Čo sú LED a ako fungujú?

LED diódy alebo diódy emitujúce svetlo zmenili spôsob, akým uvažujeme o osvetlení, pretože šetria energiu, vydržia dlhšie a môžu sa používať rôznymi spôsobmi.Na rozdiel od staromódnych žiaroviek, ktoré vytvárajú svetlo zahrievaním drôtu, LED diódy vytvárajú svetlo presunutím elektrického prúdu špeciálnym materiálom nazývaným polovodič.Tento spôsob výroby svetla využíva oveľa menej energie a nie je horúco.Z dôvodu týchto výhod sa LED diódy používajú pre všetko od malých svetiel v gadgetoch po veľké osvetľovacie systémy v budovách.Prichádzajú v rôznych typoch a farbách, z ktorých každý je vhodný na rôzne použitia.Dozvedieť sa, ako fungujú LED diódy a prečo sú lepšie ako tradičné svetlá, nám pomáha zistiť, prečo sa dnes stávajú tak populárnymi.

Katalóg

Obrázok 1: LED diódy alebo diódy emitujúce svetlo

Definícia a základná prevádzka

LED diódy alebo diódy emitujúce svetlo sú zariadenia, ktoré vyžarujú svetlo, keď cez ne prechádza elektrický prúd.Každá LED sa skladá z dvoch materiálov: typu p s mnohými dierami (kladné nosiče náboja) a typu N s mnohými elektrónmi (nosiče záporných nábojov).Keď sa aplikuje napätie vpred, elektróny z oblasti N-typu získa energiu a posunú sa smerom k oblasti typu p.Na križovatke P-N sa elektróny vyplňujú otvory a uvoľňujú energiu ako svetlo.

Na rozdiel od tradičných zdrojov svetla, ako sú žiarovky, ktoré premieňajú elektrickú energiu na teplo a potom svetlo, LED diódy prevádzajú elektrickú energiu priamo na svetlo.Tento proces je oveľa efektívnejší, produkuje menej tepla a využíva menej energie.V dôsledku toho sa preferujú LED diódy pre svoju energetickú účinnosť a dlhú životnosť, vyžadujú si menej časté výmeny a ponúkajú robustnejší výkon.

Typy LED diód

LED diódy typu lampy (olovené)

Obrázok 2: LED diódy typu žiarovky (olovené)

LED diódy typu žiarovky (olovené) sú základným typom diód emitujúceho svetla (LED) s kovovými nohami, ktoré sa tiež nazývajú olova, ktoré spájajú LED k elektrickému obvodu.Tieto LED diódy sú zvyčajne pokryté malou, farebnou plastovou žiarovkou.Táto žiarovka má niekoľko funkcií.Roztiahne svetlo rovnomernejšie, takže nesvieti iba jedným smerom.Chráni tiež malé časti vo vnútri LED pred poškodením a udržiava prach a vlhkosť.

Olovené LED diódy majú jednoduchý dizajn, vďaka ktorému sú veľmi užitočné a ľahko použiteľné v mnohých elektronických projektoch.Z tohto dôvodu sa často používajú ako indikátorové svetlá, aby sa ukázalo, či je zariadenie zapnuté alebo vypnuté.Môžete ich tiež nájsť v digitálnych displejoch, ako sú tie, ktoré sú na kalkulačkách a hodinách, kde pomáhajú zobrazovať čísla a ďalšie informácie.

Pre dekoratívne osvetlenie sú olovené LED diódy obľúbené, pretože sa ľahko nastaví a môžu sa použiť na vytvorenie mnohých rôznych vzorov osvetlenia.Kovové nohy uľahčujú ich pripevnenie na dosky obvodov alebo ich pripojenie pomocou kĺbových dosiek na testovanie.Vďaka tomu sú obľúbené u fandov aj profesionálnych inžinierov.Prichádzajú v mnohých farbách a veľkostiach, čo zvyšuje ich užitočnosť v kreatívnych a praktických nastaveniach osvetlenia.

