Hvað eru LED og hvernig vinna þau?
Ljósdíóða, eða ljós frá díóða, hafa breytt því hvernig við hugsum um lýsingu vegna þess að þau spara orku, endast lengur og nota þau á marga mismunandi vegu.Ólíkt gamaldags ljósaperum sem gera ljós með því að hita vír, skapa LED ljós með því að færa rafstraum í gegnum sérstakt efni sem kallast hálfleiðari.Þessi leið til að gera ljós notar miklu minni orku og verður ekki eins heitt.Vegna þessara ávinnings eru ljósdíóða notaðir fyrir allt frá pínulitlum ljósum í græjum til stórra ljósakerfa í byggingum.Þeir koma í ýmsum gerðum og litum, hver hentar til mismunandi notkunar.Að læra hvernig LED virka og hvers vegna þau eru betri en hefðbundin ljós hjálpar okkur að sjá hvers vegna þau verða svona vinsæl í dag.
Vörulisti
Mynd 1: Ljósdíóða eða ljósdíóða
Skilgreining og grunnrekstur
Ljósdíóða, eða ljós frá díóða, eru tæki sem gefa frá sér ljós þegar rafstraumur fer í gegnum þá.Hver LED samanstendur af tveimur efnum: p-gerð með mörgum holum (jákvæðum hleðslufyrirtækjum) og n-gerð með mörgum rafeindum (neikvæðum hleðslufyrirtækjum).Þegar framspenna er beitt öðlast rafeindir frá N-gerðinni orku og fara í átt að P-gerð svæðinu.Á P-N mótum fylla rafeindir í götin og losa orku sem ljós.
Ólíkt hefðbundnum ljósgjafa, svo sem glóperum sem umbreyta raforku í hita og síðan ljós, umbreyta LED raforku beint í ljós.Þetta ferli er mun skilvirkara, framleiðir minni hita og notar minni orku.Þar af leiðandi eru ljósdíóða ákjósanlegir fyrir orkunýtni sína og langan líftíma, sem krefjast sjaldgæfra afleysinga og bjóða upp á sterkari afköst.
Tegundir LED
LED LED LED (blý)
Mynd 2: LED lampaljós (blý)
LED lampaljós (blý) eru grunngerð af ljósdíóða (LED) með málmfótum, einnig kallað leiðir, sem tengja LED við rafrás.Þessar ljósdíóða eru venjulega þakin litlum, litaðri plastperu.Þessi peru hefur nokkrar aðgerðir.Það dreifir ljósinu jafnt, svo það skín ekki aðeins í eina átt.Það verndar einnig örsmáa hlutana inni í ljósdíóðunni gegn skemmdum og heldur ryki og raka út.
Leaded LED eru með einfalda hönnun, sem gerir þá mjög gagnlega og auðveldan í notkun í mörgum rafrænum verkefnum.Vegna þessarar einföldu hönnun eru þau oft notuð sem vísiraljós til að sýna hvort tæki er kveikt eða slökkt.Þú getur líka fundið þá á stafrænum skjám, eins og á reiknivélum og klukkum, þar sem þeir hjálpa til við að sýna tölur og aðrar upplýsingar.
Fyrir skreytingarlýsingu eru blý ljósdíóða í uppáhaldi vegna þess að þær eru auðvelt að setja upp og hægt er að nota það til að búa til mörg mismunandi ljósamynstur.Málmfæturnir gera það einfalt að festa þá við hringrásarborð eða tengja þá með brauðborðum til að prófa.Þetta gerir þau vinsæl hjá bæði áhugamönnum og faglegum verkfræðingum.Þeir koma í mörgum litum og gerðum og bæta við notagildi þeirra í skapandi og hagnýtum lýsingaruppsetningum.
