LED je polovodičové zariadenie, ktoré prevádza elektrický prúd priamo na vyžarovanie svetla. LED sa skladá z polovodičového čipu (čipu) na substráte, z puzdra s kontaktnými kolíkmi az optického systému. Svetlo emitované polovodičovým kryštálom vstupuje do miniatúrneho optického systému pozostávajúceho z reflektora a priehľadného krytu LED. Zmenou konfigurácie reflektora a šošoviek sa dosiahne nevyhnutná smernosť žiarenia: LED sú úzke aj široké.
Prečo LED svieti
Kryštál LED, podobne ako bežné diódy, pozostáva z dvoch typov polovodičov - s elektronickou (n-typ) a otvorovou (p-type) vodivosťou.Na hranici rôznych typov polovodičov sa nachádza energetická bariéra („pásmová medzera“), ktorá zabraňuje spojeniam p-n. Pod vplyvom elektrického poľa nastane rekombináciapár elektrónových otvorov žiarením kvantového svetla, Nie každý križovatka pn však vyžaruje svetlo. Na tento účel musia byť splnené dve podmienky: po prvé, pásová priepasť v aktívnej oblasti LED by mala byť blízka energii kvanty viditeľného svetla a po druhé, pravdepodobnosť žiarenia počas rekombinácie párov elektrónových otvorov by mala byť vysoká, pre ktorú musí polovodičový kryštál obsahovať málo defektov, kvôli ktorým dochádza k rekombinácii bez ožarovania. V praxi nestačí jediný spoj pn v kryštáli splniť obidve podmienky, a preto je potrebné vyrobiť viacvrstvové polovodičové štruktúry („heteroštruktúry“). Za štúdium takýchto heteroštruktúr získal ruský fyzikový akademik Zhores Alferov Nobelovu cenu za rok 2000.
Farba LED závisí od medzery v páre, v ktorej sa páry elektrónových otvorov rekombinujú, to znamená od materiálu polovodiča, a od dopantov. S tým sa spájal neskorý výskyt modrých LED.
Jas LED diódy závisí od prúdu, ktorý ňou prechádza. Než aktuálnejšie, čím viac elektrónov a dier vstúpi do rekombinantnej zóny za jednotku času. Súčasný stav však nemožno donekonečna zvyšovať. V dôsledku vnútorného odporu polovodiča a spoja pn sa dióda prehrieva a zlyhá.
Samostatne by sa malo hovoriť o bielych LED. Ako viete, čisté biele svetlo v prírode neexistuje a to, čo nazývame biele svetlo, je vlastne kombinácia zelenej, modrej a červenej. Pretože kryštál LED vyžaruje čisté svetlo, nemôže vyžarovať biele svetlo. Preto, aby dostali biele svetlo, výrobcovia sa musia uchýliť k niektorým trikom. Existujú 2 spôsoby, ako sa dostať biele svetlo z LED:
- miešanie farieb pomocou technológie RGB, keď sú vnútri kryštálu LED umiestnené 3 kryštály blízko seba: červená, zelená a modrá. Súčasná žiara všetkých 3x s rovnakým jasom poskytne na výstupe biele svetlo. Úpravou jasu jednotlivých farieb získate požadovaný odtieň bielej. Táto metóda sa zvyčajne používa pri výrobe LED obrazoviek.
- Modrú alebo ultrafialovú LED vrstvu potiahnite fosforovými vrstvami.
Funkcie LED
- Pri správnom odvode tepla sa LED trochu zahreje;
- lED vyžaruje svetlo v úzkej časti spektra, vďaka čomu je jeho farba jasná a UV a IR žiarenie spravidla chýba.
- LED dióda neobsahuje žiadne krehké sklenené prvky. Je mechanicky pevný a spoľahlivý a jeho životnosť môže dosiahnuť 100 000 hodín, čo je takmer 100-krát dlhšie ako pri žiarovke a 5 až 10-krát dlhšie ako pri žiarivke.
- LED je nízkonapäťové elektrické zariadenie, čo znamená, že je bezpečné.
