Що таке світлодіоди і як вони працюють?
Світлодіоди, або світлодіодні діоди, змінили спосіб, коли ми думаємо про освітлення, оскільки вони заощаджують енергію, тривають довше і можуть використовуватися різними способами.На відміну від старомодних лампочок, які роблять світло, нагріваючи дріт, світлодіоди створюють світло, переміщуючи електричний струм через спеціальний матеріал, який називається напівпровідником.Такий спосіб виготовлення світла використовує набагато менше енергії і не стає гарячим.Через ці переваги світлодіоди використовуються для всього, від крихітних вогнів у гаджетах до великих систем освітлення в будівлях.Вони бувають різних типів та кольорів, кожен з яких підходить для різних цілей.Дізнатися, як працюють світлодіоди і чому вони кращі, ніж традиційні вогні, допомагає нам зрозуміти, чому вони стають такими популярними сьогодні.
Каталог
Малюнок 1: Світлодіоди або світлодіодні діоди
Визначення та основна операція
Світлодіоди або світлодіодні діоди, що випромінюють, - це пристрої, які випромінюють світло, коли електричний струм проходить через них.Кожен світлодіод складається з двох матеріалів: P-типу з багатьма отворами (позитивними носіями заряду) та N-типом з багатьма електронами (негативні носії заряду).Коли застосовується напруга вперед, електрони з області N-типу отримують енергію і рухаються до області типу P.На перехресті P-N електрони заповнюють отвори, вивільняючи енергію як світло.
На відміну від традиційних джерел світла, таких як лампочки розжарювання, які перетворюють електричну енергію в тепло, а потім світло, світлодіоди перетворюють електричну енергію безпосередньо на світло.Цей процес набагато ефективніший, виробляє менше тепла та використовуючи менше енергії.Отже, світлодіоди віддають перевагу для їх енергоефективності та тривалої тривалості, що вимагає менш частих замін і пропонує більш міцні показники.
Типи світлодіодів
Світлодіоди типу лампи (свинцю)
Малюнок 2: світлодіоди типу лампи (свинцево)
Світлодіоди типу лампи (свинцю) - це основний тип світлодіодних діодів (світлодіодів) з металевими ніжками, які також називаються проводами, які з'єднують світлодіод до електричного ланцюга.Ці світлодіоди зазвичай покриті невеликою кольоровою пластиковою лампочкою.Ця цибулина має кілька функцій.Він поширює світло рівномірно, тому воно не світить лише в одному напрямку.Він також захищає крихітні деталі всередині світлодіода від пошкоджень і зберігає пил і вологу.
Світлодіодні світлодіоди мають простий дизайн, що робить їх дуже корисними та простими у використанні у багатьох електронних проектах.Через цю просту конструкцію їх часто використовують як індикаторні світильники, щоб показати, чи пристрій увімкнено чи вимикається.Ви також можете знайти їх на цифрових дисплеях, як, наприклад, на калькуляторах та годинниках, де вони допомагають показувати номери та іншу інформацію.
Для декоративного освітлення свинцеві світлодіоди є улюбленим, оскільки їх легко налаштувати і їх можна використовувати для створення багатьох різних моделей освітлення.Металеві ноги полегшують прикріплення їх до дощок або підключення їх за допомогою дощок для тестування.Це робить їх популярними як серед любителів, так і професійних інженерів.Вони бувають у багатьох кольорах та розмірах, додаючи їх корисність у творчих та практичних налаштуваннях освітлення.
Світлодіоди типу чіпа (поверхневе кріплення)
Малюнок 3: Світлодіоди типу мікросхеми (поверхневе кріплення)
Світлодіоди типу мікросхеми (поверхневе кріплення) - це сучасне вдосконалення світлодіодних технологій, зроблених для прикріплення безпосередньо на друковані плати (ПХБ).Вони набагато менші та ефективніші, ніж традиційні світлодіоди типу лампи, що робить їх ідеальними для невеликих електронних пристроїв, таких як смартфони, планшети та світлодіодні телевізори.