Flís gerð LED (yfirborðsfesting)
Mynd 3: Ljósdíóða flísar (yfirborðsfesting)
LED flís gerð (yfirborðsfesting) eru nútímaleg framför í LED tækni, gerð til að vera fest beint á prentuð hringrásarborð (PCB).Þeir eru miklu minni og skilvirkari en hefðbundnir ljósdíóða á lampa, sem gerir þau fullkomin fyrir lítil rafeindatæki eins og snjallsímar, spjaldtölvur og LED sjónvörp.
Helsti ávinningur af ljósdíóða af flísum er smæð þeirra og skilvirkni.Vegna þess að þeir eru samningur er hægt að setja þau þétt saman á PCB.Þetta gerir kleift að búa til flókna rafræna hönnun sem gerir marga mismunandi hluti.Þessi nána staðsetning er mjög gagnleg fyrir nútíma tæki sem þurfa að virka vel í litlu rými.Ljósdíóða flísar nota einnig orku betur.Þeir breyta meira rafmagni í ljós með minni hita, sem gerir það að verkum að þeir endast lengur og nota minni afl.Þetta er sérstaklega gagnlegt í tækjum sem keyra á rafhlöðum, þar sem sparnaður orku er mjög mikilvæg.
Surface Mount Technology (SMT) sem notuð er við flís gerð LED gerir vélum kleift að setja þær fljótt og nákvæmlega á hringrásarborð.Þetta flýtir fyrir framleiðsluferlinu og lækkar framleiðslukostnað.Einnig tryggir þessi aðferð að LED séu sett stöðugt og áreiðanlegt, sem er mikilvægt fyrir tækin að virka almennilega og endast lengi.
Báðar tegundir LED starfa á sömu grundvallarreglu: framleiða ljós þegar rafstraumur fer í gegnum sérstakt efni inni í þeim.Valið á milli lampastegundar og flís gerð LED fer eftir kröfum verkefnisins eins og stærð, skilvirkni og auðvelda samþættingu.
Bylgjulengd og litur
Liturinn á LED ræðst af efnunum sem notuð eru til að gera það, sem gefa frá sér mismunandi ljósslit þegar rafmagn streymir í gegnum þau.Tveir meginþættir hafa áhrif á lit LED:
Hámarks bylgjulengd (λp)
Mynd 4: Graf sem sýnir hámarks bylgjulengd (λp) LED
Hámarks bylgjulengd (λp) er bylgjulengdin sem LED gefur frá sér mest ljós.Til dæmis skín rauð LED venjulega skærasta við um 630 nanómetra.Þetta þýðir að LED framleiðir sterkasta rauða ljósið sitt á þessari bylgjulengd. Að þekkja hámarks bylgjulengd er mjög gagnlegt fyrir mismunandi forrit.Það ákvarðar lit og birtustig LED ljóssins.Til að finna hámarks bylgjulengdina mælum við ljós litróf LED og finnum punktinn þar sem ljósið er mest.Til dæmis, í skjátækni, hjálpar nákvæma hámarks bylgjulengd að framleiða rétta liti.Í plöntuljósum ætti hámarks bylgjulengd að passa við bylgjulengdirnar sem plöntur taka best til að hjálpa þeim að vaxa betur.
Hámarks bylgjulengd hefur einnig áhrif á hvernig ljósdíóða er gerð.Verkfræðingar geta breytt efnum og hönnun LED til að fá æskilega hámarks bylgjulengd, sem gerir LED virka betur til sérstakra nota.Þetta felur í sér að velja rétt hálfleiðara efni vegna þess að þessi efni ákvarða orku og bylgjulengd ljóssins sem gefin er út.