Rastúci záujem o LED diódy rastie každý deň, a to sa stáva oveľa rýchlejšie, ako je rozsah ich aplikácie. Zdá sa však, že spotrebitelia a výrobcovia, kupujúci a predávajúci celkom nerozumejú trendom v tejto oblasti. A iba odvážne rozhodnutia dizajnérov o úplnom využití celého potenciálu diód LED.
Uplynul čas, keď sa do LED zapojili iba vedci. Teraz o tomto produkte vedia aj školáci. LED sa vyznačuje tým, že vyžaruje svetlo, ktoré sa líši svojimi charakteristikami a vyhliadkami v oblasti svojho použitia. Aktívne zavádzajte LED diódy do dizajnu interiéru a dizajnu osvetlenia.
Aby ste si mohli plne predstaviť význam tohto vývoja, ako sú LED, musíte zistiť, čo je LED, zistiť jeho nedostatky a pozitívne aspekty.
Čo je LED?
LED je zariadenie pozostávajúce z polovodičov. Je určený na manipuláciu elektrický prúd do svetelného žiarenia, tj elektromagnetického žiarenia viditeľnej časti spektra. Pokiaľ ide o názov, skratka „LEG“ znamená „Light Emitting Diode“ a znamená rovnakú „LED“.
Z čoho pozostáva dióda LED?
LED sa skladá z polovodičového čipu s optickým systémom a kontaktného kolíka. Celý tento jednoduchý dizajn je pravdou. Moderné LED nie sú vôbec podobné tým, ktoré sa predtým používali iba na indikáciu.
Hlavné výhody LED
LED prevádza elektrický prúd na žiarenie takmer bez tepla, v dôsledku čoho je účinnosť LED pomerne vysoká.
Generované LED svetlo je z hľadiska dizajnérov čistejšie.
V porovnaní s inými lampami je životnosť LED oveľa dlhšia.
Dizajn LED je silný a spoľahlivý.
LED diódy nevyžadujú na prevádzku vysoké napätie, čo znamená, že sú bezpečné.
Získanie bieleho svetla pomocou LED.
lED - prijímajúce biele svetlo
Tri spôsoby, ako získať biele svetlo pomocou LED.
1. Použitím technológie RGB (skratka znamená „RED GREEN BLUE“), to znamená zmiešaním troch farieb - zelená, modrá a červená. LED diódy troch farieb sú náhodne umiestnené pevne na matrici. Pri použití optického systému sú tieto farby zmiešané.
2. Na povrch LED, ktorá pracuje v ultrazvukovej oblasti, sa aplikujú fosfory všetkých troch rovnakých farieb - červená, zelená, modrá. Podľa jeho zásady je metóda práce v tomto prípade podobná činnosti žiarivky.
3. Na modro-vyžarujúcu LED sa použije žltozelený fosfor alebo červeno-zelený. Po zmiešaní farieb sa získa biele svetlo.
Optické a elektrické vlastnosti LED
LED diódy sú nízkonapäťové zariadenia. Ak použijete toto zariadenie na indikáciu, potom bude stačiť napätie 2-4 V s prúdovou intenzitou do 50 mA. Ak použijete na osvetlenie LED, prúd v obvode bude kolísať od niekoľkých stoviek mA do jednej mA pri napätí 2 až 4 volty. V moduloch LED svietia LED diódy elektrický obvod zapojený do série, ako girlanda, a pre svoju prácu potrebujete napätie 12 alebo 24 voltov.
LED diódy fungujú od priamy prúd v obvode, takže pri pripájaní je veľmi dôležité pozorovať jeho polaritu, inak zariadenie jednoducho nebude fungovať alebo úplne zlyhá. Výrobcovia na kryte modulu LED často označujú svoje prevádzkové napätie. Podľa pravidiel pre jednu diódu by nemala prekročiť 5 voltov.
