Co jsou LED diody a jak fungují?

LED diody nebo diody emitující světlo změnily způsob, jakým přemýšlíme o osvětlení, protože šetří energii, vydrží déle a lze je používat mnoha různými způsoby.Na rozdíl od staromódních žárovek, které vytvářejí světlo zahříváním drátu, LED vytvářejí světlo pohybem elektrického proudu prostřednictvím speciálního materiálu zvaného polovodič.Tento způsob rozsvícení používá mnohem méně energie a není tak horký.Kvůli těmto výhodám se LED diody používají pro vše od malých světel v gadgetech až po velké osvětlovací systémy v budovách.Přicházejí v různých typech a barvách, z nichž každá je vhodná pro různá použití.Naučit se, jak fungují LED diody a proč jsou lepší než tradiční světla, nám pomáhá vidět, proč se dnes stávají tak populárními.

Katalog

Obrázek 1: LED diody nebo diody emitující světlo

Definice a základní provoz

LED diody nebo diody emitující světlo jsou zařízení, která emitují světlo, když je prochází elektrický proud.Každá LED je složena ze dvou materiálů: typu p s mnoha otvory (nosiče pozitivního náboje) a typ N s mnoha elektrony (nosiče negativního náboje).Když je aplikováno dopředné napětí, elektrony z oblasti typu N-typu získávají energii a pohybují se směrem k oblasti typu P.Na křižovatce P-N vyplňují elektrony otvory a uvolňují energii jako světlo.

Na rozdíl od tradičních světelných zdrojů, jako jsou žárovky, které přeměňují elektrickou energii na teplo a poté světlo, LED diody převádí elektrickou energii přímo na světlo.Tento proces je mnohem efektivnější, produkuje méně tepla a využívá méně energie.V důsledku toho jsou LED preferovány pro jejich energetickou účinnost a dlouhou životnost, které vyžadují méně časté náhrady a nabízejí robustnější výkon.

Typy LED

LED diody typu lampy (olovo)

Obrázek 2: LED diody lampy (olovo)

LED diody typu lampy (olovo) jsou základní typ diod emitujících světla (LED) s kovovými nohami, nazývanými také vodiče, které spojují LED k elektrickému obvodu.Tyto LED diody jsou obvykle pokryty malou barevnou plastovou žárovkou.Tato žárovka má několik funkcí.Rozprostírá světlo rovnoměrněji, takže nesvítí pouze jedním směrem.Chrání také malé části uvnitř LED před poškozením a udržuje prach a vlhkost.

Vedoucí LED diody mají jednoduchý design, díky kterému jsou velmi užitečné a snadno použitelné v mnoha elektronických projektech.Kvůli tomuto přímému designu se často používají jako indikátorová světla, aby ukázaly, zda je zařízení zapnuto nebo vypnuto.Najdete je také na digitálních displejích, jako jsou ty na kalkulačkách a hodinách, kde pomáhají ukázat čísla a další informace.

Pro dekorativní osvětlení jsou olověné LED oblíbené, protože se snadno nastaví a lze je použít k vytvoření mnoha různých vzorů osvětlení.Kovové nohy usnadňují jejich připojení k debkám obvodů nebo je spojí pomocí chlebných desek pro testování.Díky tomu jsou populární u fandů i profesionálních inženýrů.Přicházejí v mnoha barvách a velikostech a zvyšují jejich užitečnost v kreativních a praktických nastaveních osvětlení.

LED diody typu čipu (povrchová montáž)

Obrázek 3: LED diody typu čipu (Mount Surface)

LED diody typu čipu (povrchová montáž) jsou moderním vylepšením technologie LED, které jsou připevněny přímo na desky s obvody (PCB).Jsou mnohem menší a efektivnější než tradiční LED diody typu lampy, takže jsou ideální pro malá elektronická zařízení, jako jsou chytré telefony, tablety a LED televizory.

