluetta.P-N-risteyksessä elektronit täyttävät reikiä vapauttaen energiaa valona.
Toisin kuin perinteiset valonlähteet, kuten hehkulamput, jotka muuttavat sähköenergian lämmöksi ja sitten valoksi, LEDit muuntaavat sähköenergian suoraan valoksi.Tämä prosessi on paljon tehokkaampi, tuottaa vähemmän lämpöä ja käyttää vähemmän energiaa.Näin ollen LEDit ovat edullisia energiatehokkuutensa ja pitkän elinajansa suhteen, jotka vaativat harvemmin korvauksia ja tarjoavat tukevamman suorituskyvyn.
LED -tyypit
Lampputyyppiset LEDit (lyijy)
Kuva 2: Lampputyyppiset LEDit (lyijy)
Lampputyyppiset LEDit (lyijy) ovat perustyyppisiä valoja, jotka säteilevät diodeja (LED), joilla on metallijalat, joita kutsutaan myös liidiksi, jotka yhdistävät LED: n sähköpiiriin.Nämä LEDit peitetään yleensä pieni, värillinen muovinen polttimo.Tällä lamppulla on muutama toiminto.Se levittää valoa tasaisemmin, joten se ei loista vain yhteen suuntaan.Se suojaa myös pieniä osia LED: n sisällä vaurioilta ja pitää pölyn ja kosteuden.
Lyijy LEDillä on yksinkertainen muotoilu, mikä tekee niistä erittäin hyödyllisiä ja helppokäyttöisiä monissa elektronisissa projekteissa.Tämän suoraviivaisen suunnittelun takia niitä käytetään usein indikaattorivaloina osoittaakseen, onko laite päällä tai pois päältä.Löydät ne myös digitaalisista näytöistä, kuten laskimissa ja kelloilla, joissa ne auttavat näyttämään numeroita ja muita tietoja.
Koristevalaistukseen lyijy LEDit ovat suosikki, koska niitä on helppo asentaa ja niitä voidaan käyttää monien erilaisten valaistuskuvioiden luomiseen.Metallijalat tekevät niiden kiinnittämisestä yksinkertaisesti piirilevyihin tai kytkemällä ne leipätauluilla testausta varten.Tämä tekee heistä suosittuja sekä harrastajien että ammattimajien keskuudessa.Niitä on monissa väreissä ja kokoissa, mikä lisää heidän hyödyllisyyttään luovissa ja käytännöllisissä valaistusasetuksissa.
Sirutyyppiset LEDit (pintakiinnitys)
Kuva 3: sirutyyppiset LEDit (pintakiinnitys)
Sirutyyppiset LEDit (pinta -kiinnitys) ovat moderni parannus LED -tekniikassa, joka on valmistettu suoraan painettuihin piirilevyihin (PCB).Ne ovat paljon pienempiä ja tehokkaampia kuin perinteiset lampputyyppiset LEDit, mikä tekee niistä täydellisiä pienille elektronisille laitteille, kuten älypuhelimille, tablet -laitteille ja LED -televisioille.
CHIP -tyyppisten LEDien tärkein etu on niiden pieni koko ja tehokkuus.Koska ne ovat kompakteja, ne voidaan sijoittaa lähelle toisiaan PCB: iin.Tämä mahdollistaa monimutkaisten elektronisten mallien luomisen, jotka tekevät monia erilaisia asioita.Tämä läheinen sijoittelu on erittäin hyödyllinen moderneille laitteille, joiden on toimittava hyvin pienessä tilassa.Sirutyyppiset LEDit käyttävät myös energiaa paremmin.Ne muuttavat enemmän sähköä valoksi vähemmän lämpöä, mikä tekee niistä kestäviä ja käyttävät vähemmän voimaa.Tämä on erityisen hyödyllistä akkuilla toimivissa laitteissa, joissa energian säästäminen on erittäin tärkeää.
