LED on pooljuhtseade, mis muundab elektrivoolu otse valguse kiirguseks. LED koosneb substraadil olevast pooljuhtkiibist (kiibist), kontakttappidega korpusest ja optilisest süsteemist. Pooljuhtkristallide kiiratav valgus siseneb miniatuursesse optilisse süsteemi, mis koosneb reflektorist ja läbipaistvast LED-korpusest. Muutes reflektori ja läätsede konfiguratsiooni, saavutavad nad vajaliku kiirguse suunavuse: LEDid on nii kitsad kui ka laiasuunalised.
Miks LED põleb?
LED-kristall, nagu tavalised dioodid, koosneb kahte tüüpi pooljuhtidest - elektroonilise (n-tüüpi) ja ava (p-tüüpi) juhtivusega.Eri tüüpi pooljuhtide piiril on energiabarjäär ("ribavahe"), mis hoiab ära p-n ristmike tekkimise. Elektrivälja mõjul toimub rekombinatsioonelektron-auk paar valguse kvantkiirgusega. Kuid mitte iga pn ristmik ei kiirga valgust. Selleks peavad olema täidetud 2 tingimust: esiteks, ribalaius LED-i aktiivses piirkonnas peaks olema lähedane nähtava valguse kvantide energiale ja teiseks peaks elektronide-aukipaaride rekombineerimise ajal esineva kiirguse tõenäosus olema kõrge, mille jaoks pooljuhtkristall peab sisaldama vähe defekte, mille tõttu rekombinatsioon toimub ilma kiirguseta. Praktikas ei piisa kristallide ühest pn-ristmikust mõlema tingimuse täitmiseks ja seetõttu on vaja valmistada mitmekihilisi pooljuhtstruktuure (“heterostruktuurid”). Selliste heterostruktuuride uurimise eest sai Vene füüsik akadeemik Zhores Alferov 2000. aasta Nobeli preemia.
LED-i värv sõltub ribavahemikust, milles elektron-auk paarid rekombineeruvad, st pooljuhi materjalist ja lisanditest. Just sellega seostati siniste LEDide hilise ilmumisega.
LED-i heledus sõltub seda läbivat voolu. Mida suurem on vool, seda rohkem elektrone ja auke siseneb rekombinatsioonitsooni ajaühiku kohta. Kuid voolu ei saa lõputult suurendada. Pooljuhi ja pn-ristmiku sisemise takistuse tõttu kuumeneb diood üle ja ebaõnnestub.
Eraldi tuleks öelda valgete LEDide kohta. Nagu teate, puhast valget valgust looduses ei eksisteeri ja see, mida me valgeks valguseks nimetame, on tegelikult rohelise, sinise ja punase kombinatsioon. Kuna LED-kristall kiirgab puhast valgust, ei saa see valget värvi eraldada. Seetõttu peavad tootjad valge valguse saamiseks kasutama mõnda trikki. LED-ilt valge valguse saamiseks on kaks võimalust:
- värvide segamine RGB-tehnoloogia abil, kui 3 kristalli asuvad LED-i sees üksteise lähedal: punane, roheline ja sinine. Kõigi 3x ühe eredusega üheaegne helendamine annab väljundis valge tule. Üksikute värvide heleduse reguleerimisega saate soovitud valge tooni. Seda meetodit kasutatakse tavaliselt LED-ekraanide valmistamisel.
- Katke fosforkihtidega sinine või ultraviolettvalgusdiood.
LED-i omadused
- Nõuetekohase soojuseralduse korral soojeneb LED pisut;
- lED kiirgab spektri kitsas osas valgust, mis muudab selle värvi selgeks, ning UV- ja IR-kiirgus reeglina puudub.
- LEDis pole habrasid klaasielemente. See on mehaaniliselt tugev ja usaldusväärne ning selle kasutusiga võib ulatuda 100 000 tunnini, mis on peaaegu 100 korda pikem kui hõõglamp ja 5-10 korda pikem kui luminofoorlamp.
- LED on madalpinge elektriseade, mis tähendab, et see on ohutu.