Ríkjandi bylgjulengd (λd)
Mynd 5: Mynd sem sýnir ríkjandi bylgjulengd (λd) LED
Ríkjandi bylgjulengd (λd) er grunnhugmynd í rannsókn á lit, sérstaklega þegar skilning á því hvernig mannleg augu sjá ljós frá LED og öðrum ljósgjafa.Ríkjandi bylgjulengd er liturinn sem fólk sér skýrast þegar þeir líta á ljósgjafa, jafnvel þó að það ljós samanstendur af nokkrum mismunandi litum.Þessi mæling skiptir máli vegna þess að sjón manna sameinar þessa marga liti í einn aðal lit sem við skynjum.Þegar LED gefur frá sér ljós gerir það það venjulega yfir ýmsar litir.Þessir einstöku litir blandast saman og ríkjandi bylgjulengd er liturinn sem stendur mest út fyrir mannlegt auga.Að finna þennan lit er ekki alltaf auðvelt vegna þess að hann fer eftir sérstökum blöndu og styrk mismunandi lita.Þetta ferli felur í sér ítarlega útreikninga sem telja hversu viðkvæm augu manna eru fyrir mismunandi hlutum ljóssins.
Til að finna ríkjandi bylgjulengd er tæki sem kallast litrófsmæli notuð til að rannsaka ljósið frá LED.Gögnin sem safnað er sýna hversu sterkt ljósið er í hverjum lit.Þessar upplýsingar eru síðan samsærðar á litskiljun, sem er töflu sem táknar liti byggða á sýn manna.Ríkjandi bylgjulengd er að finna með því að draga línu frá miðlægum hvítum punkti á skýringarmyndinni í gegnum hnit ljósgjafans og teygja hana að brún töflunnar.Punkturinn þar sem þessi lína mætir brúninni er ríkjandi bylgjulengd.
Að þekkja ríkjandi bylgjulengd er mjög gagnlegt á sviðum þar sem þörf er á nákvæmum lit, svo sem í skjátækni, lýsingarhönnun og hvaða svæði sem er þar sem þörf er á nákvæmri litasamsetningu.Með því að stjórna ríkjandi bylgjulengd geta framleiðendur búið til ljósdíóða sem gefa frá sér ákveðna liti sem henta í mismunandi tilgangi, eins og að hjálpa plöntum að vaxa betur með ákveðnum ljósum litum eða framleiða björt og raunhæfan lit á skjám.
Að búa til hvítt ljós með ljósdíóða
Mynd 6: Tvær aðferðir til að búa til hvítt ljós með LED
Að búa til hvítt ljós með LED felur í sér tvær meginaðferðir, hver með sína kosti og notkun.
Ein aðferð felur í sér að sameina rauða, græna og bláa (RGB) ljósdíóða.Með því að stilla styrk þessara þriggja aðal litar vandlega er hægt að blanda þeim saman til að búa til hvítt ljós.Þessi tækni er almennt notuð í tækjum sem þurfa nákvæma litastýringu og nákvæma framsetningu á lit, svo sem LED sýningar í fullum lit og skreytingarlýsingu.Þrátt fyrir að þessi aðferð býður upp á framúrskarandi stjórn á litaframleiðslu er hún flóknari og dýrari miðað við bláa LED með gulum fosfór nálgun.Það krefst háþróaðra stjórnrásar og kvörðunar til að tryggja að litirnir blandast rétt til að framleiða hvítt ljós.
Hin aðferðin notar bláa LED parað með gulri fosfórhúð.Þegar kveikt er á bláa LED, þá vekur það gulu fosfórinn og gerir það að verkum að það gefur frá sér gult ljós.Samsetningin af bláu ljósi sem eftir er og gult ljós framleiðir hvítt ljós.Þessi aðferð er vinsæl vegna þess að hún er einföld og hagkvæm, sem gerir hana hentug fyrir fjölbreytt lýsingarforrit.Hins vegar getur það stundum leitt til hvítt ljós með smá bláum eða köldum blæ, sem gæti ekki verið tilvalið fyrir allar aðstæður.
Hver aðferð er valin út frá tilætluðu jafnvægi milli kostnaðar, margbreytileika og lita gæði.RGB LED aðferðin er valin fyrir forrit sem krefjast nákvæmrar litastillingar og hágæða ljósafköst, en bláa LED með gulum fosfóraðferð er oft ákjósanleg fyrir einfaldleika þess og hagkvæmni.