Pintaasennustekniikka (SMT), jota käytetään sirutyyppisiin LED -levyihin, jotta koneet voivat sijoittaa ne nopeasti ja tarkasti piirilevyille.Tämä nopeuttaa valmistusprosessia ja alentaa tuotantokustannuksia.Tämä menetelmä varmistaa myös, että LEDit sijoitetaan johdonmukaisesti ja luotettavasti, mikä on tärkeää laitteiden toimimiseksi oikein ja kestävät pitkään.
Molemmat LED -tyypit toimivat samalla perusperiaatteella: valon tuottaminen, kun sähkövirta kulkee niiden sisällä olevan erityisen materiaalin läpi.Valinta lampputyypin ja sirutyypin LEDien välillä riippuu projektivaatimuksista, kuten koosta, tehokkuudesta ja integraatiosta.
Aallonpituus ja väri
LED: n väri määritetään sen valmistukseen käytetyillä materiaaleilla, jotka lähettävät erilaisia valonvärejä, kun sähkö virtaa niiden läpi.Kaksi päätekijää vaikuttavat LEDin väriin:
Piikin aallonpituus (λp)
Kuvio 4: Kaavio, joka näyttää LED: n piikin aallonpituuden (λp)
Huippun aallonpituus (λp) on aallonpituus, jolla LED säteilee eniten valoa.Esimerkiksi punainen LED paistaa yleensä kirkkaimpia noin 630 nanometriä.Tämä tarkoittaa, että LED tuottaa voimakkaimman punaisen valon tällä aallonpituudella. Huippun aallonpituuden tunteminen on erittäin hyödyllistä eri sovelluksissa.Se määrittelee LED -valon värin ja kirkkauden.Huippun aallonpituuden löytämiseksi mitataan LEDin valonspektri ja etsimme piste, jossa valo on voimakkain.Esimerkiksi näyttötekniikassa tarkka piikkien aallonpituus auttaa tuottamaan oikeat värit.Kasvivaloissa huippunaallonpituuden tulisi vastata kasvien aallonpituuksia, jotka absorboivat parhaiten auttaakseen niitä kasvamaan paremmin.
Huippun aallonpituus vaikuttaa myös LEDien valmistukseen.Insinöörit voivat muuttaa LED: n materiaaleja ja suunnittelua saadaksesi halutun huippunaallonpituuden, mikä tekee LED -toiminnasta paremman tietyn käyttötarkoituksen.Tähän sisältyy oikean puolijohdemateriaalin valitseminen, koska nämä materiaalit määrittävät säteilyn valon energian ja aallonpituuden.
Hallitseva aallonpituus (λd)
Kuva 5: Kaavio, joka näyttää LED: n hallitsevan aallonpituuden (λd)
Hallitseva aallonpituus (λD) on perusajatus värin tutkimuksessa, varsinkin kun ymmärretään, kuinka ihmisen silmät näkevät valoa LEDistä ja muista valonlähteistä.Hallitseva aallonpituus on väri, jonka ihmiset näkevät selkeimmin, kun he katsovat valonlähdettä, vaikka valo koostuu useista eri väreistä.Tällä mittauksella on merkitystä, koska ihmisen visio yhdistää nämä useita värejä yhdeksi pääväriksi, jonka havaitsemme.Kun LED säteilee valoa, se yleensä tekee niin värivalikoimassa.Nämä yksittäiset värit sekoittuvat toisiinsa, ja hallitseva aallonpituus on väri, joka erottuu eniten ihmisen silmästä.Tämän värin löytäminen ei aina ole helppoa, koska se riippuu eri värien erityisestä sekoituksesta ja lujuudesta.Tämä prosessi sisältää yksityiskohtaiset laskelmat, joissa otetaan huomioon kuinka herkät ihmisen silmät ovat valonspektrin eri osiin.