Kasvav huvi LEDide vastu kasvab iga päevaga ja see juhtub palju kiiremini kui nende rakendusala. Kuid tundub, et tarbijad ja tootjad, ostjad ja müüjad ei mõista selle valdkonna suundumusi. Ja ainult disainerite julged otsused kasutavad LED-ide potentsiaali täielikult ära.
Aeg on möödas, kui LED-idega tegelesid ainult teadlased. Nüüd teavad selle toote kohta isegi koolilapsed. LED-i iseloomustab see, et see kiirgab valgust, mis erineb selle omaduste ja väljavaadete poolest selle rakendusalas. Tutvustage aktiivselt LED-e sisekujunduses ja valgustuse kujundamisel.
Sellise arengu nagu LED-ide täielikuks kujutlemiseks peate välja mõtlema, mis on LED, välja selgitama selle puudused ja positiivsed küljed.
Mis on LED?
LED on pooljuhtidest koosnev seade. See on ette nähtud elektrivoolu töötlemiseks valguskiirguseks, see tähendab spektri nähtava osa elektromagnetiliseks kiirguseks. Nime osas tähendab lühend “LEG” tähist “Light Emitting Diode” ja tähendab sama “LED”.
Millest koosneb LED?
LED koosneb optilise süsteemiga pooljuhtkiibist ja kontakttihvtist. Kogu see lihtne disain on juhtum. Kaasaegsed LED-id ei ole üldse sarnased nendega, mida varem kasutati ainult näitamiseks.
Valgusdioodide peamised eelised
LED muudab elektrivoolu peaaegu kiirguseta kiirguskiirguseks, mille tagajärjel on LED-i efektiivsus üsna kõrge.
Loodud LED-valgus on disainerite seisukohast puhtam.
Võrreldes teiste lampidega on LED-i tööiga palju pikem.
LED-disain on tugev ja usaldusväärne.
LED-id ei vaja töötamiseks kõrgepinget, mis tähendab, et need on ohutud.
Valge valguse saamine LED-i abil.
lED - valge valguse saamine
Kolm viisi valge valguse saamiseks LED-i abil.
1. Kasutades RGB tehnoloogiat (lühend tähistab “RED GREEN BLUE”), st segades kolme värvi - rohelist, sinist ja punast. Maatriksi lähedal asuvad juhuslikult paigutatud kolme värvi LED-id. Kasutades optilist süsteemi, segatakse need värvid omavahel.
2. Ultrahelivahemikus töötava LED-i pinnale kantakse kolme sama värvi fosforid - punane, roheline, sinine. Selle põhimõtte kohaselt sarnaneb töömeetod sel juhul luminofoorlambi toimimisega.
3. Sinist kiirgavat LED-i süttib kollakasroheline fosfor või punane-roheline. Pärast värvide segamist saadakse valge tuli.
Valgusdioodide optilised ja elektrilised omadused
LED-id on madalpingeseadmed. Kui kasutate seda seadet näidustuseks, piisab 2–4 volti pingest, mille voolu tugevus on kuni 50 mA. Kui kasutate valgustamiseks LED-e, siis vooluahelas vool kõigub mõnesajast mA-st ühe mA-ni pingel 2–4 volti. LED-moodulites on elektriahela LED-id ühendatud järjestikku, nagu vanik, ja nende tööks on vaja 12 või 24 volti pinget.
LED-id töötavad vooluahelas alalisvoolul, nii et ühendamisel on väga oluline jälgida selle polaarsust, vastasel juhul seade lihtsalt ei tööta või täielikult ebaõnnestub. Sageli märgivad tootjad LED-mooduli korpuses oma tööpinget. Vastavalt ühe dioodi reeglitele ei tohiks see ületada 5 volti.
LED-i heledus sõltub kiirgusmustrist ja valgusvoo aksiaalsest tugevusest. LED-ist kiirgav valgus on nurga all vahemikus 4–140 °, viimane sõltub LED-i disainist. Värviparameetrid määratakse värvi koordinaatide, valguse niinimetatud lainepikkuse ja värvitemperatuuri järgi. LED-i efektiivsus määratakse kindlaks valgusvoo ja sellele kulutatud energia suhtega.
