Что такое светодиоды и как они работают?

Светодиоды, или излучающие световые диоды, изменили то, как мы думаем о освещении, потому что они экономит энергию, длится дольше и могут использоваться разными способами.В отличие от старомодных лампочек, которые делают свет, нагревая проволоку, светодиоды создают свет, перемещая электрический ток через специальный материал, называемый полупроводником.Этот способ изготовления света использует гораздо меньше энергии и не становится таким горячим.Из -за этих преимуществ светодиоды используются для всего, от крошечных огней в гаджетах до больших систем освещения в зданиях.Они бывают разных типов и цветов, каждый из которых подходит для разных целей.Изучение того, как работают светодиоды и почему они лучше, чем традиционные огни, помогает нам понять, почему они становятся такими популярными сегодня.

Каталог

Рисунок 1: Светодиоды или световые диоды

Определение и базовая операция

Светодиоды, или излучающие свет, являются устройствами, которые испускают свет, когда электрический ток проходит через них.Каждый светодиод состоит из двух материалов: P-тип с множеством отверстий (носителей положительного заряда) и N-типа со многими электронами (носители отрицательного заряда).Когда применяется прямое напряжение, электроны из области N-типа получают энергию и движутся к области P-типа.На перекрестке P-N электроны заполняют отверстия, высвобождая энергию как свет.

В отличие от традиционных источников света, таких как лампы накаливания, которые превращают электрическую энергию в тепло, а затем световые светодиоды превращают электрическую энергию непосредственно в свет.Этот процесс гораздо более эффективен, производит меньше тепла и использует меньше энергии.Следовательно, светодиоды предпочтительны для их энергоэффективности и длительного срока службы, требуя менее частых замены и предлагая более прочную производительность.

Типы светодиодов

Светодиоды типа лампы (ведущие)

Рисунок 2: светодиоды типа лампы (ведущие)

Светодиоды типа лампы (ведущие) представляют собой основной тип светооборота (светодиоды) с металлическими ногами, также называемыми свинцами, которые соединяют светодиод с электрической цепью.Эти светодиоды обычно покрыты небольшой цветной пластиковой лампочкой.Эта лампочка имеет несколько функций.Он распространяет свет более равномерно, поэтому он не сияет только в одном направлении.Это также защищает крошечные части внутри светодиода от повреждений и удерживает пыль и влагу.

Следующие светодиоды имеют простой дизайн, который делает их очень полезными и простыми в использовании во многих электронных проектах.Из -за этой простой конструкции они часто используются в качестве индикаторных огней, чтобы показать, включено ли устройство или выключено.Вы также можете найти их на цифровых дисплеях, таких как на калькуляторах и часах, где они помогают показывать цифры и другую информацию.

Для декоративного освещения свинцовые светодиоды являются фаворитом, потому что их легко настроить и могут использоваться для создания множества различных моделей освещения.Металлические ножки позволяют простым прикреплять их к платам или подключить их с помощью хлебных плат для тестирования.Это делает их популярными среди любителей и профессиональных инженеров.Они бывают разных цветов и размеров, добавляя к своей полезности в творческих и практических настройках освещения.

Светодиоды типа чипа (поверхностное крепление)

Рисунок 3: Светодиоды типа чипа (поверхностное крепление)

Светодиоды типа чипов (поверхностное крепление) являются современным улучшением в светодиодной технологии, сделанной для прикрепления непосредственно на печатные платы (ПХБ).Они намного меньше и эффективнее, чем традиционные светодиоды типа лампы, что делает их идеальными для небольших электронных устройств, таких как смартфоны, планшеты и светодиодные телевизоры.

Основным преимуществом светодиодов типа чипа является их небольшой размер и эффективность.Поскольку они компактные, их можно разместить вблизи на ПХБ.Это позволяет создавать сложные электронные конструкции, которые делают много разных вещей.Это близкое размещение очень полезно для современных устройств, которые должны хорошо работать в небольшом пространстве.Светодиоды типа чипа также используют энергию лучше.Они превращают больше электричества в свет с меньшим количеством тепла, что заставляет их длиться дольше и использует меньше мощности.Это особенно полезно в устройствах, которые работают на батареях, где очень важна экономия энергии.