Hallitsevan aallonpituuden löytämiseksi käytetään spektrometriä, jota käytetään LED -valon tutkimiseen.Kerätyt tiedot osoittavat, kuinka vahva valo on jokaisessa värissä.Tämän jälkeen nämä tiedot on piirretty kromaattisuuskaavioon, joka on kaavio, joka edustaa värejä ihmisen vision perusteella.Hallitseva aallonpituus löytyy piirtämällä viiva kaavion keskimmäisestä valkoisesta pisteestä valonlähteen koordinaattien läpi ja laajentamalla sen kaavion reunaan.Piste, jossa tämä viiva kohtaa reunan, on hallitseva aallonpituus.
Hallitsevan aallonpituuden tunteminen on erittäin hyödyllistä kentällä, joilla tarvitaan tarkkaa väriä, kuten näyttötekniikassa, valaistussuunnittelulla ja kaikilla alueilla, joilla vaaditaan tarkkoja värinsovelluksia.Hallitsemalla hallitsevaa aallonpituutta valmistajat voivat luoda LED -levyjä, jotka lähettävät erityisiä värejä, jotka sopivat eri tarkoituksiin, kuten auttavat kasveja kasvamaan paremmin tietyillä vaaleilla väreillä tai tuottamalla kirkkaita ja realistisia värejä näytöillä.
Valkoisen valon luominen LEDillä
Kuva 6: Kaksi menetelmää valkoisen valon luomiseksi LEDillä
Valkoisen valon luominen LEDillä sisältää kaksi päämenetelmää, jokaisella on omat edut ja käytöt.
Yksi menetelmä sisältää punaisten, vihreän ja sinisen (RGB) LED -yhdistämisen.Säätämällä näiden kolmen päävärin voimakkuutta huolellisesti, ne voidaan sekoittaa valkoisen valon luomiseksi.Tätä tekniikkaa käytetään yleisesti laitteissa, jotka tarvitsevat tarkkaa värinhallintaa ja tarkkaa väriesitystä, kuten värilliset LED-näytöt ja koristevalaistus.Vaikka tämä menetelmä tarjoaa erinomaisen hallinnan värin ulostulosta, se on monimutkaisempi ja kalliimpi verrattuna siniseen LEDiin, jolla on keltainen fosfori -lähestymistapa.Se vaatii edistyneitä ohjauspiirit ja kalibroinnin varmistaaksesi, että värit sekoittuvat oikein valkoisen valon tuottamiseksi.
Toisessa menetelmässä käytetään sinistä LED: tä pariksi keltaisella fosforipinnoitteella.Kun sininen LED on kytketty päälle, se innostaa keltaista fosforia, jolloin se säteilee keltaista valoa.Jäljellä olevan sinisen valon ja säteilyn keltaisen valon yhdistelmä tuottaa valkoista valoa.Tämä menetelmä on suosittu, koska se on yksinkertainen ja kustannustehokas, joten se sopii moniin valaistussovelluksiin.Se voi kuitenkin joskus johtaa valkoiseen valoon, jolla on pieni sininen tai viileä sävy, mikä ei ehkä ole ihanteellinen jokaiseen tilanteeseen.
Jokainen menetelmä valitaan halutun tasapainon perusteella kustannusten, monimutkaisuuden ja värilaadun välillä.RGB-LED-menetelmä on valittu sovelluksille, jotka vaativat tarkkaa värin virittämistä ja korkealaatuista valonlähtöä, kun taas keltaisella fosforimenetelmällä oleva sininen LED on usein edullinen sen yksinkertaisuudelle ja kohtuuhintaisuudelle.
LED -valaistustehokkuus
LEDit käyttävät paljon vähemmän energiaa kuin perinteiset hehkulamput, mikä säästää jopa 90% energiasta.Ne tuottavat valoa kuljettamalla sähkövirta pienen sirun läpi valaisemalla pieniä valonlähteitä, joita kutsutaan LEDiksi.Toisin kuin hehkulamput, jotka tuottavat valoa lämmittämällä filamentti, kunnes se hehkuu, LEDit tuottavat valoa paljon vähemmän energialla.