Основна перевага світлодіодів типу мікросхеми - їх невеликий розмір та ефективність.Оскільки вони компактні, їх можна розмістити близько один до ПХБ.Це дозволяє створити складні електронні конструкції, які роблять багато різних речей.Це близьке розміщення дуже корисне для сучасних пристроїв, які повинні добре працювати в невеликому просторі.Світлодіоди типу чіпа також краще використовують енергію.Вони перетворюють більше електроенергії на світло з меншим теплом, що змушує їх тривати довше і використовує меншу потужність.Це особливо корисно в пристроях, які працюють на батареї, де енергія заощадження дуже важливо.
Технологія поверхневого кріплення (SMT), що використовується для світлодіодів типу мікросхеми, дозволяє машинам швидко та точно розміщувати їх на дошках.Це прискорює виробничий процес і знижує виробничі витрати.Крім того, цей метод гарантує, що світлодіоди розміщуються послідовно та надійно, що важливо для належного роботи пристроїв і тривалий час.
Обидва типи світлодіодів працюють за одним основним принципом: виробництво світла, коли електричний струм проходить через спеціальний матеріал всередині них.Вибір між типом лампи та світлодіодами типу мікросхеми залежить від вимог проекту, таких як розмір, ефективність та легкість інтеграції.
Довжина хвилі та колір
Колір світлодіода визначається матеріалами, що використовуються для його виготовлення, які випромінюють різні кольори світла, коли електроенергія протікає через них.Два основні фактори впливають на колір світлодіода:
Пікова довжина хвилі (λp)
Малюнок 4: Графік, що показує пікову довжину хвилі (λp) світлодіода
Пікова довжина хвилі (λp) - довжина хвилі, при якій світлодіод випромінює найбільше світла.Наприклад, червоний світлодіод зазвичай світить найяскравіше близько 630 нанометрів.Це означає, що світлодіод виробляє своє найсильніше червоне світло на цій довжині хвилі. Значення пікової довжини хвилі дуже корисно для різних застосувань.Він визначає колір і яскравість світлодіодного світла.Щоб знайти пікову довжину хвилі, ми вимірюємо світловий спектр світлодіодів і знаходимо точку, де світло є найбільш інтенсивним.Наприклад, у екранній технології точна довжина піка хвилі допомагає створити правильні кольори.У рослинних вогнях довжина пікової хвилі повинна відповідати довжині хвиль, які рослини найкраще поглинають, щоб допомогти їм краще рости.
Довжина хвилі піку також впливає на те, як зроблені світлодіоди.Інженери можуть змінити матеріали та розробку світлодіоди, щоб отримати потрібну довжину хвилі піку, що зробило світлодіодну роботу кращим для конкретного використання.Це передбачає вибір правильних напівпровідникових матеріалів, оскільки ці матеріали визначають енергію та довжину хвилі, що випромінюють світло.
Домінуюча довжина хвилі (λd)
Малюнок 5: Діаграма, що показує домінуючу довжину хвилі (λd) світлодіода
Домінуюча довжина хвилі (λD) - це основна ідея у дослідженні кольору, особливо коли розуміють, як людські очі бачать світло від світлодіодів та інших джерел світла.Домінуюча довжина хвилі - це колір, який люди найбільше бачать, коли дивляться на джерело світла, навіть якщо це світло складається з декількох різних кольорів.Це вимірювання має значення, оскільки людський зір поєднує ці кілька кольорів в один основний колір, який ми сприймаємо.Коли світлодіод випромінює світло, це зазвичай робить це в різних кольорах.Ці окремі кольори змішуються разом, а домінуюча довжина хвилі - це колір, який найбільше виділяється людським оком.Пошук цього кольору не завжди легко, оскільки це залежить від конкретної суміші та міцності різних кольорів.Цей процес передбачає детальні розрахунки, які розглядають, наскільки чутливі очі людини до різних частин світлого спектру.
Щоб знайти домінуючу довжину хвилі, для вивчення світла від світлодіодів використовується пристрій, який називається спектрометр.Зібрані дані показують, наскільки сильне світло при кожному кольорі.Потім ця інформація побудована на діаграмі хроматичності, яка є діаграмою, яка представляє кольори на основі людського зору.Домінуюча довжина хвилі виявляється шляхом витягування лінії з центральної білої точки на схемі через координати джерела світла та простягаючи її до краю діаграми.Точка, де ця лінія відповідає краю, є домінуючою довжиною хвилі.