Hlavní výhodou LED diodů typu čipu je jejich malá velikost a účinnost.Protože jsou kompaktní, mohou být umístěny blízko sebe na PCB.To umožňuje vytvoření složitých elektronických návrhů, které dělají mnoho různých věcí.Toto blízké umístění je velmi užitečné pro moderní zařízení, která potřebují dobře fungovat v malém prostoru.LED diody typu čipu také lépe využívají energii.Proměňují více elektřiny na světlo s menším teplem, což je vydrží déle a využívají méně energie.To je zvláště užitečné v zařízeních, která běží na bateriích, kde je úspora energie velmi důležitá.

Technologie povrchového montáž (SMT) používaná pro LED diody typu čipu umožňuje strojům umístit je rychle a přesně na desky s obvody.Tím se zrychluje výrobní proces a snižuje výrobní náklady.Tato metoda také zajišťuje, že LED jsou umístěny konzistentně a spolehlivě, což je důležité pro to, aby zařízení správně fungovaly a vydržely dlouho.

Oba typy LED pracují na stejném základním principu: produkující světlo, když elektrický proud prochází speciálním materiálem uvnitř nich.Volba mezi typem lampy a LED diody typu čipu závisí na požadavcích na projekt, jako je velikost, účinnost a snadnost integrace.

Vlnová délka a barva

Barva LED je určena materiály použitými k tomu, aby se z něj stala, které emitují různé barvy světla, když je protéká elektřina.Barva LED ovlivňují dva hlavní faktory:

Vlnová délka vrcholu (λp)

Obrázek 4: Graf ukazující pík vlnovou délku (λp) LED

Vlnová délka maxima (λp) je vlnová délka, při které LED emituje nejvíce světla.Například červená LED obvykle svítí nejjasnější při přibližně 630 nanometrech.To znamená, že LED produkuje své nejsilnější červené světlo na této vlnové délce. Vědění o vlnové délce píku je velmi užitečná pro různé aplikace.Určuje barvu a jas LED světla.Abychom našli maximální vlnovou délku, změříme světelné spektrum LED a najdou bod, kde je světlo nejintenzivnější.Například v technologii obrazovky přesná vlnová délka špičky pomáhá vytvářet správné barvy.V rostlinných světel by měla maximální vlnová délka odpovídat vlnovým délkám, které rostliny absorbují nejlépe, aby jim pomohly lépe růst.

Vlnová délka píku také ovlivňuje to, jak se vyrábějí LED diody.Inženýři mohou změnit materiály a návrh LED k získání požadované maximální vlnové délky, takže LED bude lepší pro konkrétní použití.To zahrnuje výběr správných polovodičových materiálů, protože tyto materiály určují energii a vlnovou délku emitovaného světla.

Dominantní vlnová délka (λd)

Obrázek 5: Graf ukazující dominantní vlnovou délku (λd) LED

Dominantní vlnová délka (λd) je základní myšlenkou ve studii barvy, zejména když pochopí, jak lidské oči vidí světlo z LED a jiných světelných zdrojů.Dominantní vlnová délka je barva, kterou lidé vidí nejjasněji, když se dívají na světelný zdroj, i když je toto světlo tvořeno několika různými barvami.Na tomto měření záleží, protože lidská vidění kombinuje tyto více barev do jedné hlavní barvy, kterou vnímáme.Když LED emituje světlo, obvykle tak činí napříč řadou barev.Tyto jednotlivé barvy se mísí dohromady a dominantní vlnová délka je barva, která vyniká nejvíce pro lidské oko.Nalezení této barvy není vždy snadné, protože záleží na specifické směsi a síle různých barev.Tento proces zahrnuje podrobné výpočty, které zvažují, jak jsou citlivé lidské oči v různých částech světelného spektra.

K nalezení dominantní vlnové délky se zařízení nazývané spektrometr používá ke studiu světla z LED.Shromážděná data ukazují, jak silné je světlo v každé barvě.Tato informace je poté vynesena na diagramu chromatičnosti, což je graf, který představuje barvy založené na lidském vidění.Dominantní vlnová délka je nalezena nakreslením čáry z centrálního bílého bodu na diagramu souřadnicí zdroje světla a jejím rozšířením na okraj grafu.Bod, kde tato čára splňuje okraj, je dominantní vlnová délka.

