A LED egy félvezető eszköz, amely az elektromos áramot közvetlenül fénysugárzásra alakítja. A LED félvezető chipből (chipből) áll egy hordozón, házból, érintkező csapokkal, és egy optikai rendszerből. A félvezető kristály által kibocsátott fény belép a miniatűr optikai rendszerbe, amely reflektorból és átlátszó LED-házból áll. A reflektor és a lencsék konfigurációjának megváltoztatásával elérik a sugárzás szükséges irányítását: a LED-ek keskeny és széles irányúak.
Miért világít a LED?
A LED-kristály, a hagyományos diódákhoz hasonlóan, kétféle félvezetőből áll - elektronikus (n-típusú) és lyuk (p-típusú) vezetőképességgel.A különféle típusú félvezetők határán van egy energiagát ("sávrés"), amely megakadályozza a p-n kereszteződéseket. Elektromos mező hatására rekombináció történikelektron-lyuk pár egy fénykvantum sugárzásával. Nem minden pn-csomópont fényt bocsát ki. Ehhez 2 feltételnek kell teljesülnie: egyrészt a LED aktív régiójának sávrésének a látható fény kvantáinak energiájához közel kell lennie, másrészt a sugárzás valószínűségének az elektron-lyukpárok rekombinációja során nagynak kell lennie, amelynek félvezető kristálynak tartalmaznia kell kevés hiba, amelyek miatt a rekombináció sugárzás nélkül történik. A gyakorlatban a kristályok egyetlen pn-csomópontja nem elegendő mindkét feltétel teljesítéséhez, ezért szükséges többrétegű félvezető szerkezetek („heterosztruktúrák”) előállítása. Az ilyen heterostruktúrák tanulmányozásáért Zhores Alferov orosz fizikus akadémikus kapta a 2000. évi Nobel-díjat.
A LED színe attól a sávréstől függ, amelyben az elektron-lyukpárokat rekombinálják, azaz a félvezető anyagától és az adalékanyagokatól. Ezzel társult a kék LED késői megjelenése.
A LED fényereje attól függ, hogy milyen áram alakul ki rajta. Minél nagyobb az áram, annál több elektron és lyuk lép fel egységnyi idő alatt a rekombinációs zónába. De az áram nem növelhető határozatlan ideig. A félvezető és a pn csatlakozás belső ellenállása miatt a dióda túlmeleged és meghibásodik.
Külön kell mondani a fehér LED-ekről. Mint tudod, a tiszta fehér fény nem létezik a természetben, és amit fehér fénynek hívunk, valójában a zöld, kék és piros kombinációja. Mivel a LED-kristály tiszta fényt bocsát ki, nem bocsáthat ki fehéreket. Ezért a fehér fény megszerzése érdekében a gyártóknak trükköket kell alkalmazniuk. Kétféle módon lehet fehér fényt szerezni a LED-sel:
- színkeverés RGB technológiával, amikor 3 kristály helyezkedik el egymáshoz közel a LED-en belül: piros, zöld és kék. A háromx egyidejű, azonos fényerősségű fénye fehér fényt ad a kimeneten. Az egyes színek fényerejének beállításával elérheti a kívánt fehér árnyalatot. Ezt a módszert általában a LED-képernyők gyártásánál használják.
- Vigyen be egy kék vagy ultraibolya LED-et foszforrétegekkel.
LED funkciók
- Megfelelő hőelvezetéssel a LED kicsit felmelegszik;
- a LED a spektrum keskeny részén fényt bocsát ki, amely színe tiszta, és az UV és IR sugárzás általában hiányzik.
- A LED-ben nincsenek törékeny üveg elemek. Mechanikailag erős és megbízható, élettartama elérheti a 100 000 órát, ami majdnem 100-szor hosszabb, mint egy izzólámpa, és 5-10-szer hosszabb, mint egy fénycső.
- A LED alacsony feszültségű elektromos készülék, ami azt jelenti, hogy biztonságos.
A LED-ek iránti növekvő érdeklődés minden nap növekszik, és ez sokkal gyorsabban megy végbe, mint alkalmazásuk terjedelme. De úgy tűnik, hogy a fogyasztók és a gyártók, a vásárlók és az eladók nem értik pontosan az e téren kialakult tendenciákat. És csak a tervezők merész döntései használják ki a LED-ek teljes potenciálját.