LED lýsingar skilvirkni
LED nota mun minni orku en hefðbundnar glóperur og spara allt að 90% af orku.Þeir framleiða ljós með því að fara með rafstraum í gegnum lítinn flís og lýsa upp örsmáar ljósgjafar sem kallast LED.Ólíkt glóperum, sem framleiða ljós með því að hita þráð þar til það glóir, mynda LED ljós með miklu minni orku.
LED eru með hluta sem kallast hitavask sem hjálpa til við að takast á við hitann sem þeir búa til.Þessir hitavaskar taka inn og dreifa hitanum til að halda ljósdíóða virka vel.Góð hitastjórnun lætur LED endast lengur og heldur þeim bjartum.Ef hitinn er ekki meðhöndlaður vel geta LED slitnað hraðar og orðið dimmari.Hve lengi LED endast og hversu vel þau virka fer eftir því hversu góðir þeir eru og hversu vel hitaskurinn þeirra virkar.
Líftími og niðurbrot
Líftími og sundurliðun eru meginatriði í skilningi LED (ljósdíóða) árangur.Ólíkt venjulegum perum, sem venjulega brenna út skyndilega, verða ljósdíóða hægt og rólega með tímanum.Þetta hæga dimmandi ferli er kallað afskriftir holrýmis.
Afskriftir holrýmis gerast vegna þess að efnin inni í LED slitna og valda því að það framleiðir minna ljós.Við mælum yfirleitt líf LED eftir því marki sem birtustig hans hefur lækkað í 70% af upprunalegu stigi.Til dæmis, ef LED byrjar á 1000 lumen, er nýtist endingartími þess talinn þegar birtustig hans fellur niður í 700 lumens.
Ýmislegt getur valdið afskriftum í holrými í LED, svo sem hitastigi, rafmagnsálagi og gæðum efnanna sem notuð eru til að búa til þau.Hátt hitastig getur flýtt fyrir slit úr LED hlutum, sem gerir þá að dimmum hraðar.Að sama skapi getur rafmagnsálag, eins og of mikill straumur eða spennu, stytt líf LED með því að valda auka skemmdum á innri hlutum þess.
Gæði efnanna sem notuð eru til að gera ljósdíóða hafa einnig mikil áhrif á hversu lengi þau endast.Ljósdíóða sem gerðar eru með betri efnum og byggingaraðferðum hafa tilhneigingu til að endast lengur og dimmir hægar.Aftur á móti geta LED -ljósdíóða dimmt hraðar og haft styttri nýtingartíma.
Afskriftir holrýmis eiga sér stað þegar ljósdíóða missa birtustig með tímanum.Þetta getur stafað af nokkrum meginþáttum:
• Óhóflegur hiti getur skemmt innri hluta LED.Hitavasar hjálpa til við að stjórna þessum hita, en ef þeir virka ekki vel geta LED hlutar skaðað.
• Háir rafmagnsstraumar og spennu geta borið út íhlutina inni í LED.Þetta slit getur gert LED minna bjart.
• Efnin sem notuð eru í LED, sérstaklega hvítum, geta brotið niður með tímanum.Þessi efnis sundurliðun leiðir einnig til taps á birtustigi.
• Umhverfisaðstæður eins og raka og ryk geta haft áhrif á ljósdíóða.Raki getur valdið hlutum í ryð eða skammhlaupi og ryk getur hindrað ljós eða truflað notkun LED.