Технология поверхностного крепления (SMT), используемая для светодиодов типа чипа, позволяет машинам быстро и точно размещать их на пласках.Это ускоряет производственный процесс и снижает производственные затраты.Кроме того, этот метод гарантирует, что светодиоды размещаются последовательно и надежно, что важно для того, чтобы устройства работали должным образом и длится долго.

Оба типа светодиодов работают по одному основному принципу: создание света, когда электрический ток проходит через специальный материал внутри них.Выбор между типом лампы и светодиодами типа чипа зависит от требований проекта, таких как размер, эффективность и легкость интеграции.

Длина волны и цвет

Цвет светодиода определяется материалами, используемыми для его изготовления, которые излучают разные цвета света, когда электричество протекает через них.Два основных фактора влияют на цвет светодиода:

Пиковая длина волны (λp)

Рисунок 4: График, показывающий пиковую длину волны (λp) светодиода

Пиковая длина волны (λp) - это длина волны, при которой светодиод излучает больше всего света.Например, красный светодиод обычно сияет наиболее ярко на уровне около 630 нанометров.Это означает, что светодиод производит свой самый сильный красный свет на этой длине волны. Знание пиковой длины волны очень полезно для различных применений.Он определяет цвет и яркость светодиодного света.Чтобы найти пиковую длину волны, мы измеряем светодиодный спектр светодиода и обнаруживаем точку, где свет является наиболее интенсивной.Например, в технологии экрана точная пиковая длина волны помогает создавать правильные цвета.В растительных огнях пиковая длина волны должна соответствовать длине волны, которые растения поглощают лучше всего, чтобы помочь им лучше расти.

Пиковая длина волны также влияет на то, как производятся светодиоды.Инженеры могут изменить материалы и конструкцию светодиода, чтобы получить желаемую пиковую длину волны, что делает светодиод лучше для конкретного использования.Это включает в себя выбор правильных полупроводниковых материалов, потому что эти материалы определяют энергию и длину волны испускаемого света.

Доминирующая длина волны (λd)

Рисунок 5: Таблица, показывающая доминирующую длину волны (λd) светодиода

Доминирующая длина волны (λd) является основной идеей в изучении цвета, особенно при понимании того, как человеческие глаза видят свет от светодиодов и других источников света.Доминирующая длина волны - это цвет, который люди видят наиболее четко, когда смотрят на источник света, даже если этот свет состоит из нескольких разных цветов.Это измерение имеет значение, потому что человеческое зрение объединяет эти множественные цвета в один основной цвет, который мы воспринимаем.Когда светодиод излучает свет, он обычно делает это в ряде цветов.Эти отдельные цвета смешиваются вместе, и доминирующая длина волны - это цвет, который больше всего выделяется человеческому глазу.Найти этот цвет не всегда легко, потому что это зависит от конкретной миксы и прочности различных цветов.Этот процесс включает в себя подробные расчеты, которые учитывают, насколько чувствительными человеческими глазами являются разные части светового спектра.

Чтобы найти доминирующую длину волны, для изучения светодиода используется устройство, называемое спектрометром.Собранные данные показывают, насколько силен свет на каждом цвете.Эта информация затем построена на диаграмме хроматности, которая представляет собой диаграмму, которая представляет цвета, основанные на человеческом зрении.Доминирующая длина волны обнаруживается путем вытягивания линии из центральной белой точки на диаграмме через координаты источника света и расширив ее до края диаграммы.Точка, где эта линия встречается с краем, является доминирующая длина волны.