Az idő telt el, amikor csak a tudósok foglalkoztak a LED-ekkel. Most még az iskolások is tudnak erről a termékről. A LED-et az jellemzi, hogy olyan fényt bocsát ki, amely jellemzői és alkalmazási területe szempontjából eltérő. Aktív LED-ek bemutatása a belsőépítészetben és a világítás tervezésében.
Annak érdekében, hogy teljesen elképzelhessük egy ilyen fejlesztés, mint a LED-ek teljes értékét, kitalálnunk kell, mi a LED, meg kell találni annak hiányosságait és pozitív aspektusait.
Mi a LED?
A LED félvezetőkből álló eszköz. Úgy tervezték, hogy az elektromos áramot fénysugárzáská, azaz a spektrum látható részének elektromágneses sugárzássá történő feldolgozására alakítsák ki. A nevet illetően a „LEG” rövidítés a „fénykibocsátó dióda” kifejezésre utal, és ugyanazt a „LED” -t jelenti.
Miből áll a LED?
A LED egy félvezető chipből áll, optikai rendszerrel és egy érintkezővel. Mindez az egyszerű kialakítás a helyzet. A modern LED-ek egyáltalán nem hasonlítanak azokhoz, amelyeket korábban csak jelzésre használtak.
A LED-ek fő előnyei
A LED szinte hő nélkül az elektromos áramot fénysugárzássá alakítja, amelynek eredményeként a LED hatékonysága meglehetősen magas.
A generált LED-fény a tervezők szempontjából tisztább.
Más lámpákkal összehasonlítva a LED élettartama sokkal hosszabb.
A LED kivitele erős és megbízható.
A LED-ek működéséhez nem szükséges nagy feszültség, ami azt jelenti, hogy biztonságosak.
Fehér fényt kap egy LED-sel.
lED - fehér fényt kap
Háromféle módon kaphat fehér fényt a LED segítségével.
1. RGB technológia alkalmazásával (a rövidítés „Vörös ZÖLD KÉK” -re utal), vagyis három szín - zöld, kék és piros - keverésével. A mátrix közvetlen közelében véletlenszerűen elhelyezett három színű LED-ek vannak. Optikai rendszer alkalmazásával ezek a színek keverednek.
2. Az ultrahangos tartományban működő LED felületére három azonos színű fényforrás kerül felvitelre: piros, zöld, kék. Alapelve szerint a munka módja ebben az esetben hasonló a fénycső működéséhez.
3. Sárga-zöld foszfort vagy vörös-zöld fénnyel látják el a kék fényt kibocsátó LED-et. A színek keverése után fehér fényt kapunk.
A LED-ek optikai és elektromos jellemzői
A LED-ek alacsony feszültségű készülékek. Ha ezt az eszközt jelzésre használja, akkor 2-4 volt feszültség elég, legfeljebb 50 mA áramerősséggel. Ha LED-eket használ a világításhoz, akkor az áramkörben az áram néhány száz mA-ról egy mA-ra ingadozik 2-4 voltos feszültség mellett. A LED-modulokban a villamos áramkörben lévő LED-ek sorosan vannak kapcsolva, mint egy koszorú, és működésükhöz 12 vagy 24 voltos feszültségre van szükség.
A LED-ek egyenáramra működnek az áramkörben, így csatlakoztatáskor nagyon fontos figyelembe venni annak polaritását, különben a készülék egyszerűen nem fog működni vagy teljesen meghibásodik. A gyártók gyakran a LED modul házán jelzik működési feszültségüket. Az egy diódára vonatkozó szabályok szerint az nem haladhatja meg az 5 voltot.
A LED fényereje a sugárzási mintától és a fényáram tengelyirányú erősségétől függ. A LED-ből sugárzó fény 4 ° és 140 ° közötti szöget zár be, ez utóbbi a LED kivitelétől függ. A színparamétereket a szín koordinátái, az úgynevezett fényhullámhossz és a színhőmérséklet határozzák meg. A LED hatékonyságát a fényáram és az rá felhasznált energia aránya határozza meg.