Forrit LED
LED, eða ljósdíóða, hafa breytt lýsingariðnaðinum mikið vegna þess að þeir eru fjölhæfir og duglegir.Þeir geta verið notaðir á margan hátt, frá venjulegum ljósaperum til innbyggðra innréttinga.Einn helsti ávinningur LED er smæð þeirra, sem gerir kleift að skapa skapandi og nýstárlega lýsingu.Þetta gerir ljósdíóða fullkomin til að skipta um hefðbundnar ljósaperur og vera innbyggðar í sérsniðna innréttingar, veita langvarandi og orkusparandi lýsingarlausnir.
Í blendingum lýsingarlausna eru ljósdíóða sameinuð hefðbundinni lýsingarhönnun.Þessi kerfi hafa oft skiptanlega LED hluta innan sérhönnuðra innréttinga, sem gerir það auðvelt að viðhalda og uppfæra þá.Þessi samsetning tekur bestu hluti bæði af gömlu og nýju lýsingartækni og bætir heildarupplifun notenda.
Ljósdíóða er hægt að nota á mörgum mismunandi stöðum, allt frá heimilum til iðnaðar.Orkunýtni þeirra er stór kostur vegna þess að LED nota minni kraft miðað við hefðbundin ljós.Þetta þýðir lægri orkureikninga og minni áhrif á umhverfið.Einnig endast LED lengur, svo að ekki þarf að skipta um þau eins oft, spara tíma og peninga.
Hitastjórnun í LED
Mynd 7: Hitastjórnun í LED
Rétt hitastjórnun er mjög gagnleg fyrir hversu vel ljósdíóða virka og hversu lengi þau endast.Þegar LED eru notuð framleiða þau hita.Ef þessum hita er ekki vel stjórnað getur hann fljótt skemmt ljósdíóða, gert þá minna skilvirkt og stytt líf sitt.
Stór hluti af stjórnun LED hita er hitaskurinn.Hitavasar hjálpa með því að liggja í bleyti og dreifa hitanum frá tengingu LED flísarinnar við hringrásarborðið, sem gerir það kaldara.Hversu vel hitaskurinn virkar veltur mikið á hvað hann er gerður og hönnun hans.
Efni eins og áli og kopar eru oft notuð við hitavask vegna þess að þau geta fært hita í burtu á skilvirkan hátt.Einnig felur hönnun hitavaskanna venjulega með eiginleikum eins og fins, sem auka yfirborðið sem getur losað hita.Þetta stærra yfirborðssvæði hjálpar hitanum að vaskinn við að dreifa hitanum frá LED, halda LED kælinum og ganga úr skugga um að hann virki vel í langan tíma.
Munur á LED og hefðbundinni lýsingu
Ljósdíóða bjóða upp á nokkra kosti umfram hefðbundna glóandi og CFL (samningur flúrlampa) lýsingu, sérstaklega í ljósri átt og litasvið:
• Stefnumennslýsing: Ljósdíóða gefa frá sér ljós í ákveðna átt, tilvalin fyrir markvissar lýsingarþarfir eins og að lesa lampa eða sviðsljós.Aftur á móti gefa glóandi og CFL ljósaperur frá sér ljósi og hita í allar áttir, sem þurfa oft endurspeglun eða tónum til að einbeita ljósinu, sem leiðir til orku sóun.
• Litamöguleikar: Ljósdíóða bjóða upp á breitt úrval af litum, þar á meðal gulbrúnir, rauðir, grænir og bláir.Hægt er að búa til hvítt ljós með því að blanda saman mismunandi litaðri ljósdíóða (t.d. rauðu, grænu og bláu) eða nota fosfórhúðað ljósdíóða sem gefa frá sér hvítt ljós þegar blátt eða útfjólublátt ljós fer í gegnum fosfórinn.Þetta breiða litasvið gerir ljósdíóða kleift að mæta ýmsum lýsingarþörfum, allt frá hlýjum, notalegri lýsingu til bjartrar, dagsbirta.
Hvernig virka LED?