Знание доминирующей длины волны очень полезно в полях, где требуется точный цвет, например, в технологии дисплея, дизайн освещения и любая область, где требуется точное соответствие цвета.Контролируя доминирующую длину волны, производители могут создавать светодиоды, которые излучают определенные цвета, подходящие для различных целей, такие как помогая растениям расти с определенными светлыми цветами или создавая яркие и реалистичные цвета на экранах.

Создание белого света со светодиодами

Рисунок 6: Два метода создания белого света со светодиодами

Создание белого света со светодиодами включает в себя два основных метода, каждый из которых имеет свои преимущества и использование.

Один метод включает в себя комбинирование красных, зеленых и синих (RGB) светодиодов.Тщательно отрегулируя интенсивность этих трех основных цветов, их можно смешать, чтобы создать белый свет.Этот метод обычно используется в устройствах, которые нуждаются в точном цветовом управлении и точном представлении цвета, таких как полноцветные светодиодные дисплеи и декоративное освещение.Хотя этот метод предлагает отличный контроль над выходом цвета, он более сложный и дорогой по сравнению с синим светодиодом с подходом желтого фосфора.Это требует расширенных цепей управления и калибровки, чтобы гарантировать, что цвета правильно смешиваются для производства белого света.

В другом методе используется синий светодиод, в сочетании с желтым фосфором.Когда синий светодиод включен, он возбуждает желтый фосфор, заставляя его излучать желтый свет.Комбинация оставшегося синего света и испускаемого желтого света создает белый свет.Этот метод популярен, потому что он простой и экономичный, что делает его подходящим для широкого спектра освещения.Однако иногда это может привести к белому свету с небольшим синим или прохладным оттенком, что может быть не идеальным для любой ситуации.

Каждый метод выбирается на основе желаемого баланса между стоимостью, сложностью и качеством цвета.Светодиодный метод RGB выбирается для приложений, которые требуют точной настройки цвета и высококачественной световой выводы, в то время как синий светодиод с помощью желтого метода фосфора часто предпочтительнее его простоты и доступности.

Эффективность светодиодного освещения

Светодиоды используют гораздо меньше энергии, чем традиционные лампы накаливания, экономя до 90% энергии.Они производят свет, передавая электрический ток через небольшой чип, освещая крошечные источники света, называемые светодиодами.В отличие от лампочек накаливания, которые производят свет, нагревая нить, пока она не светится, светодиоды генерируют свет с гораздо меньшей энергией.

Светодиоды имеют детали, называемые радиаторами, которые помогают справиться с тем, что они изготавливают.Эти радиаторы принимают и распространяют жару, чтобы светодиоды работали хорошо.Хорошее управление тепла делает светодиоды дольше и сохраняет их яркими.Если жара плохо обрабатывается, светодиоды могут быстрее изнашиваться и стать диммером.Как долго длится светодиоды и насколько хорошо они работают, зависят от того, насколько они хороши и насколько хорошо работают их радиаторы.

Продолжительность жизни и деградация

Срок службы и срыв являются основными моментами в понимании светодиодного (светооборота) производительность.В отличие от обычных лампочек, которые обычно сжигают внезапно, светодиоды медленно становятся диммером со временем.Этот медленный процесс затемнения называется амортизацией просвета.

Амортизация просвета происходит потому, что материалы внутри светодиодного износа, что заставляет его производить меньше света.Мы обычно измеряем жизнь светодиода к моменту, когда его яркость упала до 70% от его первоначального уровня.Например, если светодиод начинается с 1000 просветов, его срок полезного использования рассматривается, когда его яркость падает до 700 люмен.

Несколько вещей могут вызвать амортизацию просвета в светодиодах, таких как температура, электрическое напряжение и качество материалов, используемых для их изготовления.Высокие температуры могут ускорить ношение из светодиодных частей, что делает их тусклостью быстрее.Аналогичным образом, электрическое напряжение, как слишком много тока или напряжения, может сократить срок службы светодиода, нанося дополнительный ущерб его внутренним частям.