Miért kell stabilizálnom a LED-ek áramerősségét?
Mint tudod, a munkakörben az áramszilárdság közvetlenül arányos a feszültséggel, azaz bármilyen feszültségváltozás az áram növekedéséhez vezet. A megengedett áramerősség túllépése esetén csökkenthető a LED-ek élettartama vagy teljesen letilthatók. Ezenkívül instabil áram esetén a LED fényereje folyamatosan ingadozik.
Elfogadható-e a LED-ek fényerejének beállítása?
A LED-ek fényerejét beállíthatja, de egy jegyzettel. A fényerő beállítása impulzusszélességű modulációs módszerrel lehetséges, de a feszültség csökkentése nélkül. Az impulzusszélesség-moduláció PWM vezérlőegységgel érhető el (gyakran ezt az egységet színkezelő kollektorral és tápegységgel kombinálják). Az eljárás során impulzusmodulált áramot állítunk elő állandó áram helyett az áramkörben, és az izzás fényereje az áramimpulzusok szélességétől és frekvenciájától függ. Most a LED fényereje beállítható. A LED színhőmérsékletét a tompítás módszerével is megváltoztathatja.
Mi határozza meg a LED élettartamát?
Úgy gondolják, hogy a LED-ek tartósak. De ez nem egészen a helyes vélemény. A LED-ek használatának időtartama a fűtéstől függ, és ez közvetlenül attól függ, hogy mekkora áram áramlik rajtuk keresztül. Ebből következik, hogy a nagyobb teljesítményű LED-ek kevesebbet fognak működni, mint a kisebb teljesítményű LED-ek. A nagy teljesítményű LED-ek élettartama átlagosan 20 ezer óra és 50 között van. Ha a LED fényereje csökken, ez az öregedés jele. Ha a fényerő legalább 30% -kal csökken, akkor a LED-et egy újra kell cserélni.
A LED-ek károsak a látásra?
Tulajdonságai szerint a LED által kibocsátott fény nagyon hasonló a fénycső fényének jellemzőihez. Ez azt jelenti, hogy a LED-sugárzás hasonlít a monokróm fényre, amely a fő különbség a napfénytől vagy az izzólámpától. Jelenleg nincs mélyreható tanulmány ezen a téren, így nehéz megmondani, hogy ez jó vagy rossz. Nincs információ a LED-ek által kibocsátott fény veszélyeiről sem.
Hol lehet a LED-es világítás legjövedelmezőbb felhasználása
A LED-ek használatának területe meglehetősen kiterjedt. Szinte mindenütt felhasználhatók, kizárhatja azokat a gyártóberendezéseket, amelyekben vészvilágításként használhatók.
A tervezők tiszta színük miatt széles körben használják a LED-eket a tervekben. Ezenkívül a LED-es világítás nélkülözhetetlen a villamos energia szűkítése vagy az elektromos biztonságra vonatkozó magas követelmények szempontjából.
LED alkalmazások és funkciók
A LED-eket először a 20. század 60-as éveiben fedezték fel. A tömegtermelés és felhasználásuk a fő fényforrásként azonban meglehetősen korlátozott volt, mivel előállításukhoz nagyon sok pénzre volt szükség, és nem volt sem fehér, sem kék szín. Ezen tényezők miatt a LED-ek korlátozottak voltak. Elsősorban a forgalomirányításhoz, az orvosi berendezésekhez és az információ továbbításához üvegszálas rendszerekben használták.
Csak a 90-es évek közepén kezdtek megjelenni a szuper fényes LED-ek, a 2000-es évek elején pedig kék és fehér. Fokozatosan csökkent a LED-ek költsége, ami felhívta a gyártók és a szponzorok figyelmét erre a fényforrásra. Ezt követően a LED-ek felhasználásának területe jelentősen kibővült. Eleinte jelzőként használták a háztartási elektronikai eszközökben és háttérvilágításként a folyadékkristályos képernyőkön. Miután lehetővé vált bármilyen árnyalat megszerzése az elsődleges színekkel, a LED-eket olyan képernyők tervezésére használják, amelyek lehetővé teszik az animáció és a színes grafika megjelenítését.