Jas LED závisí od vzoru žiarenia a axiálnej sily svetelného toku. Svetlo vyžarujúce z LED je umiestnené v plnom uhle od 4 ° do 140 °, pričom svetlo závisí od konštrukcie LED. Parametre farby sú určené súradnicami farby, tzv. Vlnovou dĺžkou svetla a teplotou farby. Účinnosť diód LED je určená pomerom svetelného toku k energii spotrebovanej na ňu.
Prečo musím stabilizovať prúd pre LED
Ako viete, v pracovnom obvode je intenzita prúdu priamo úmerná napätiu, to znamená, že každá zmena napätia povedie k zvýšeniu prúdu. Ak sú prekročené povolené hodnoty prúdu, je možné znížiť životnosť LED diód alebo ich úplne vypnúť. Pri nestabilnom prúde bude svietenie LED stále kolísať.
Je prijateľné upraviť jas LED diód
Jas diód LED môžete upraviť, ale pomocou jednej noty. Nastavenie jasu je možné pomocou metódy modulácie šírky impulzu, v žiadnom prípade však znížením napätia. Modulovanie šírky impulzu je možné dosiahnuť pomocou riadiacej jednotky PWM (často je táto jednotka kombinovaná s kolektorom správy farieb a napájaním). Metóda spočíva vo vytvorení impulzne modulovaného prúdu v obvode namiesto jednosmerného prúdu a jas žiarenia bude závisieť od šírky a frekvencie prúdových impulzov. Teraz je možné nastaviť jas LED. Farebnú teplotu LED môžete tiež zmeniť pomocou metódy stmievania.
Čo určuje životnosť LED
Existuje názor, že LED sú trvanlivé. To však nie je úplne ten správny názor. Doba použitia LED diód závisí od ich zahrievania, a to priamo závisí od množstva prúdu, ktorý nimi prechádza. Z toho vyplýva, že LED s vyšším výkonom vydrží menej ako LED s menším výkonom. Životnosť diód LED s vysokým výkonom je v priemere od 20 000 hodín do 50 hodín. Ak sa jas diód LED zníži, je to znak starnutia. Ak je jas znížený o 30% alebo viac, mali by ste zmeniť LED na novú.
Sú diódy LED škodlivé pre videnie?
Svetlo emitované pomocou LED je svojimi vlastnosťami veľmi podobné charakteristikám svetla z žiarivky. To znamená, že žiarenie LED je podobné monochromatickému svetlu, ktoré je hlavným rozdielom od slnečného svetla alebo žiarovky. Momentálne v tejto oblasti neexistujú žiadne hĺbkové štúdie, takže je ťažké povedať, či je to dobré alebo zlé. Nie sú k dispozícii ani údaje o nebezpečenstvách svetla emitovaného LED diódami.
Kde je najziskovejšie využitie LED osvetlenia
Oblasť použitia LED diód je pomerne rozsiahla. Dajú sa použiť takmer všade, môžete ich vylúčiť priemyselné priestoryv ktorých je povolené ich používať ako núdzové osvetlenie.
Dizajnéri vo svojich dizajnoch vo veľkej miere využívajú diódy LED kvôli svojej čistej farbe. LED osvetlenie bude tiež nevyhnutné v podmienkach šetrenia elektrinou alebo s vysokými požiadavkami na elektrickú bezpečnosť.
LED aplikácie a funkcie
LED diódy boli prvýkrát vynájdené okolo 60. rokov 20. storočia. Hromadná výroba a ich použitie ako hlavného zdroja svetla však boli dosť obmedzené, pretože ich výroba si vyžadovala pomerne veľa peňazí a neexistovala biela a modrá farba. V dôsledku týchto faktorov bolo použitie diód LED obmedzené. Používali sa hlavne na riadenie dopravy, v zdravotníckych zariadeniach a na prenos informácií v optických systémoch.