Miks ma pean LEDide voolu stabiliseerima?
Nagu teate, on tööahelas voolu tugevus võrdeline pingega, see tähendab, et iga pinge muutus põhjustab voolu suurenemist. Lubatud voolu väärtuste ületamisel on võimalik LED-ide eluiga lühendada või need täielikult välja lülitada. Samuti kõigub ebastabiilse voolu korral LED-i heledus pidevalt.
Kas LED-de heleduse reguleerimine on vastuvõetav?
Valgusdioodide heledust saate reguleerida, kuid ühe märkusega. Heleduse reguleerimine on võimalik impulsi laiuse modulatsiooni meetodil, kuid mitte mingil juhul pinget vähendades. Impulsi laiuse modulatsiooni saab saavutada PWM-juhtseadme abil (sageli ühendatakse see seade värvihalduse koguja ja toiteallikaga). Meetod seisneb ahelas konstantse voolu asemel impulssmoduleeritud voolu loomises ja hõõglause heledus sõltub vooluimpulsside laiusest ja sagedusest. Nüüd saab LED-i heledust reguleerida. LED-i värvitemperatuuri saate muuta ka hämardamise meetodi abil.
Mis määrab LED-i eluea
Usutakse, et LED-id on vastupidavad. Kuid see pole päris õige arvamus. Valgusdioodide kasutamise tähtaeg sõltub nende kuumutamisest ja see sõltub otseselt sellest, kui palju voolu läbi nende voolab. Sellest järeldub, et suurema võimsusega LED-id kestavad vähem kui väiksema võimsusega LEDid. Keskmiselt on suure võimsusega LED-ide eluiga 20 tuhat tundi kuni 50. Kui LED-i heledus väheneb, on see märk vananemisest. Kui heledus väheneb vähemalt 30%, peaksite vahetama LEDi uue vastu.
Kas LED-id on nägemisele kahjulikud?
Oma omaduste poolest on LED-i kiirgav valgus väga sarnane luminofoorlambi valguse omadustele. See tähendab, et LED-kiirgus sarnaneb monokromaatilise valgusega, mis on peamine erinevus päikesevalgusest või hõõglambist. Praegu pole selles valdkonnas põhjalikke uuringuid, seetõttu on raske öelda, kas see on hea või halb. Samuti pole andmeid LED-ide poolt kiirgava valguse ohtude kohta.
Kus on kõige kasulikum kasutada LED-valgustust
Valdkond, kus LED-e kasutatakse, on üsna ulatuslik. Neid saab kasutada peaaegu kõikjal, võite välistada ainult tootmishooned, kus neid lubatakse kasutada turvavalgustina.
Disainerid kasutavad oma puhta värvi tõttu oma disainilahendustes laialdaselt LED-e. Samuti on LED-valgustus hädavajalik elektrienergia kokkuhoiu tingimustes või kõrgetele elektriohutusnõuetele.
LED-rakendused ja funktsioonid
LED-id leiutati esmakordselt 20. sajandi 60. aastatel. Kuid masstootmine ja nende kasutamine peamise valguse allikana oli üsna piiratud, kuna nende tootmine nõudis üsna palju raha ning valge ja sinine värv puudus. Nende tegurite tõttu oli valgusdioodide kasutamine piiratud. Neid kasutati peamiselt liikluse juhtimiseks, meditsiiniseadmetes ja teabe edastamiseks kiudoptilistes süsteemides.
Alles 90-ndate aastate keskel hakkasid ilmuma ülikerged LED-id, 2000ndate alguses - sinine ja valge. Järk-järgult vähenes LED-de hind, mis pälvis tootjate ja sponsorite tähelepanu sellele valgusallikale. Pärast seda on LEDide kasutamise piirkond märkimisväärselt laienenud. Alguses kasutati neid majapidamise elektroonikaseadmete indikaatoritena ja vedelkristallekraanide taustvalgustina. Pärast seda, kui põhivärvide abil oli võimalik saada mis tahes varjundeid, hakati LED-ide abil kujundama kuvasid, mis võimaldavad kuvada animatsiooni ja täisvärvilist graafikat.