LEDissä on osia, joita kutsutaan jäähdytyselementeille, jotka auttavat käsittelemään heidän tekemänsä lämpöä.Nämä jäähdytyselementit ottavat sisään ja levittävät lämmön pitämään LEDit toimivia hyvin.Hyvä lämmönhallinta saa LEDit kestämään pidempään ja pitää ne kirkkaina.Jos lämpöä ei käsitellä hyvin, LEDit voivat kulua nopeammin ja muuttua himmeämmäksi.Kuinka kauan LEDit kestävät ja kuinka hyvin ne toimivat, riippuvat siitä, kuinka hyvät he ovat ja kuinka hyvin heidän jäähdytyselementinsä toimivat.
Elinkaari ja hajoaminen
Elinikä ja erittely ovat tärkeimpiä pisteitä LED (valoa säteilevän diodin) suorituskyvyn ymmärtämisessä.Toisin kuin tavalliset sipulit, jotka yleensä palaavat yhtäkkiä, LEDistä hitaasti hitaasti ajan myötä.Tätä hidasta himmennysprosessia kutsutaan luumenin poistoksi.
Lumenin poistot tapahtuvat, koska LEDin sisällä olevat materiaalit kuluvat, aiheuttaen sen tuottavan vähemmän valoa.Mittaamme yleensä LED: n elämän pisteeseen, jossa sen kirkkaus on laskenut 70%: iin sen alkuperäisestä tasosta.Esimerkiksi, jos LED alkaa 1000 lumeniasta, sen käyttöikää otetaan huomioon, kun sen kirkkaus laskee 700 lumeniin.
Useat asiat voivat aiheuttaa luumenien poistoja LEDissä, kuten lämpötila, sähköstressi ja niiden valmistukseen käytettyjen materiaalien laatu.Korkeat lämpötilat voivat nopeuttaa LED -osien kulumista, mikä tekee niistä himmentää nopeammin.Samoin sähköstressi, kuten liikaa virtaa tai jännitettä, voi lyhentää LEDin elämää aiheuttamalla lisävaurioita sen sisäosille.
LEDien valmistukseen käytettyjen materiaalien laatu vaikuttaa myös suuresti siihen, kuinka kauan ne kestävät.Paremmista materiaaleista ja rakennusmenetelmistä valmistetut LEDit kestävät yleensä pidempään ja himmentävät hitaammin.Toisaalta heikomman laadun LEDit voivat himmentää nopeammin ja saada lyhyempi käyttöikä.
Lumenin poisto tapahtuu, kun LEDit menettävät kirkkauden ajan myötä.Tämä voi johtua useista päätekijöistä:
• Liiallinen lämpö voi vahingoittaa LEDin sisäosaa.Jäähdytyselementit auttavat hallitsemaan tätä lämpöä, mutta jos ne eivät toimi hyvin, LED -osat voivat vahingoittaa.
• Korkeat sähkövirrat ja jännitteet voivat kuluttaa komponentit LEDin sisällä.Tämä kuluminen voi tehdä LEDistä vähemmän kirkasta.
• LEDissä käytetyt materiaalit, etenkin valkoiset, voivat heikentyä ajan myötä.Tämä materiaalirahoitus johtaa myös kirkkauden menetykseen.
• Ympäristöolosuhteet, kuten kosteus ja pöly, voivat vaikuttaa LEDiin.Kosteus voi aiheuttaa osien ruosteen tai oikosulun, ja pöly voi estää valoa tai häiritä LEDin toimintaa.
LED -sovellukset
LEDit tai kevyet diodit ovat muuttaneet valaistusteollisuutta paljon, koska ne ovat monipuolisia ja tehokkaita.Niitä voidaan käyttää monin tavoin säännöllisistä lamppuista sisäänrakennettuihin kalusteisiin.Yksi LEDien tärkeimmistä eduista on niiden pieni koko, joka mahdollistaa luovat ja innovatiiviset valaistusmallit.Tämä tekee LEDistä täydellisen sekä perinteisten hehkulamppujen korvaamiseksi että räätälöityihin kalusteisiin, jotka tarjoavat pitkäaikaisia ja energiaa säästäviä valaistusratkaisuja.