Az alacsony fogyasztás miatt a LEG technológiák a legoptimálisabbak a dekorációs világításhoz. A fénycsövekkel szemben a LED-ek élettartama sokkal hosszabb, körülbelül 6-8-szor. Az összeszerelés egyszerűsége és a vandálok elleni tulajdonságok miatt a LED-ek versenyképessé válnak más mesterséges források mellett.
LED vagy világító dióda (LED, LED, LED angolul “ Világító dióda”), Egy félvezető eszköz elektron-lyuk átmenettel (pn csomópont) vagy egy fém-vezető érintkezővel, amely optikai sugárzást generál, amikor egy elektromos áram áthalad rajta előre. A LED-kristály meglehetősen szűk spektrumú optikai sugárzást hoz létre. Spektrális tulajdonságai elsősorban a gyártásánál használt félvezetők kémiai összetételétől függenek. Más szavakkal: a LED-kristály egy meghatározott színt bocsát ki (ha a látótávolságban lévő LED-ekről beszélünk), szemben a szélesebb spektrumot kibocsátó lámpaval, ahol egy adott színt külső szűrő vetít ki.
A történet
Az elektrolumineszcenciát először fedezte fel és írta le 1907-ben Henry Joseph Round tudós, aki felfedezte azt az áram áthaladásának vizsgálatakor egy fém-szilícium-karbid-párban (carborundum, SiC), és sárga, zöld és narancssárga fényt észlelt a katódon.
Ezeket a kísérleteket később, a fordulótól függetlenül, megismételte O. V. Losev 1923-ban, aki, miközben a karborundum - acélhuzal egy párjainak érintkezőjével kipróbálta, gyenge fényt talált két eltérő anyag érintkezési pontján - a félvezető átmenete elektrolumineszcenciája (akkoriban a fogalmak A „félvezető csomópont” még nem létezett). Ezt a megfigyelést közzétették, de ekkor a megfigyelés súlyosságát nem értették meg, ezért évtizedek óta nem vizsgálták.
Valószínűleg az első látható fényt bocsátó LED-et 1962-ben, Nick Holonyak vezetésével készítették el az Illinoisi Egyetemen (USA).
Az indirekt résű félvezetőkből (például szilícium, germánium vagy szilícium-karbid) készült diódák gyakorlatilag nem bocsátanak ki fényt. A szilícium-technológia fejlesztésével kapcsolatban azonban folyamatban van a szilícium-alapú LED-ek létrehozása. A szilikonkarbid alapú szovjet sárga KL 101 LED-et a 70-es években gyártották, de nagyon alacsony fényerővel rendelkezett. A közelmúltban nagy reményeket fűztek a kvantumpontok és a fotonikus kristályok technológiájához.
Mi a különbség?
A fénykibocsátás LED-technológiája radikálisan különbözik a fényforrások, például izzólámpák, fénycsövek és nagynyomású kisülőlámpák hagyományos lumineszcencia technológiáitól. A LED-en nincs gáz vagy izzólámpa, nincs törékeny üveg izzó és potenciálisan megbízhatatlan mozgó alkatrészek.
A fő különbség a LED-fényforrások és a hagyományos fényforrások között az, hogy a LED-ek a fénygenerálás teljesen más elvét alkalmazzák, és teljesen más anyagokat használnak. Kevésbé nyilvánvaló különbség az, hogy a LED-es lámpatestben a lámpa és a lámpatest közötti határ törlődik. A LED világítási technológiában a „lámpák”, amelyek LED-ek, elválaszthatatlanok a „lámpától”, nevezetesen: házak, elektronika és lencsék.
A LED jellemzői
A LED-ek előremeneti irányban alkalmazott feszültség-karakterisztikája nemlineáris. A dióda egy bizonyos küszöbfeszültségtől kezdve áramot vezet. Ez a feszültség lehetővé teszi a félvezető anyagának pontos meghatározását.