LED diódy čipu (povrchová držiak)

Obrázok 3: LED diódy typu čipu (povrchová držiak)

LED diódy typu čipov (povrchová držiak) sú moderným zlepšením technológie LED, ktoré sa má pripojiť priamo na dosky s tlačenými obvodmi (PCB).Sú oveľa menšie a efektívnejšie ako tradičné LED diódy typu žiaroviek, vďaka čomu sú ideálne pre malé elektronické zariadenia, ako sú smartfóny, tablety a LED televízory.

Hlavnou výhodou LED čipových LED je ich malá veľkosť a účinnosť.Pretože sú kompaktné, môžu byť umiestnené blízko seba na PCB.To umožňuje vytváranie zložitých elektronických vzorov, ktoré robia veľa rôznych vecí.Toto blízke umiestnenie je veľmi užitočné pre moderné zariadenia, ktoré musia dobre fungovať v malom priestore.LED diódy typu čipu tiež lepšie využívajú energiu.Premieňajú viac elektriny na svetlo s menším počtom tepl, čo ich robí dlhšie a využíva menej energie.Je to užitočné najmä v zariadeniach, ktoré prevádzkujú na batériách, kde je veľmi dôležitá úspora energie.

Technológia povrchovej montáže (SMT) používaná pre LED čipové LED umožňuje stroje ich rýchlo a presne umiestniť na dosky obvodov.Tým sa zrýchľuje výrobný proces a znižuje výrobné náklady.Táto metóda tiež zaisťuje, že LED diódy sú umiestnené dôsledne a spoľahlivo, čo je dôležité, aby zariadenia fungovali správne a trvali dlho.

Oba typy LED pracujú na rovnakom základnom princípe: vytváranie svetla, keď elektrický prúd prechádza v nich špeciálnym materiálom.Výber medzi typom LAMP a LED čipmi LED závisí od požiadaviek projektu, ako je veľkosť, efektívnosť a ľahkosť integrácie.

Vlnová dĺžka a farba

Farba LED je určená materiálmi, ktoré sa používajú na výrobu, ktoré emitujú rôzne farby svetla, keď cez ne preteká elektrina.Farbu LED ovplyvňujú dva hlavné faktory:

Vrcholová vlnová dĺžka (λp)

Obrázok 4: Graf ukazujúci špičkovú vlnovú dĺžku (λp) LED

Vrcholová vlnová dĺžka (λp) je vlnová dĺžka, pri ktorej LED vyžaruje najviac svetla.Napríklad červená LED zvyčajne svieti najjasnejšia približne 630 nanometrov.To znamená, že LED produkuje svoje najsilnejšie červené svetlo pri tejto vlnovej dĺžke. Vedomie maximálnej vlnovej dĺžky je veľmi užitočné pre rôzne aplikácie.Určuje farbu a jas svetla LED.Aby sme našli špičkovú vlnovú dĺžku, zmeriame svetelné spektrum LED a lokalizujeme bod, v ktorom je svetlo najintenzívnejšie.Napríklad v technológii obrazovky presná maximálna vlnová dĺžka pomáha vytvárať správne farby.Pri svetlách rastlín by mala vrcholná vlnová dĺžka zhodovať sa s vlnovými dĺžkami, ktoré rastliny najviac absorbujú, aby im pomohli lepšie rásť.

Vrcholová vlnová dĺžka ovplyvňuje aj to, ako sa vyrábajú LED.Inžinieri môžu zmeniť materiály a dizajn LED, aby získali požadovanú špičkovú vlnovú dĺžku, vďaka čomu je práca LED lepšia pre konkrétne použitie.Zahŕňa to výber správnych polovodičových materiálov, pretože tieto materiály určujú energiu a vlnovú dĺžku emitovaného svetla.