Знання домінуючої довжини хвилі дуже корисно в полях, де потрібен точний колір, наприклад, в технології дисплея, дизайну освітлення та будь -якої області, де потрібна точна відповідність кольору.Контролюючи домінуючу довжину хвилі, виробники можуть створювати світлодіоди, які випромінюють конкретні кольори, що підходять для різних цілей, як, наприклад, допомога рослинам краще рости з певними світлими кольорами або створюючи яскраві та реалістичні кольори на екранах.
Створення білого світла з світлодіодами
Малюнок 6: Два методи створення білого світла з світлодіодами
Створення білого світла за допомогою світлодіодів передбачає два основні методи, кожен з яких має власні переваги та використання.
Один метод передбачає комбінування світлодіодів червоного, зеленого та синього (RGB).Ретельно регулюючи інтенсивність цих трьох основних кольорів, їх можна змішати для створення білого світла.Ця методика зазвичай використовується в пристроях, які потребують точного контролю кольорів та точного кольорового представлення, таких як повнокольорові світлодіодні дисплеї та декоративне освітлення.Хоча цей метод пропонує відмінний контроль над виходом кольору, він є більш складним і дорогим порівняно з синім світлодіодом із жовтим фосфором.Він вимагає вдосконалених ланцюгів управління та калібрування, щоб гарантувати, що кольори правильно змішуються для отримання білого світла.
Інший метод використовує синій світлодіод у поєднанні з жовтим фосфорним покриттям.Коли синій світлодіод увімкнено, він збуджує жовтий фосфор, що робить його випромінюючи жовте світло.Поєднання решти синього світла та випромінюваного жовтого світла виробляє біле світло.Цей метод популярний, оскільки він простий і економічно вигідний, що робить його придатним для широкого спектру освітлювальних застосувань.Однак це іноді може призвести до білого світла з легким синім або прохолодним відтінком, що може бути не ідеальним для кожної ситуації.
Кожен метод вибирається на основі потрібного балансу між вартістю, складністю та якістю кольору.Метод LED RGB вибирається для додатків, які потребують точної настройки кольорів та високоякісного світла, тоді як синій світлодіод із методом жовтого фосфору часто є кращим для його простоти та доступності.
Ефективність світлодіодного освітлення
Світлодіоди використовують набагато менше енергії, ніж традиційні лампочки розжарювання, заощаджуючи до 90% енергії.Вони виробляють світло, проходячи електричний струм через невелику мікросхему, освітлюючи крихітні джерела світла, що називаються світлодіодами.На відміну від лампочок розжарювання, які виробляють світло, нагріваючи нитку, поки вона не світиться, світлодіоди генерують світло зі значно меншою енергією.
Світлодіоди мають деталі, які називаються тепловими раковини, які допомагають боротися з теплом, яке вони роблять.Ці тепловідбивачі беруть і розкладають тепло, щоб світлодіоди працювали добре.Хороше управління теплом змушує світлодіоди тривати довше і тримати їх яскравими.Якщо тепло не впорядковується, світлодіоди можуть швидко зношуватися і ставати тьмяними.Як тривалий час тривало і наскільки добре вони працюють від того, наскільки вони хороші та наскільки добре працюють їх теплові раковини.
Тривалість життя та деградація
Тривалість життя та поломки - це основні моменти розуміння світлодіодних (світлодіодних діодів).На відміну від звичайних лампочок, які зазвичай раптово вигоріть, світлодіоди повільно стають тьмяними з часом.Цей повільний процес затемнення називається амортизацією просвіту.
Амортизація просвіту трапляється через те, що матеріали всередині світлодіодного зносу, внаслідок чого він виробляє менше світла.Зазвичай ми вимірюємо життя світлодіода до того, як його яскравість знизилася до 70% його початкового рівня.Наприклад, якщо світлодіод починається з 1000 люменів, його корисне життя розглядається, коли його яскравість падає до 700 люмен.
Кілька речей можуть спричинити амортизацію просвіт у світлодіодах, таких як температура, електричний напруження та якість матеріалів, що використовуються для їх виготовлення.Високі температури можуть прискорити знос світлодіодні частини, роблячи їх тьмяними швидше.Аналогічно, електричне напруження, як і занадто багато струму або напруги, може скоротити життя світлодіода, завдаючи додаткової шкоди його внутрішнім частинам.