Hybridivalaistusratkaisuissa LEDit yhdistetään perinteisiin valaistusmalliin.Näissä järjestelmissä on usein vaihdettavat LED -osat erityisesti suunniteltujen kalusteiden sisällä, mikä on helppo ylläpitää ja päivittää niitä.Tämä yhdistelmä vie parhaat osat sekä vanhan että uuden valaistustekniikan, mikä parantaa käyttökokemusta.
LEDiä voidaan käyttää monissa eri paikoissa koteista teollisuusympäristöihin.Niiden energiatehokkuus on suuri etu, koska LEDit käyttävät vähemmän virtaa perinteisiin valoihin verrattuna.Tämä tarkoittaa alhaisempia energialaskuja ja pienempiä vaikutuksia ympäristöön.Lisäksi LEDit kestävät pidempään, joten niitä ei tarvitse korvata niin usein, säästää aikaa ja rahaa.
LEDien lämmönhallinta
Kuva 7: LEDien lämmönhallinta
Oikea lämmönhallinta on erittäin hyödyllistä, kuinka hyvin LEDit toimivat ja kuinka kauan ne kestävät.Kun LED -levyjä käytetään, ne tuottavat lämpöä.Jos tätä lämpöä ei hoideta hyvin, se voi nopeasti vahingoittaa LEDiä, mikä tekee niistä vähemmän tehokkaita ja lyhentää heidän elämää.
Suurin osa LED -lämmön hallinnasta on jäähdytyselementti.Jäähdytyselementit auttavat imeytymällä ja levittämällä lämmön pois LED -sirun yhteydestä piirilevyyn, mikä tekee siitä viileämmän.Kuinka hyvin jäähdytyselementti toimii, riippuu paljon siitä, mistä se on valmistettu ja sen suunnittelusta.
Materiaaleja, kuten alumiini ja kupariMyös jäähdytyselementtien suunnittelu sisältää yleensä ominaisuuksia, kuten evät, jotka lisäävät pinta -alaa, joka voi vapauttaa lämpöä.Tämä suurempi pinta -ala auttaa jäähdytyselementtiä levittääkseen LEDistä lämmön, pitämällä LED -viileämmän ja varmistamaan, että se toimii hyvin pitkään.
Erot LED- ja perinteisen valaistuksen välillä
LEDit tarjoavat useita etuja perinteisiin hehkulamppuihin ja CFL: ään (kompakti loisteputki) valaistukseen, etenkin kevyessä suunnassa ja värimallissa:
• Suuntavalaistus: LEDit säteilevät valoa tiettyyn suuntaan, mikä on ihanteellinen kohdennettuihin valaistustarpeisiin, kuten lukuvalaisimiin tai valokeilaan.Sitä vastoin hehkulamput ja CFL -lamput lähettävät valoa ja lämpöä kaikkiin suuntiin, vaativat usein heijastimia tai sävyjä valon keskittämiseksi, mikä johtaa energiahukkaan.
• Värivaihtoehdot: LEDit tarjoavat laajan valikoiman väriä, mukaan lukien meripihkan, punaisen, vihreän ja sinisen.Valkoinen valo voidaan luoda sekoittamalla eri värilliset LEDit (esim. Punainen, vihreä ja sininen) tai käyttämällä fosforilla päällystettyjä LED-levyjä, jotka säteilevät valkoista valoa, kun sininen tai ultraviolettivalo kulkee fosforin läpi.Tämän laajan värivalikoiman avulla LEDit voivat vastata erilaisiin valaistustarpeisiin lämpimästä, viihtyisästä valaistuksesta kirkkaaseen, päivänvalon kaltaiseen valaistukseen.
Kuinka LEDit toimivat?
Kuva 8: LEDin rakenne
LEDit (kevyet diodit) toimivat kuten diodit ja antavat valoa, kun ne ovat eteenpäin puolueellisia.Tässä asennuksessa negatiivinen puoli (katodi) on kytketty virtalähteen negatiiviseen päätteeseen ja positiivinen puoli (anodi) on kytketty positiiviseen päätteeseen.Tämä järjestely antaa n-alueen elektronit saada energiaa ja liikkua kohti P-aluetta.Kun nämä elektronit ylittävät risteyksen ja kohtaavat reikiä P-alueella, ne vapauttavat energiaa valona.