Dominantná vlnová dĺžka (λd)

Obrázok 5: Graf ukazujúci dominantnú vlnovú dĺžku (λd) LED

Dominantná vlnová dĺžka (λd) je základnou myšlienkou pri štúdiu farby, najmä pri pochopení toho, ako ľudské oči vidia svetlo z LED a iných zdrojov svetla.Dominantnou vlnovou dĺžkou je farba, ktorú ľudia vidia najjasnejšie, keď sa pozerajú na zdroj svetla, aj keď je toto svetlo tvorené niekoľkými rôznymi farbami.Na tomto meraní záleží, pretože ľudské videnie kombinuje tieto viacnásobné farby do jednej hlavnej farby, ktorú vnímame.Keď LED vyžaruje svetlo, zvyčajne to robí v rôznych farbách.Tieto jednotlivé farby sa zmiešajú spolu a dominantnou vlnovou dĺžkou je farba, ktorá najviac vyniká ľudskému oku.Nájdenie tejto farby nie je vždy ľahké, pretože záleží na konkrétnej zmesi a pevnosti rôznych farieb.Tento proces zahŕňa podrobné výpočty, ktoré uvažujú o tom, aké citlivé ľudské oči sú do rôznych častí spektra svetla.

Na nájdenie dominantnej vlnovej dĺžky sa na štúdium svetla z LED používa zariadenie nazývané spektrometer.Zhromaždené údaje ukazujú, aké silné je svetlo za každú farbu.Tieto informácie sa potom vynesú na diagram chromaticity, ktorá je grafom, ktorý predstavuje farby založené na ľudskom videní.Dominantná vlnová dĺžka sa nachádza nakreslením čiary z centrálneho bieleho bodu na diagrame cez súradnice zdroja svetla a predtiahnutím ju na okraj grafu.Bod, v ktorom táto línia spĺňa okraj, je dominantná vlnová dĺžka.

Poznanie dominantnej vlnovej dĺžky je veľmi užitočné v poliach, kde je potrebná presná farba, napríklad v technológii displeja, dizajn osvetlenia a akejkoľvek oblasti, kde je potrebná presná zhoda farieb.Ovládaním dominantnej vlnovej dĺžky môžu výrobcovia vytvárať LED diódy, ktoré emitujú špecifické farby vhodné na rôzne účely, napríklad pomoc rastlinám rastúcim rastom s určitými svetlými farbami alebo produkciou jasných a realistických farieb na obrazovkách.

Vytváranie bieleho svetla s LED diódami

Obrázok 6: Dva metódy na vytváranie bieleho svetla s LED diódami

Vytváranie bieleho svetla s LED diódami zahŕňa dve hlavné metódy, z ktorých každá má vlastné výhody a použitia.

Jedna metóda zahŕňa kombináciu LED červenej, zelenej a modrej (RGB).Dôkladným nastavením intenzity týchto troch základných farieb sa môžu zmiešať, aby sa vytvorili biele svetlo.Táto technika sa bežne používa v zariadeniach, ktoré si vyžadujú presné farebné riadenie a presné znázornenie farieb, ako sú komplexné LED displeje a dekoratívne osvetlenie.Aj keď táto metóda ponúka vynikajúcu kontrolu nad farebným výstupom, je zložitejšia a drahšia v porovnaní s modrou LED LED so žltým fosforovým prístupom.Vyžaduje pokročilé ovládacie obvody a kalibráciu, aby sa zabezpečilo, že farby správne premiešajú biele svetlo.

Druhá metóda používa modrú LED spárovanú so žltým povlakom fosforu.Keď je modrá LED zapnutá, vzrušuje žltú fosforu, takže emituje žlté svetlo.Kombinácia zostávajúceho modrého svetla a emitovaného žltého svetla vytvára biele svetlo.Táto metóda je populárna, pretože je jednoduchá a nákladovo efektívna, takže je vhodná pre širokú škálu aplikácií osvetlenia.Niekedy to však môže viesť k bielemu svetlu s miernym modrým alebo chladným odtieňom, ktoré nemusí byť ideálne pre každú situáciu.