Якість матеріалів, що використовуються для виготовлення світлодіодів, також значно впливає на те, як довго вони тривають.Світлодіоди, виготовлені з кращих матеріалів та методів будівництва, як правило, тривають довше і тьмяніше повільніше.З іншого боку, світлодіоди нижчої якості можуть швидше зменшити та мати коротший термін корисного використання.
Амортизація просвіту відбувається, коли світлодіоди втрачають яскравість з часом.Це може бути викликано декількома основними факторами:
• Надмірне тепло може пошкодити внутрішні частини світлодіода.Тепловики допомагають керувати цим теплом, але якщо вони не працюють добре, світлодіодні частини можуть завдати шкоди.
• Високі електричні струми та напруги можуть зношуватися компоненти всередині світлодіода.Цей знос може зробити світлодіод менш яскравим.
• Матеріали, що використовуються в світлодіодах, особливо білих, можуть з часом погіршуватися.Цей зрив матеріалу також призводить до втрати яскравості.
• Умови навколишнього середовища, такі як волога та пил, можуть впливати на світлодіоди.Волога може спричинити іржаву або короткий замик, а пил може блокувати світло або перешкоджати роботі світлодіода.
Застосування світлодіодів
Світлодіоди, або світлодіодні діоди, значно змінили освітлювальну індустрію, оскільки вони універсальні та ефективні.Їх можна використовувати багато в чому, від звичайних лампочок до вбудованих світильників.Однією з головних переваг світлодіодів є їх невеликий розмір, що дозволяє творчим та інноваційним дизайном освітлення.Це робить світлодіоди ідеальними як для заміни традиційних лампочок, так і для вбудованих у власні світильники, забезпечуючи тривалі та енергозберігаючі освітлювальні рішення.
У гібридних освітлювальних рішеннях світлодіоди поєднуються з традиційними конструкціями освітлення.Ці системи часто мають замінні світлодіодні частини в спеціально розроблених світильниках, що дозволяє легко їх підтримувати та оновити.Ця комбінація займає найкращі частини як старих, так і нових технологій освітлення, вдосконалюючи загальний досвід користувачів.
Світлодіоди можна використовувати в багатьох місцях, від будинків до промислових умов.Їх енергоефективність є великою перевагою, оскільки світлодіоди використовують меншу потужність порівняно з традиційними вогнями.Це означає менші рахунки за енергію та менший вплив на навколишнє середовище.Крім того, світлодіоди тривають довше, тому їх не потрібно замінювати так часто, заощаджуючи час і гроші.
Теплове управління в світлодіодах
Малюнок 7: Теплове управління у світлодіодах
Правильне управління теплом дуже корисно для того, наскільки добре працюють світлодіоди та як довго вони тривають.Коли використовуються світлодіоди, вони виробляють тепло.Якщо ця спека не вводиться добре, вона може швидко пошкодити світлодіоди, що робить їх менш ефективними та скорочуючи своє життя.
Основною частиною управління світлодіодним теплом є тепловідвід.Тепловоліки допомагають, просочуючи та розповсюджуючи тепло від з'єднання світлодіодної мікросхеми з плановою планою, роблячи його більш прохолодним.Наскільки добре працює тепловідвід, багато залежить від того, з чого він зроблений, та його дизайну.
Такі матеріали, як алюміній та мідь, часто використовуються для теплових раковин, оскільки вони можуть ефективно переміщувати тепло.Крім того, конструкція тепловідтівників зазвичай включає такі функції, як плавники, які збільшують площу поверхні, яка може вивільняти тепло.Ця більша площа поверхні допомагає тепловідвідченню розкинути тепло від світлодіода, зберігаючи світлодіодний прохолодніший і переконуючись, що він добре працює довго.
Відмінності між світлодіодним та традиційним освітленням
Світлодіоди пропонують кілька переваг перед традиційним освітленням розжарювання та CFL (компактна люмінесцентна лампа), особливо у напрямку світла та кольорового діапазону:
• Освітлення спрямованості: світлодіоди випромінюють світло в певному напрямку, ідеально підходять для цільових потреб освітлення, таких як світильники для читання або прожектори.На відміну від цього, лампочки розжарювання та CFL випромінюють світло та тепло в усіх напрямках, часто вимагаючи відбивачів або відтінків, щоб зосередити світло, що призводить до витрат на енергію.