LED -säteilyn valon väri riippuu käytetyistä puolijohdemateriaaleista.Esimerkiksi gallium -arsenidi tuottaa infrapunavaloa, kun taas galliumfosfidi voi tuottaa vihreää tai punaista valoa.Nämä värierot tulevat materiaalien erilaisista energiatasoista, jotka päättävät annetun valon aallonpituuden.
LED on rakennettu lyijykehyksellä, jota usein kutsutaan muuriksi, joka on kytketty katoditerminaaliin.Tämä kehys pitää puolijohdemateriaalia.Puolijohteen P-alue asetetaan pinnan lähelle varmistaakseen, että LEDistä tulee enemmän valoa loukkuun sen sijaan, että se olisi loukussa.Tämä suunnittelu auttaa lisäämään LED: n kirkkautta ja tehokkuutta.
Johtopäätös
LEDillä on monia etuja perinteisiin valoihin nähden.He käyttävät vähemmän energiaa, kestävät pidempään ja tarjoavat paremman valonlaadun.LEDit toimivat siirtämällä elektroneja puolijohteen läpi kääntämällä sähköenergiaa suoraan valoon hyvin vähän lämmöllä.Ne voivat tuottaa eri värejä käytettyjen materiaalien perusteella, ja lampputyypin ja sirutyyppien erilaiset mallit tekevät niistä vielä hyödyllisempiä.Teknologian parantuessa LEDit paranevat jatkuvasti, tarjoamalla enemmän etuja ja niitä käytetään useammalla tavalla.Ymmärtämällä, kuinka LEDit toimivat ja heidän edut, on selvää, miksi heistä on tulossa suositeltava valinta valaistukseen kodeissamme, toimistoissamme ja sen ulkopuolella.
Usein kysyttyjä kysymyksiä [UKK]
1. Kuinka LED -näyttö toimii?
LED-näyttö toimii käyttämällä monia pieniä valoja, joita kutsutaan valoa säteileviksi diodeiksi (LED).Nämä pienet valot hehkuvat eri väreissä kuvien ja tekstin luomiseksi.Elektroniset piirit hallitsevat näitä valoja, kytkemällä ne päälle ja pois nopeasti, jotta heillä on haluttu kuvat ja kuviot.
2. Mihin kaksi pääasiallista asiaa käytetään?
LEDiä käytetään pääasiassa valaistukseen ja näytöihin.Valaistusta varten ne tarjoavat kirkkaan ja energiansäästövaloa koteille, kaduille ja ajoneuvoille.Näytöksiä varten niitä käytetään televisioiden, tietokoneiden ja mainostaulujen näytöissä.
3. Mikä on LED: n ja sen työn periaate?
LEDin periaate perustuu prosessiin, jota kutsutaan elektroluminesenssiksi.Kun sähkövirta virtaa LEDin materiaalin läpi, se antaa valon.Näin tapahtuu, koska sähköenergia aiheuttaa elektronien yhdistymisen muiden hiukkasten kanssa, vapauttaen energiaa valona.
4. Miksi LEDit ovat tärkeitä?
LEDillä on merkitystä, koska ne säästävät energiaa, kestävät pitkään ja ovat hyviä ympäristölle.He käyttävät vähemmän sähköä kuin perinteiset valot ja niillä on paljon pidempi käyttöikä, joten niitä ei tarvitse korvata niin usein.
5. Mitkä ovat LEDien edut?
LEDien etuihin kuuluu vähemmän energian käyttö, pidempi käyttöikä, se on kestävämpi, kooltaan pienempi ja nopeampi kytkeminen päälle ja pois päältä.Ne tuottavat myös vähemmän lämpöä ja ovat monissa väreissä, mikä tekee niistä hyödyllisiä eri tarkoituksiin.