Každá metóda je vybraná na základe požadovanej rovnováhy medzi nákladmi, zložitosťou a kvalitou farieb.Metóda LED RGB je vybraná pre aplikácie, ktoré vyžadujú presné ladenie farieb a vysokokvalitný svetelný výstup, zatiaľ čo modrá LED dióda s žltým fosforom je často uprednostňovaná pre svoju jednoduchosť a dostupnosť.

Účinnosť osvetlenia LED

LED diódy využívajú oveľa menej energie ako tradičné žiarovky, čím šetrí až 90% energie.Vyrábajú svetlo odovzdávaním elektrického prúdu cez malý čip a osvetľujú malé zdroje svetla nazývané LED diódy.Na rozdiel od žiaroviek, ktoré produkujú svetlo zahrievaním vlákna, až kým nenasvieti, LED diódy vytvárajú svetlo s oveľa menšou energiou.

LED diódy majú diely nazývané chladiče, ktoré pomáhajú vysporiadať sa s teplom, ktoré vyrábajú.Tieto chladiče berú a rozprestierajú teplo, aby sa LED diódy dobre fungovali.Dobrý manažment tepla robí LED diódy dlhšie a udržuje ich jasné.Ak sa teplo nezaoberá dobre, LED diódy sa môžu opotrebovať rýchlejšie a stlmiť.Ako dlho trvajú LED diódy a ako dobre fungujú, závisí od toho, ako sú dobré a ako dobre fungujú ich horúce umývadlá.

Životnosť a degradácia

Životnosť a poruchy sú hlavnými bodmi v porozumení výkonu LED (svetlo emitujúce diódy).Na rozdiel od bežných žiaroviek, ktoré zvyčajne náhle vyholia, LED sa časom pomaly stmieva.Tento proces pomalého stmievania sa nazýva odpisy lúmenu.

Odpisy lúmenu dochádza, pretože materiály vo vnútri LED opotrebujú, čo spôsobuje, že produkujú menej svetla.Zvyčajne merame život LED v bode, v ktorom jeho jas klesol na 70% svojej pôvodnej úrovne.Napríklad, ak LED dióda začína pri 1000 lúmenoch, jej životnosť sa uvažuje o tom, keď jej jas klesne na 700 lúmenov.

Niekoľko vecí môže spôsobiť odpisy lúmenu v LED diódach, ako je teplota, elektrické napätie a kvalita materiálov použitých na ich výrobu.Vysoké teploty môžu zrýchliť nosenie častí LED, čím sa rýchlejšie slabnú.Podobne elektrické napätie, podobne ako príliš veľa prúdu alebo napätia, môže skrátiť životnosť LED spôsobením ďalšieho poškodenia jej vnútorných častí.

Kvalita materiálov používaných na výrobu LED tiež výrazne ovplyvňuje, ako dlho vydržia.LED diódy vyrobené z lepších materiálov a konštrukčných metód majú tendenciu trvať dlhšie a slabšie.Na druhej strane LED diódy nižšej kvality sa môžu slabnúť rýchlejšie a mať kratšiu životnosť.

Odpisy lúmenu dôjde, keď LED diódy v priebehu času strácajú jas.To môže byť spôsobené niekoľkými hlavnými faktormi:

• Nadmerné teplo môže poškodiť vnútorné časti LED.Chladné drezy pomáhajú zvládnuť toto teplo, ale ak nefungujú dobre, časti LED môžu byť poškodené.

• Vysoké elektrické prúdy a napätie môžu opotrebovať komponenty vo vnútri LED.Toto opotrebenie môže byť LED menej jasné.

• Materiály používané v LED, najmä bielych, sa môžu časom degradovať.Toto rozdelenie materiálu tiež vedie k strate jasu.

• Podmienky prostredia, ako je vlhkosť a prach, môžu ovplyvniť LED diódy.Vlhkosť môže spôsobiť hrdzu alebo skratku, a prach môže blokovať svetlo alebo zasahovať do prevádzky LED.