Mynd 8: Uppbygging LED
Ljósdíóða (ljós frá díóða) vinna eins og díóða og gefa frá sér ljós þegar þeir eru áfram hlutdrægir.Í þessari uppsetningu er neikvæðu hliðin (bakskaut) tengd neikvæðum flugstöðinni á aflgjafa og jákvæðu hliðin (rafskautaverkunin) er tengd við jákvæða flugstöðina.Þetta fyrirkomulag gerir rafeindum frá N-svæðinu öðlast orku og færist í átt að P-svæðinu.Þegar þessar rafeindir fara yfir mótum og mæta götum í P-svæðinu losa þær orku sem ljós.
Litur ljóssins og LED gefur frá sér fer eftir hálfleiðara efnunum sem notuð eru.Til dæmis framleiðir Gallium arseníð innrautt ljós en gallíumfosfíð getur framleitt grænt eða rautt ljós.Þessi munur á lit kemur frá hinum ýmsu orkustigum efnanna, sem ákveða bylgjulengd ljóssins sem gefin er upp.
LED er smíðað með blýgrind, oft kallað stytt, sem er tengt við bakskautsstöðina.Þessi rammi geymir hálfleiðara efnið.P-svæðisins hálfleiðarans er sett nálægt yfirborðinu til að tryggja að meira ljós komi út úr LED í stað þess að vera föst inni.Þessi hönnun hjálpar til við að auka birtustig og skilvirkni LED.
Niðurstaða
Ljósdíóða hafa marga kosti yfir hefðbundnum ljósum.Þeir nota minni orku, endast lengur og veita betri ljósgæði.Ljósdíóða vinna með því að færa rafeindir í gegnum hálfleiðara og breyta beint raforku í ljós með mjög litlum hita.Þeir geta framleitt mismunandi liti út frá þeim efnum sem notuð eru og mismunandi hönnun af lampategundum og flís gerð ljósdíóða gera þau enn gagnlegri.Eftir því sem tæknin batnar halda LED áfram að verða betri, bjóða upp á meiri ávinning og vera notuð á fleiri vegu.Með því að skilja hvernig LED virka og ávinning þeirra er ljóst hvers vegna þeir eru að verða valinn kostur fyrir lýsingu á heimilum okkar, skrifstofum og víðar.
Algengar spurningar [FAQ]
1. Hvernig virkar LED skjárinn?
LED skjár virkar með því að nota mörg lítil ljós sem kallast ljósdíóða (LED).Þessi örsmáu ljós glóa í mismunandi litum til að búa til myndir og texta.Rafrænar hringrásir stjórna þessum ljósum og kveikja og slökkva fljótt til að sýna myndir og mynstur.
2. Hverjar eru tveir meginatriðin LED eru notuð?
Ljósdíóða eru aðallega notuð til lýsingar og skjáa.Fyrir lýsingu bjóða þeir upp á bjart og orkusparandi ljós fyrir heimili, götur og farartæki.Fyrir skjái eru þeir notaðir í skjám fyrir sjónvörp, tölvur og auglýsingaskilti.
3. Hver er meginreglan um LED og verk þess?
Meginreglan um LED er byggð á ferli sem kallast rafmengun.Þegar rafstraumur rennur í gegnum efni LED gefur það frá sér ljós.Þetta gerist vegna þess að raforkan veldur því að rafeindir sameinast öðrum agnum og losar orku sem ljós.
4. Af hverju eru ljósdíóða mikilvæg?
LED skiptir máli vegna þess að þeir spara orku, endast lengi og eru góðir fyrir umhverfið.Þeir nota minna rafmagn en hefðbundin ljós og hafa miklu lengra líf, svo ekki þarf að skipta um þau eins oft.
5. Hverjir eru kostir LED?
Kostir LED eru meðal annars að nota minni orku, hafa lengri líftíma, vera endingargóðari, vera minni að stærð og kveikja og slökkva hraðar.Þeir framleiða einnig minni hita og koma í mörgum litum, sem gerir þá gagnlegar í mismunandi tilgangi.