Znalost dominantní vlnové délky je velmi užitečná v polích, kde je potřeba přesná barva, jako je například technologie displeje, design osvětlení a jakákoli oblast, kde je vyžadováno přesné sladění barev.Řízením dominantní vlnové délky mohou výrobci vytvářet LED diody, které vyzařují specifické barvy vhodné pro různé účely, jako je pomoc rostlinům lépe růst s určitými světly nebo produkovat jasné a realistické barvy na obrazovkách.

Vytváření bílého světla s LED

Obrázek 6: Dvě metody vytváření bílého světla s LED

Vytváření bílého světla s LED diodami zahrnuje dvě hlavní metody, z nichž každá má své vlastní výhody a použití.

Jedna metoda zahrnuje kombinaci LED červené, zelené a modré (RGB) LED.Pečlivým úpravou intenzity těchto tří primárních barev může být smícháno, aby se vytvořilo bílé světlo.Tato technika se běžně používá v zařízeních, která vyžadují přesné ovládání barev a přesné reprezentaci barev, jako jsou plně barevné LED displeje a dekorativní osvětlení.Ačkoli tato metoda nabízí vynikající kontrolu nad výstupem barev, je složitější a dražší ve srovnání s modrou LED s přístupem žlutého fosforu.Vyžaduje pokročilé ovládací obvody a kalibraci, aby se zajistilo, že se barvy správně mísí a vytvářejí bílé světlo.

Druhá metoda používá modrou LED spárovanou se žlutým fosforovým povlakem.Když je modrá LED zapnutá, vzrušuje žlutý fosfor, takže vydává žluté světlo.Kombinace zbývajícího modrého světla a emitovaného žlutého světla produkuje bílé světlo.Tato metoda je oblíbená, protože je jednoduchá a nákladově efektivní, takže je vhodná pro širokou škálu osvětlovacích aplikací.Může to však někdy vést k bílému světlu s mírným modrým nebo chladným odstínem, což nemusí být ideální pro každou situaci.

Každá metoda je vybrána na základě požadované rovnováhy mezi náklady, složitostí a kvalitou barev.Metoda RGB LED je vybrána pro aplikace, které vyžadují přesné barvy a vysoce kvalitní světelný výstup, zatímco modrá LED se žlutým fosforovou metodou je často preferována pro jeho jednoduchost a dostupnost.

Účinnost osvětlení LED

LED diody používají mnohem méně energie než tradiční žárovky, což šetří až 90% energie.Produkují světlo procházením elektrického proudu malým čipem a rozsvítí malé zdroje světla nazývané LED.Na rozdíl od žárovek, které produkují světlo zahříváním vlákna, dokud ne svítí, LED generují světlo s mnohem menší energií.

LED diody mají části nazývané chladiče, které pomáhají vypořádat se s teplem, které vytvářejí.Tato chladiče se zabírají a rozprostřejí teplo, aby udržovaly LED diody dobře.Dobrá správa tepla způsobuje, že LED diody vydrží déle a udržuje je jasné.Pokud se teplo nezachází dobře, LED diody se mohou rychleji opotřebovat a stmívat.Jak dlouhé LED diody vydrží a jak dobře fungují, závisí na tom, jak dobře jsou a jak dobře fungují jejich chladiče.

Životnost a degradace

Životnost a rozpad jsou hlavními body v porozumění výkonu LED (dioda emitující světlo).Na rozdíl od pravidelných žárovek, které obvykle najednou vyhoří, se LED diody v průběhu času pomalu stmívají.Tento proces pomalého stmívání se nazývá odpisy lumen.

Odpisy lumenu dochází, protože materiály uvnitř opotřebení LED, což způsobuje, že produkuje méně světla.Obvykle měříme život LED podle bodu, kdy její jas klesl na 70% své původní úrovně.Například, pokud LED začíná na 1000 lumenů, její užitečná životnost se zvažuje, když její jas klesne na 700 lumenů.

Několik věcí může způsobit odpisy LED v LED, jako je teplota, elektrický napětí a kvalita materiálů použitých k jejich výrobě.Vysoké teploty mohou zrychlit opotřebení z LED částí, což je zrychluje.Podobně může elektrické napětí, stejně jako příliš mnoho proudu nebo napětí, zkrátit život LED tím, že způsobí další poškození jeho vnitřních částí.