Madala energiatarbe tõttu on LEG-tehnoloogiad kõige optimaalsem materjal dekoratiivvalgustuseks. Erinevalt luminofoorlampidest on LED-ide eluiga palju pikem, umbes 6-8 korda. Kokkupanemise lihtsus ja vandaalivastased omadused muudavad LED-id teiste kunstlike allikate kõrval konkurentsivõimeliseks.
LED või valgusdiood (LED, LED, LED inglise keelest “ Valgusdiood”), On elektronjuhtme üleminekuga (pn-ristmikul) või metalljuhi kontaktiga pooljuhtseade, mis tekitab optilist kiirgust, kui elektrivool läbib seda edasisuunas. LED-kristall loob optilise kiirguse üsna kitsas spektris. Selle spektraalsed omadused sõltuvad peamiselt selle valmistamisel kasutatavate pooljuhtide keemilisest koostisest. Teisisõnu, LED-kristall kiirgab konkreetset värvi (kui me räägime LED-idest nähtavuses), vastupidiselt lambile, mis kiirgab laiemat spektrit ja kus konkreetne värv varjutatakse välise filtri abil.
Lugu
Elektroluminestsentsi avastas ja kirjeldas esmakordselt 1907. aastal teadlane Henry Joseph Round, kes avastas selle metalli ja ränikarbiidi paaris (carborundum, SiC) voolu läbipääsu uurides ning märkis katoodil kollast, rohelist ja oranži sära.
Neid katseid kordas hiljem, sõltumata voorust, 1923. aastal O. V. Losev, kes leidis karborundium-terastraadi paarist puhastavat kontakti katsetades kahe erineva materjali - pooljuhtide ülemineku elektroluminestsentsi - tollal kontseptsioonide nõrga kuma. "Pooljuhtide ristmikku" polnud veel olemas). See tähelepanek avaldati, kuid siis ei saadud selle vaatluse olulisusest aru ja seetõttu pole seda uuritud mitu aastakümmet.
Tõenäoliselt tegi nähtava spektri esimene valguskiirgust pakkuv valgusdiood 1962. aastal Illinoisi ülikoolis (USA) Nick Holonyaki juhitud meeskonna poolt.
Kaudse piluga pooljuhtidest (nt räni, germaanium või ränikarbiid) valmistatud dioodid praktiliselt ei eralda valgust. Seoses räni tehnoloogia arenguga on aga käimas räni baasil LED-ide loomine. Ränikarbiidil põhinev Nõukogude kollane KL 101 LED toodeti tagasi 70ndatel, kuid selle heledus oli väga madal. Viimasel ajal on kvantpunktide ja fotooniliste kristallide tehnoloogiaga seostatud suuri lootusi.
Mis vahe on?
Valguskiirguse LED-tehnoloogia erineb radikaalselt tavapärasest valgusallikate, näiteks hõõglampide, luminofoorlampide ja kõrgsurvelahenduslampide luminestsentstehnoloogiast. Valgusdioodil pole gaasi ega hõõgniiti, sellel pole habras klaasipirn ja potentsiaalselt ebausaldusväärsed liikuvad osad.
Peamine erinevus LED-valgusallikate ja traditsiooniliste vahel on see, et LED-id kasutavad täiesti erinevat valguse genereerimise põhimõtet ja kasutavad täiesti erinevaid materjale. Vähem ilmne erinevus on see, et LED-valgustides kustutatakse piir lampi ja valgusti vahel. LED-valgustustehnoloogias on “lambid”, mis on LED-id, “lambist” lahutamatud, nimelt: korpused, elektroonika ja läätsed.
LED-i omadused
Valgusdioodide voolu-pinge karakteristik edasisuunas on mittelineaarne. Diood hakkab voolu juhtima, alustades teatud lävipingest. See pinge võimaldab teil täpselt kindlaks määrata pooljuhi materjali.
Kaasaegsetel ülikergetel LED-del on vähem väljendunud pooljuhtivus kui tavalistel dioodidel. Toiteahelas esinevad kõrgsageduslikud kortsud (nn nõelad) ja vastupidised pingepinged põhjustavad kristalli kiirendatud lagunemist. Lagunemiskiirus sõltub ka toitevoolust (mittelineaarne) ja kristalli temperatuurist (mittelineaarne).