Až v polovici 90-tych rokov sa začali objavovať super jasné LED a začiatkom roku 2000 modré a biele. Postupne sa znižovali náklady na LED, čo priťahovalo pozornosť výrobcov a sponzorov tohto svetelného zdroja. Potom sa oblasť, v ktorej sa LED diódy používajú, výrazne rozšírila. Spočiatku sa používali ako ukazovatele v domácich elektronických zariadeniach a ako podsvietenie obrazoviek z tekutých kryštálov. Potom, čo bolo možné získať akékoľvek odtiene pomocou primárnych farieb, začali sa LED diódy používať na navrhovanie displejov, ktoré vám umožňujú zobrazovať animácie a plnofarebnú grafiku.
Vďaka nízkej spotrebe energie je technológia LEG optimálnym materiálom pre dekoratívne osvetlenie. Na rozdiel od žiariviek je životnosť LED diód oveľa dlhšia, asi 6 - 8 krát. Vďaka jednoduchosti montážnych a antivandalských vlastností sú LED diódy konkurencieschopné spolu s inými umelými zdrojmi.
LED alebo svetlo emitujúca dióda (LED, LED, LED z angličtiny “ Dióda vyžarujúca svetlo"), je polovodičové zariadenie s prechodom elektrónového otvoru (prechod pn) alebo kontaktom kov-vodič, ktorý vytvára optické žiarenie, keď ním elektrický prúd prechádza v smere dopredu. Kryštál LED vytvára optické žiarenie v pomerne úzkom spektre. Jeho spektrálne charakteristiky závisia predovšetkým od chemického zloženia polovodičov použitých pri jeho výrobe. Inými slovami, kryštál LED vyžaruje špecifickú farbu (ak hovoríme o diódach LED vo viditeľnom rozsahu), na rozdiel od žiarovky, ktorá vyžaruje širšie spektrum a kde je špecifická farba premietaná vonkajším filtrom.
príbeh
Elektroluminiscencia bola prvýkrát objavená a opísaná v roku 1907 vedcom Henrym Josephom Roundom, ktorý ju objavil pri štúdiu priechodu prúdu v páre kov-karbid kremíka (karborundum, SiC) a na katóde zaznamenal žltú, zelenú a oranžovú žiaru.
Tieto experimenty boli neskôr, bez ohľadu na kolo, zopakované O.V. Losevom v roku 1923, ktorý pri experimentovaní s usmerňovacím kontaktom z dvojice karborundových oceľových drôtov zistil slabú žiaru v kontaktnom bode dvoch odlišných materiálov - elektroluminiscenciu polovodičového prechodu (v tom čase koncepty) „Spojenie polovodičov“ ešte neexistuje). Toto pozorovanie bolo uverejnené, ale závažný význam tohto pozorovania nebol pochopený, a preto sa mnoho desaťročí neskúmal.
Pravdepodobne prvé svetlo vyžarujúce LED vo viditeľnom rozsahu spektra bolo vyrobené v roku 1962 na University of Illinois (USA) tímom vedeným Nickom Holonyakom.
Diódy vyrobené z polovodičov s nepriamou medzerou (napr. Kremík, germánium alebo karbid kremíka) prakticky nevyžarujú svetlo. V súvislosti s vývojom kremíkovej technológie sa však pracuje na vytvorení kremíkových diód LED. Sovietska žltá LED KL 101 založená na karbide kremíka sa vyrábala už v 70. rokoch, ale mala veľmi nízky jas. Nedávno sa s technológiou kvantových bodiek a fotonických kryštálov spájali veľké nádeje.
V čom je rozdiel?
Technológia LED vyžarovania svetla sa radikálne líši od tradičnej technológie luminiscencie svetelných zdrojov, ako sú napríklad žiarovky, žiarivky a vysokotlakové výbojky. LED dióda nemá plyn ani vlákno, nemá krehkú sklenenú žiarovku a potenciálne nespoľahlivé pohyblivé časti.
Hlavný rozdiel medzi zdrojmi svetla LED a tradičnými je, že LED používajú úplne iný princíp generovania svetla a používajú úplne odlišné materiály. Menej viditeľný rozdiel je v tom, že v svietidle LED je hranica medzi lampou a svietidlom vymazaná. V technológii LED osvetlenia sú „lampy“, ktoré sú LED, neoddeliteľné od „lampy“, a to: kryty, elektronika a šošovky.