Aplikácie LED diódy

LED diódy alebo diódy emitujúce svetlom veľa zmenili osvetľovací priemysel, pretože sú všestranné a efektívne.Môžu sa používať mnohými spôsobmi, od bežných žiaroviek po vstavané svietidlá.Jednou z hlavných výhod LED diód je ich malá veľkosť, ktorá umožňuje kreatívne a inovatívne vzory osvetlenia.Vďaka tomu sú LED diódy ideálne pre nahradenie tradičných žiaroviek a zabudovaných do vlastných svietidiel, ktoré poskytujú dlhodobé a energeticky úsporné roztoky.

V hybridných roztokoch osvetlenia sa LED diódy kombinujú s tradičnými vzormi osvetlenia.Tieto systémy majú často vymeniteľné časti LED v špeciálne navrhnutých príslušenstvách, čo uľahčuje ich údržbu a aktualizáciu.Táto kombinácia vyžaduje najlepšie časti starých aj nových technológií osvetlenia, čím sa zlepšuje celková skúsenosť používateľa.

LED diódy sa dajú použiť na mnohých rôznych miestach, od domovov po priemyselné prostredie.Ich energetická účinnosť je veľká výhoda, pretože LED diódy využívajú menej energie v porovnaní s tradičnými svetlami.To znamená nižšie účty za energiu a menší vplyv na životné prostredie.LED diódy vydržia dlhšie, takže ich nemusia byť vymenené tak často, šetrí čas a peniaze.

Tepelné riadenie LED diódy

Obrázok 7: Tepelné riadenie LED diódy

Správna správa tepla je veľmi užitočná pre to, ako dobre fungujú LED a ako dlho trvajú.Keď sa používajú LED diódy, produkujú teplo.Ak toto teplo nie je dobre zvládnuté, môže rýchlo poškodiť LED diódy, čím sa stane menej efektívnymi a skracuje ich život.

Hlavnou časťou riadenia tepla LED je chladič.Chladne umývadlá pomáhajú namáčaním a roztiahnutím horúčava od spojenia LED čipu s doskou obvodov, čím sa stane chladnejším.To, ako dobre funguje chladič, veľa závisí od toho, z čoho je vyrobený a jeho dizajn.

Materiály ako hliník a meď sa často používajú na chladiče, pretože sa môžu efektívne pohybovať teplo.Dizajn chladičov zvyčajne obsahuje vlastnosti, ako sú plutvy, ktoré zvyšujú plochu povrchu, ktorá môže uvoľňovať teplo.Táto väčšia plocha povrchu pomáha chladničke rozprestierať teplo z LED, udržiavať chladič LED a zaisťuje, že funguje dobre po dlhú dobu.

Rozdiely medzi LED a tradičným osvetlením

LED diódy ponúkajú niekoľko výhod oproti tradičnému žiarovke a CFL (kompaktné žiarivky) osvetlenia, najmä v smere svetla a farebného rozsahu:

• Smerové osvetlenie: LED diódy emitujú svetlo v špecifickom smere, ideálne pre cielené osvetlenie potrieb, ako sú čítanie žiaroviek alebo bodové svetlá.Naopak, žiarovky a cibuľky CFL emitujú svetlo a teplo vo všetkých smeroch, ktoré často vyžadujú, aby reflektory alebo odtiene zaostrili svetlo, čo vedie k plytvaniu energiou.

• Farebné možnosti: LED diódy poskytujú širokú škálu farieb vrátane jantáru, červenej, zelenej a modrej.Biele svetlo je možné vytvoriť zmiešaním rôznych farebných LED (napr. Červená, zelená a modrá) alebo pomocou fosforu potiahnutých LED, ktoré emitujú biele svetlo, keď cez fosfor prechádza modré alebo ultrafialové svetlo.Tento široký farebný rozsah umožňuje LED diódy uspokojiť rôzne potreby osvetlenia, od teplého, útulného osvetlenia po jasné osvetlenie podobné dennému svetlu.