Качество материалов, используемых для изготовления светодиодов, также сильно влияет на то, как долго они длится.Светодиоды, изготовленные из лучших материалов и методов строительства, имеют тенденцию длиться дольше и медленнее медленнее.С другой стороны, светодиоды с более низким качеством могут размогать быстрее и иметь более короткий срок полезного использования.

Амортизация просвета происходит, когда светодиоды теряют яркости с течением времени.Это может быть вызвано несколькими основными факторами:

• Чрезмерное тепло может повредить внутренние части светодиода.Граативные раковины помогают управлять этим теплом, но если они не работают хорошо, светодиодные детали могут пострадать.

• Высокие электрические токи и напряжения могут изнашивать компоненты внутри светодиода.Этот износ может сделать светодиод менее ярким.

• Материалы, используемые в светодиодах, особенно белые, могут со временем разлагаться.Этот разбивка материала также приводит к потере яркости.

• Условия окружающей среды, такие как влага и пыль, могут влиять на светодиоды.Влажность может привести к тому, что детали ржаветь или короткое замыкают, а пыль может блокировать свет или мешать работой светодиода.

Приложения светодиодов

Светодиоды, или излучающие свет, сильно изменили осветительную индустрию, потому что они универсальны и эффективны.Их можно использовать во многих отношениях, от обычных лампочек до встроенных светильников.Одним из основных преимуществ светодиодов является их небольшой размер, который позволяет создавать творческие и инновационные дизайны освещения.Это делает светодиоды идеальными как для замены традиционных лампочек, так и встроенных в пользовательские приспособления, обеспечивая длительные и энергосберегающие решения освещения.

В гибридных решениях освещения светодиоды в сочетании с традиционными дизайнами освещения.Эти системы часто имеют заменяемые светодиодные детали в специально разработанных приспособлениях, что облегчает их обслуживание и обновлять их.Эта комбинация принимает лучшие части как старых, так и новых технологий освещения, улучшая общий пользовательский опыт.

Светодиоды могут использоваться во многих различных местах, от домов до промышленных условий.Их энергоэффективность является большим преимуществом, потому что светодиоды используют меньше мощности по сравнению с традиционными огнями.Это означает более низкие счета за энергию и меньшее влияние на окружающую среду.Кроме того, светодиоды длится дольше, поэтому их не нужно заменяться так часто, экономя время и деньги.

Тепловое управление в светодиодах

Рисунок 7: Тепловое управление в светодиодах

Правильное управление тепла очень полезно для того, насколько хорошо работают светодиоды и как долго они длится.Когда используются светодиоды, они производят тепло.Если это тепло не управляется хорошо, оно может быстро повредить светодиоды, что делает их менее эффективными и сокращая свою жизнь.

Основной частью управления светодиодным теплом является радиатор.Граативные раковины помогают, впитывая и распределяя тепло от соединения светодиодного чипа с платой, что делает его прохладным.Насколько хорошо работает радиатор, во многом зависит от того, из чего он сделан и его дизайн.

Материалы, такие как алюминий и медь, часто используются для радиаторов, потому что они могут эффективно отодвинуть тепло.Кроме того, конструкция радиаторов обычно включает в себя такие функции, как плавники, которые увеличивают площадь поверхности, которая может высвобождать тепло.Эта большая площадь поверхности помогает радиатору распределить тепло от светодиода, сохраняя светодиодный холодильник и убедившись, что он хорошо работает в течение долгого времени.

Различия между светодиодным и традиционным освещением

Светодиоды предлагают несколько преимуществ по сравнению с традиционным освещением накаливания и CFL (компактная флуоресцентная лампа), особенно в направлении света и цветовой диапазон:

• Направленное освещение: светодиоды испускают свет в определенном направлении, идеально подходит для целевых потребностей в освещении, таких как лампы для чтения или прожекторы.Напротив, лампы накаливания и лампы КЛЛ излучают свет и тепло во всех направлениях, часто требующих отражателей или оттенков, чтобы сосредоточить свет, что приводит к потерь энергии.