• Кольорові варіанти: світлодіоди забезпечують широкий спектр кольорів, включаючи бурштинову, червону, зелену та синю.Біле світло може бути створене шляхом змішування різних кольорових світлодіодів (наприклад, червоного, зеленого та синього) або використовуючи світлодіодні світлодіоди, які випромінюють біле світло при синьому або ультрафіолетовому світлі проходять через фосфор.Цей широкий кольорний діапазон дозволяє світлодіодам задовольнити різні потреби освітлення, від теплого, затишного освітлення до яскравого, денного освітлення.
Як працюють світлодіоди?
Малюнок 8: Структура світлодіода
Світлодіоди (світлодіодні діоди) працюють як діоди і дають світло, коли вони упереджені вперед.У цій установці негативна сторона (катод) підключена до негативного терміналу джерела живлення, а позитивна сторона (анод) підключена до позитивного терміналу.Таке розташування дозволяє електронам від N-регіону енергію та рухатися до P-регіону.Коли ці електрони перетинають перехрестя і зустрічають отвори в P-регіоні, вони вивільняють енергію як світло.
Колір світла, що випромінюють світлодіоди, залежить від використовуваних напівпровідникових матеріалів.Наприклад, арсенід галію виробляє інфрачервоне світло, тоді як фосфід галію може виробляти зелене або червоне світло.Ці відмінності в кольорі випливають із різних рівнів енергії матеріалів, які вирішують довжину хвилі світла, що видається.
Світлодіод побудований з свинцевою рамою, яку часто називають ковадлом, яке з'єднано з катодним терміналом.Цей кадр містить напівпровідниковий матеріал.Р-регіон напівпровідника розміщується біля поверхні, щоб переконатися, що більше світла виходить із світлодіода, а не потрапляє в пастку всередині.Ця конструкція допомагає підвищити яскравість та ефективність світлодіодів.
Висновок
Світлодіоди мають багато переваг перед традиційними вогнями.Вони використовують менше енергії, тривають довше і забезпечують кращу якість світла.Світлодіоди працюють, переміщуючи електрони через напівпровідник, безпосередньо перетворюючи електричну енергію на світло з дуже невеликим теплом.Вони можуть виробляти різні кольори на основі використовуваних матеріалів, а різні конструкції типу лампи та світлодіодів типу чіпів роблять їх ще кориснішими.По мірі вдосконалення технології світлодіоди продовжують покращуватися, пропонуючи більше переваг та використовуються більшою кількістю способів.Розуміючи, як працюють світлодіоди та їх переваги, зрозуміло, чому вони стають кращим вибором для освітлення в наших будинках, офісах та за її межами.
Часті запитання [FAQ]
1. Як працює світлодіодний дисплей?
Світлодіодний дисплей працює, використовуючи багато невеликих світильників під назвою Діоди, що випромінюють світло (світлодіоди).Ці крихітні вогні світяться різними кольорами, щоб створити зображення та текст.Електронні схеми контролюють ці вогні, швидко вмикаючи та вимикаючи, щоб показати потрібні зображення та візерунки.
2. Для чого використовуються два основні світлодіоди?
Світлодіоди в основному використовуються для освітлення та дисплеїв.Для освітлення вони пропонують яскраве та енергозберігаюче світло для будинків, вулиць та транспортних засобів.Для дисплеїв вони використовуються на екранах для телевізорів, комп’ютерів та білбордів.
3. Який принцип світлодіода та його робота?
Принцип світлодіода заснований на процесі, що називається електролюмінесценцією.Коли електричний струм протікає через матеріал світлодіода, він видає світло.Це трапляється через те, що електрична енергія змушує електрони поєднуються з іншими частинками, вивільняючи енергію як світло.
4. Чому світлодіоди важливі?
Світлодіодні значення мають значення, оскільки вони економлять енергію, тривають довгий час і корисні для навколишнього середовища.Вони використовують менше електроенергії, ніж традиційні світильники, і мають набагато довше життя, тому їх не потрібно замінювати так часто.
5. Які переваги світлодіодів?
Переваги світлодіодів включають використання менше енергії, тривалий термін експлуатації, більш міцний, менший розмір та швидший вмикання та вимкнення.Вони також виробляють менше тепла і мають багато кольорів, що робить їх корисними для різних цілей.