Ako fungujú LED diódy?

Obrázok 8: Štruktúra LED

LED diódy (diódy emitujúce svetlo) fungujú ako diódy a vydávajú svetlo, keď sú predpredu zaujaté.V tomto nastavení je záporná strana (katód) pripojená k zápornému terminálu zdroja energie a kladná strana (anóda) je pripojená k pozitívnemu terminálu.Toto usporiadanie umožňuje elektróny z N-regiónu získať energiu a posunúť sa smerom k regiónu P.Keď tieto elektróny prechádzajú križovatkou a stretávajú sa s otvormi v regióne P, uvoľňujú energiu ako svetlo.

Farba svetla Emits LED závisí od použitých polovodičových materiálov.Napríklad arzenid gallium produkuje infračervené svetlo, zatiaľ čo fosfid gália môže produkovať zelené alebo červené svetlo.Tieto rozdiely vo farbe pochádzajú z rôznych energetických úrovní materiálov, ktoré rozhodujú o vlnovej dĺžke vydaného svetla.

LED je vytvorená s olovom, často nazývaným kovadlkou, ktorá je pripojená k terminálu katódy.Tento rám obsahuje polovodičový materiál.P-región polovodiča je umiestnený blízko povrchu, aby sa ubezpečil, že viac svetla vychádza z LED LED namiesto toho, aby bola zachytená vo vnútri.Tento dizajn pomáha zvyšovať jas a účinnosť LED.

Záver

LED diódy majú oproti tradičným svetlám veľa výhod.Používajú menej energie, vydržia dlhšie a poskytujú lepšiu kvalitu svetla.LED diódy fungujú tak, že presúvajú elektróny polovodičom a priamo premieňajú elektrickú energiu na svetlo s veľmi malým tepla.Môžu vyrábať rôzne farby na základe použitých materiálov a rôzne vzory LED diódy typu lampy a štiepky ich robia ešte užitočnejšími.Ako sa technológia zlepšuje, LED diódy sa stále zlepšujú, ponúkajú viac výhod a využívajú sa viac spôsobmi.Pochopením toho, ako fungujú LED a ich výhody, je jasné, prečo sa stávajú preferovanou voľbou pre osvetlenie v našich domovoch, kanceláriách a mimo nej.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Ako funguje displej LED?

LED displej funguje pomocou mnohých malých svetiel nazývaných diódy emitujúce svetlo (LED).Tieto malé svetlá žiaria v rôznych farbách, aby vytvorili obrázky a text.Elektronické obvody ovládajú tieto svetlá a rýchlo ich zapínajú a vypínajú, aby sa ukázali požadované obrázky a vzory.

2. Na čo sa používajú dve hlavné veci LED diódy?

LED diódy sa používajú hlavne na osvetlenie a displeje.Na osvetlenie ponúkajú jasné a energeticky úsporné svetlo pre domy, ulice a vozidlá.Na displeje sa používajú v obrazovkách pre televízory, počítače a billboardy.

3. Aký je princíp LED a jej práca?

Princíp LED je založený na procese nazývanom elektroluminiscencia.Keď elektrický prúd preteká materiálom LED, vydáva svetlo.Stáva sa to preto, že elektrická energia spôsobuje, že sa elektróny kombinujú s inými časticami a uvoľňujú energiu ako svetlo.

4. Prečo sú LED dôležité LED?

Záleží na LED, pretože šetria energiu, trvajú dlho a sú dobré pre životné prostredie.Používajú menej elektriny ako tradičné svetlá a majú oveľa dlhší život, takže ich nemusia byť vymenené tak často.

5. Aké sú výhody LED diód?

Medzi výhody LED diódy patrí používanie menšej energie, dlhšia životnosť, trvanlivejšia, menšia veľkosť a rýchlejšie zapínanie a vypínanie.Vytvárajú tiež menej tepla a dodávajú sa v mnohých farbách, vďaka čomu sú užitočné na rôzne účely.