Kvalita materiálů použitých k výrobě LED diody také výrazně ovlivňuje, jak dlouho vydrží.LED diody vyrobené z lepších materiálů a metod konstrukce mají tendenci vydržet déle a šířit pomaleji.Na druhé straně se LED diody s nižší kvalitou mohou rychle zakrývat a mít kratší životnost.

Odpisy Lumen se stane, když LED diody v průběhu času ztratí jas.To může být způsobeno několika hlavními faktory:

• Nadměrné teplo může poškodit vnitřní části LED.Tepelné dřezy pomáhají řídit toto teplo, ale pokud nefungují dobře, mohou se LED části poškodit.

• Vysoké elektrické proudy a napětí mohou opotřebovat komponenty uvnitř LED.Toto opotřebení může být LED méně jasná.

• Materiály používané v LED, zejména bílých, se mohou časem degradovat.Toto rozdělení materiálu také vede ke ztrátě jasu.

• Podmínky prostředí, jako je vlhkost a prach, mohou ovlivnit LED diody.Vlhkost může způsobit, že díly na rezici nebo zkratu a prach může blokovat světlo nebo narušit provoz LED.

Aplikace LED

LED diody nebo diody emitující světlo hodně změnily průmysl osvětlení, protože jsou univerzální a efektivní.Mohou být použity mnoha způsoby, od běžných žárovek po vestavěné příslušenství.Jednou z hlavních výhod LED je jejich malá velikost, která umožňuje kreativní a inovativní návrhy osvětlení.Díky tomu jsou LED perfektní pro nahrazení tradičních žárovek a zabudování do vlastních příslušenství a poskytují dlouhodobé a energeticky úsporné roztoky osvětlení.

V hybridních řešeních osvětlení jsou LED kombinovány s tradičními návrhy osvětlení.Tyto systémy mají často vyměnitelné LED díly v rámci speciálně navržených příslušenství, což usnadňuje jejich údržbu a upgradování.Tato kombinace má nejlepší části starých i nových technologií osvětlení a zlepšuje celkový uživatelský zážitek.

LED diody lze použít na mnoha různých místech, od domácností po průmyslové nastavení.Jejich energetická účinnost je velkou výhodou, protože LED používají méně energie ve srovnání s tradičními světly.To znamená nižší účty za energii a menší dopad na životní prostředí.LED diody také vydrží déle, takže je nemusí být nahrazovány tak často, což šetří čas a peníze.

Tepelné řízení v LED

Obrázek 7: Termální správa v LED

Správné řízení tepla je velmi užitečné pro to, jak dobře fungují LED diody a jak dlouho vydrží.Když se používají LED diody, produkují teplo.Pokud toto teplo není zvládnuto dobře, může rychle poškodit LED diody, takže je méně efektivní a zkrátit jejich život.

Hlavní součástí správy LED tepla je chladič.Tepelné dřezy pomáhají nasáváním a rozprostřením tepla od spojení LED čipu s deskou obvodu, což je chladnější.Jak dobře funguje chladič, hodně závisí na tom, z čeho je vyroben a jeho designu.

Materiály jako hliník a měď se často používají pro chladiče, protože mohou efektivně odsouvat teplo.Konstrukce chladičů také obvykle zahrnuje funkce, jako jsou ploutve, které zvyšují povrchovou plochu, která může uvolňovat teplo.Tato větší povrchová plocha pomáhá chladicímu dřezu rozprostřel teplo z LED, udržoval chladič LED a zajistil, aby to dobře fungovalo po dlouhou dobu.

Rozdíly mezi LED a tradičním osvětlením

LED diody nabízejí několik výhod oproti tradičnímu žáru a osvětlení CFL (kompaktní fluorescenční lampa), zejména ve světle a rozsahu barev:

• Směrové osvětlení: LED diody emitují světlo specifickým směrem, ideální pro cílené potřeby osvětlení, jako je čtení lamp nebo reflektory.Naproti tomu žárovky a CFL žárovky emitují světlo a teplo ve všech směrech, často vyžadují, aby reflektory nebo odstíny zaostřily světlo, což vede k plýtvání energií.