Maksumus
Kaasaskantavates prožektorites ja auto esilaternates kasutatavate suure võimsusega LED-ide hind on praegu üsna kõrge - umbes 8-10 dollarit või rohkem. Reeglina kasutatakse väikestes taskulampides ja majapidamislampides mitut tosinat mitte liiga võimsat LED-i.
2011. aasta alguseks vähenesid suure võimsusega (1 W või enam) LED-ide kulud ja need algavad 0,9 dollarist. Raskeveokite hind (10W või rohkem P7 ja CREE M-CE 15-20 $ CREE XM-L 10W 1000Lm) on umbes 10 dollarit.
Kasu
Võrreldes teiste elektriliste valgusallikatega (elektrienergia muundurid nähtava ulatuse elektromagnetiliseks kiirguseks) on LEDidel järgmised erinevused:
Suur valguse võimsus. Kaasaegsed LED-id on selles parameetris võrdsed naatriumgaaslahenduslampide ja metallhalogeniidlampidega, ulatudes 150 luumenini vatti kohta;
Kõrge mehaaniline tugevusvibratsioonikindlus (hõõgniidi ja muude tundlike komponentide puudumine);
Pikk kasutusiga - 30 000 kuni 100 000 tundi (kui töötada 8 tundi päevas - 34 aastat). Kuid see pole lõpmatu - pikaajalise töö ja / või halva jahutamise korral kristall “mürgitatakse” ja heledus väheneb järk-järgult;
Kaasaegsete LED-de valik on erinev - soojast valgest (2700 K) kuni külma valgeni (6500 K);
Madal inertsus - lülitatakse sisse kohe täieliku heledusega, elavhõbe-fosforlampide (ökonoomse luminofoorlampide) puhul on sisselülitusaeg 1 sekund kuni 1 minut ja heledus suureneb 30–100% -ni 3–10 minutiga, sõltuvalt ümbritseva õhu temperatuurist keskkond;
Sisse-välja tsüklite arv ei mõjuta LED-ide eluiga märkimisväärselt (erinevalt traditsioonilistest valgusallikatest - hõõguvad, gaasilahenduslambid);
Erinev kiirgusnurk - 15 kuni 180 kraadi;
Odavad LED-idkuid valgustuses kasutamisel on see suhteliselt kõrge, mis väheneb koos tootmise ja müügi suurenemisega (mastaabisääst);
Ohutus - pole vaja kõrgepinget;
Tundlik madala ja väga madala temperatuuri suhtes. Kuid kõrged temperatuurid on LED-del, nagu ka kõigil pooljuhtidel, vastunäidustatud;
Keskkonnasõbralikkus - elavhõbeda, fosfori ja ultraviolettkiirguse puudumine, vastupidiselt päevavalguslampidele.
LED-rakendus
Tänava-, tööstus-, koduvalgustus (sh LED-riba);
Indikaatoritena - nii üksikute LED-ide kujul (näiteks toitenäidik armatuurlaual) kui ka digitaalse või tähtnumbrilise kuva kujul (näiteks numbrid kellal);
Suurte tänavaekraanide, jooksvate ridade jaoks kasutatakse LED-ide massiivi. Selliseid massiive nimetatakse sageli LED-klastriteks või lihtsalt klastriteks;
Optilistes ühendites;
Võimsaid LED-e kasutatakse valgusallikatena tuledes ja valgusfoorides;
LED-e kasutatakse moduleeritud optilise kiirguse allikana (signaali edastamine optilise kiu kaudu, puldid, Internet);
LCD ekraanide taustvalgustuses (mobiiltelefonid, monitorid, telerid jne);
Mängudes, mänguasjades, ikoonides, USB-seadmetes ja muudes;
LED-liiklusmärkides;
Painduvates PVC valguskaablites Duralight.
Kui pärast selle artikli lugemist on teil endiselt küsimusi LED-seadmete kohta, aitame teil hea meelega valida teile sobiva lambi!