A modern szuperfényes LED-ek kevésbé hangsúlyosak a félvezető képességükkel, mint a hagyományos diódák. A tápáramkör magasfrekvenciás hullámai (úgynevezett „tűk”) és a fordított feszültség-túlfeszültségek a kristály gyorsított lebomlásához vezetnek. A lebomlás sebessége a tápáramotól (nemlineáris) és a kristály hőmérséklettől (nemlineáris) is függ.
költsége
A hordozható fényszórókban és az autó fényszóróiban használt nagy teljesítményű LED-ek költsége jelenleg meglehetősen magas - kb. 8-10 dollár vagy annál több. Rendszerint a kis zseblámpákban és háztartási lámpaegységekben több tucat nem túl erős LED-et használnak.
2011 elejére a nagy teljesítményű (1 W vagy annál nagyobb) LED-ek költsége csökkent és 0,9 dollárra indul. A nehéz tehergépjárművek (10W vagy annál több P7 és CREE M-CE 15-20 $ CREE XM-L 10W 1000Lm) ára körülbelül 10 $.
Az előnyök
Összehasonlítva más elektromos fényforrásokkal (a villamos energia átalakítói a látható tartomány elektromágneses sugárzásává), a LED-eknek a következő különbségek vannak:
Nagy fényteljesítmény. A modern LED-ek ebben a paraméterben megegyeznek a nátrium-gázkisüléses lámpákkal és a fémhalogenid lámpákkal, és elérik a 150 lumen / watt értéket;
Magas mechanikai szilárdságrezgésállóság (izzószál és más érzékeny alkatrészek hiánya);
Hosszú élettartam - 30 000 és 100 000 óra között (napi 8 órás munka esetén - 34 év). De nem végtelen - hosszabb működés és / vagy rossz hűtés esetén a kristály „mérgeződik”, és a fényerő fokozatosan csökken;
A modern LED-ek tartománya különbözik - melegfehértől (2700 K) hidegfehérig (6500 K);
Alacsony tehetetlenség - azonnal bekapcsol, teljes fényerő mellett, míg a higany-foszfor (fluoreszkáló-gazdaságos) lámpák esetében a bekapcsolási idő 1 másodpercről 1 percre van, a fényerő pedig 30–100% -ra nő 3–10 perc alatt, a környezeti hőmérséklettől függően a környezetre;
A be- és kikapcsolási ciklusok száma nem befolyásolják jelentősen a LED-ek élettartamát (ellentétben a hagyományos fényforrásokkal - izzólámpa, gázkisüléses lámpák);
Különböző sugárzási szög - 15 és 180 fok között;
Olcsó LED-ekviszont viszonylag magas költségek, ha világításban használják, ami csökken a termelés és értékesítés növekedésével (méretgazdaságosság);
biztonság - nincs szükség magas feszültségre;
Érzéketlen az alacsony és nagyon alacsony hőmérsékletekre. A magas hőmérsékletek azonban a LED-ekben, mint minden félvezetőben, ellenjavallottak;
Környezetbarát - a higany, a foszfor és az ultraibolya sugárzás hiánya, szemben a fénycsövekkel.
LED alkalmazás
Utcai, ipari, háztartási világítás (beleértve a LED-es szalagot);
Indikátorokként - mind LED-ek formájában (például a tápellátás jelzője a műszerfalon), mind digitális vagy alfanumerikus kijelző formájában (például számok az órán);
Egy sor LED-et használnak a nagy utcai képernyőkön, a futóvezetékekben. Az ilyen tömböket gyakran LED-klasztereknek vagy egyszerűen klasztereknek nevezik;
Optocsatolókban;
Az erőteljes LED-eket fényforrásként használják a lámpákban és a közlekedési lámpákban;
A LED-eket modulált optikai sugárzás forrásaiként használják (jelátvitel optikai szálon, távirányítók, internet);
LCD képernyők háttérvilágításában (mobiltelefonok, monitorok, tévék stb.);
Játékokban, játékokban, ikonokban, USB-eszközökben és még sok másban;
LED-es útjelző táblákban;
Rugalmas PVC fényvezetékekben Duralight.
Ha a cikk elolvasása után továbbra is kérdései vannak a LED-es berendezésekkel kapcsolatban, örömmel segítünk Önnek megfelelő lámpának kiválasztásában!