• Barevné možnosti: LED diody poskytují širokou škálu barev, včetně jantaru, červené, zelené a modré.Bílé světlo lze vytvořit smícháním různých barevných LED (např. Červených, zelených a modré) nebo pomocí fosforově potažených LED, které emitují bílé světlo, když modré nebo ultrafialové světlo prochází fosforem.Tento široký rozsah barev umožňuje LEDS uspokojit různé potřeby osvětlení, od teplého, útulného osvětlení až po jasné osvětlení podobné dennímu světlu.

Jak LED fungují?

Obrázek 8: Struktura LED

LED diody (diody emitující světlo) fungují jako diody a vydávají světlo, když jsou vpřed zkreslené.V tomto nastavení je negativní strana (katoda) spojena s negativním terminálem zdroje energie a pozitivní strana (anoda) je spojena s kladným terminálem.Toto uspořádání umožňuje elektrony z n-regionu získávat energii a pohybovat se směrem k p-regionu.Když tyto elektrony procházejí křižovatkou a setkávají se s otvory v regionu P, uvolňují energii jako světlo.

Barva světla Emise LED závisí na použitých polovodičových materiálech.Například arzenid Gallium produkuje infračervené světlo, zatímco gallium fosfid může produkovat zelené nebo červené světlo.Tyto rozdíly v barvě pocházejí z různých energetických hladin materiálů, které rozhodují o vlnové délce světla.

LED je postavena s olověným rámem, často nazývaným kovadlinou, která je spojena s katodovým terminálem.Tento rám drží polovodičový materiál.P-region polovodiče je umístěn poblíž povrchu, aby se ujistil, že z LED vychází více světla místo toho, aby byl uvězněn uvnitř.Tento design pomáhá zvýšit jas a účinnost LED.

Závěr

LED diody mají mnoho výhod oproti tradičním světelům.Využívají méně energie, vydrží déle a poskytují lepší kvalitu světla.LED diody se pohybují elektrony přes polovodič a přímo přeměňují elektrickou energii na světlo s velmi malým teplem.Mohou produkovat různé barvy na základě použitých materiálů a různé vzory typu lampy a LED typu čipu je ještě užitečnější.Jak se technologie zlepšuje, LED diody se stále zlepšují a nabízejí více výhod a více využívají.Pochopením toho, jak LED diody fungují a jejich výhody, je jasné, proč se stávají preferovanou volbou pro osvětlení v našich domovech, kancelářích a dále.

Často kladené otázky [FAQ]

1. Jak funguje LED displej?

LED displej funguje pomocí mnoha malých světel nazývaných diody emitující světlo (LED).Tato malá světla září v různých barvách a vytvářejí obrázky a text.Elektronické obvody řídí tato světla a rychle je zapnou a vypnou, aby ukázaly požadované obrázky a vzory.

2. Na co se používají dvě hlavní věci LED?

LED diody se používají hlavně pro osvětlení a displeje.Pro osvětlení nabízejí světlé a energeticky úsporné světlo pro domy, ulice a vozidla.Pro displeje se používají na obrazovkách pro televizory, počítače a billboardy.

3. Jaký je princip LED a její práce?

Princip LED je založen na procesu zvaném elektroluminiscence.Když elektrický proud protéká materiálem LED, vydá světlo.K tomu dochází proto, že elektrická energie způsobuje, že se elektrony spojí s jinými částicemi a uvolňují energii jako světlo.

4. Proč jsou LED důležité?

LED diody záleží, protože šetří energii, trvají dlouho a jsou dobré pro životní prostředí.Využívají méně elektřiny než tradiční světla a mají mnohem delší životnost, takže je nemusí být nahrazovány tak často.

5. Jaké jsou výhody LED?

Mezi výhody LED diody patří použití méně energie, mít delší životnost, být odolnější, menší velikost a rychleji zapnutí a vypnutí.Produkují také méně tepla a přicházejí v mnoha barvách, takže jsou užitečné pro různé účely.