• Варианты цвета: светодиоды обеспечивают широкий спектр цветов, в том числе янтарь, красный, зеленый и синий.Белый свет может быть создан путем смешивания различных цветных светодиодов (например, красного, зеленого и синего) или с использованием светодиодов с покрытием фосфора, которые излучают белый свет, когда синий или ультрафиолетовый свет проходит через фосфор.Эта широкая цветовая ассортимента позволяет светодиодам удовлетворять различные потребности в освещении, от теплого, уютного освещения до яркого, похожая на дневное освещение.

Как работают светодиоды?

Рисунок 8: Структура светодиода

Светодиоды (световые диоды) работают как диоды, и выделяют свет, когда они предвзяты вперед.В этой установке отрицательная сторона (катод) подключена к отрицательному терминалу источника питания, а положительная сторона (анод) подключена к положительному терминалу.Это расположение позволяет электронам от N-региона набирать энергию и двигаться к P-региону.Когда эти электроны пересекают соединение и встречают отверстия в P-регионе, они выделяют энергию как свет.

Цвет света, который излучает светодиод, зависит от используемых полупроводниковых материалов.Например, арсенид галлия производит инфракрасный свет, в то время как фосфид галлия может производить зеленый или красный свет.Эти различия в цвете исходят от различных уровней энергии материалов, которые определяют длину волны выделенного света.

Светодиод построен с свинцовой рамой, часто называемой наковальней, которая подключена к катодному терминалу.Эта кадр содержит полупроводниковый материал.P-регион полупроводника помещается вблизи поверхности, чтобы убедиться, что больше света выходит из светодиода, а не ловит внутри.Этот дизайн помогает повысить яркость и эффективность светодиода.

Заключение

Светодиоды имеют много преимуществ по сравнению с традиционными огнями.Они используют меньше энергии, длится дольше и обеспечивают лучшее качество света.Светодиоды работают, перемещая электроны через полупроводник, непосредственно превращая электрическую энергию в свет с очень небольшим количеством тепла.Они могут производить разные цвета на основе используемых материалов, а различные конструкции типа лампы и светодиодов типа чипа делают их еще более полезными.По мере того, как технология улучшается, светодиоды продолжают становиться лучше, предлагая больше преимуществ и используются большим количеством способов.Понимая, как работают светодиоды и их преимущества, ясно, почему они становятся предпочтительным выбором для освещения в наших домах, офисах и за ее пределами.

Часто задаваемые вопросы [FAQ]

1. Как работает светодиодный дисплей?

Светодиодный дисплей работает с использованием множества небольших огней, называемых светодиодами (светодиоды).Эти крошечные огни светятся разными цветами, чтобы создать изображения и текст.Электронные схемы управляют этими огнями, быстро включив и выключая их, чтобы показать желаемые изображения и узоры.

2. Для чего используются светодиоды в двух основных вещах?

Светодиоды в основном используются для освещения и дисплеев.Для освещения они предлагают яркий и энергосберегающий свет для домов, улиц и транспортных средств.Для дисплеев они используются на экранах для телевизоров, компьютеров и рекламных щитов.

3. Каков принцип светодиода и его работы?

Принцип светодиода основан на процессе, называемом электролюминесценцией.Когда электрический ток протекает через материал светодиода, он испускает свет.Это происходит потому, что электрическая энергия заставляет электроны объединяться с другими частицами, выпуская энергию как свет.

4. Почему светодиоды важны?

Светодиоды имеют значение, потому что они экономят энергию, длится долго и хороши для окружающей среды.Они используют меньше электричества, чем традиционные огни, и имеют гораздо более длительную жизнь, поэтому их не нужно заменяться так часто.

5. Каковы преимущества светодиодов?

Преимущества светодиодов включают в себя использование меньшего количества энергии, более длительное срок службы, более долговечные, меньше по размеру и быстрее включение и выключение.Они также производят меньше тепла и бывают разных цветов, что делает их полезными для разных целей.