Vlastnosti LED
Prúdovo-napäťová charakteristika LED v smere dopredu je nelineárna. Dióda začína viesť prúd, začínajúc pri určitom prahovom napätí. Toto napätie vám umožňuje presne určiť materiál polovodiča.
Moderné superbright LED majú menej výraznú polovodivosť ako konvenčné diódy. Vysokofrekvenčné vlnky v napájacom obvode (takzvané „ihly“) a prepätia reverzného napätia vedú k zrýchlenej degradácii kryštálu. Rýchlosť degradácie tiež závisí od napájacieho prúdu (nelineárny) a teploty kryštálu (nelineárny).
náklady
náklady vysokovýkonné ledpoužívané v prenosných svetlometoch a svetlometoch automobilov, je dnes dosť vysoká - asi 8 - 10 dolárov alebo viac za kus. Spravidla sa v malých svietidlách a svietidlách pre domáce použitie používa niekoľko tuctov LED diód, ktoré nie sú príliš výkonné.
Začiatkom roku 2011 sa náklady na vysoko výkonné (1 W alebo viac) LED diódy znížili a začínajú na 0,9 dolárov. Náklady na veľké zaťaženie (10 W alebo viac P7 a CREE M-CE 15-20 $ CREE XM-L 10W 1000Lm) sú asi 10 $.
výhody
V porovnaní s inými elektrickými svetelnými zdrojmi (prevodníky elektriny na elektromagnetické žiarenie viditeľného rozsahu) majú LED nasledujúce rozdiely:
Vysoký svetelný výkon. Moderné LED sú v tomto parametri rovnaké ako sodík výbojky a halogenidové výbojky s dosahom 150 lúmenov na watt;
Vysoká mechanická pevnosťodolnosť proti vibráciám (nedostatok žiaroviek a iných citlivých komponentov);
Dlhá životnosť - od 30 000 do 100 000 hodín (pri práci 8 hodín denne - 34 rokov). Nie je to však nekonečné - pri dlhodobej prevádzke a / alebo slabom chladení je kryštál „otrávený“ a jas sa postupne znižuje;
Rozsah moderných LED je iný - z teplej bielej (2700 K) do studenej bielej (6500 K);
Nízka zotrvačnosť - zapnite okamžite pri plnom jasu, zatiaľ čo v prípade žiaroviek s obsahom ortuti a fosforu (fluorescenčne úsporných) je doba zapnutia od 1 sekundy do 1 minúty a jas sa zvyšuje z 30% na 100% za 3-10 minút, v závislosti od teploty okolia životné prostredie;
Počet cyklov zapnutia a vypnutia nemajú významný vplyv na životnosť LED (na rozdiel od tradičných svetelných zdrojov - žiarovky, výbojky);
Iný uhol žiarenia - od 15 do 180 stupňov;
Lacné LEDale relatívne vysoké náklady pri použití na osvetlenie, ktoré sa znižuje so zvyšujúcou sa výrobou a predajom (úspory z rozsahu);
bezpečnosť - nie je potrebné vysoké napätie;
Necitlivý na nízke a veľmi nízke teploty, Vysoké teploty sú však kontraindikované v LED, ako v každom polovodiči;
Šetrnosť k životnému prostrediu - nedostatok ortuti, fosforu a ultrafialového žiarenia, na rozdiel od žiariviek.
LED aplikácia
V pouličnom, priemyselnom, domácom osvetlení (vrátane pásika LED);
Ako indikátory - vo forme jednotlivých LED (napríklad indikátor napájania na prístrojovej doske) a vo forme digitálneho alebo alfanumerického displeja (napríklad čísla na hodinách);
Súbor veľkých diód LED sa používa na veľkých obrazovkách ulíc, na bežeckých tratiach. Takéto polia sa často označujú ako klastre LED alebo jednoducho klastre;
V optočlenoch;
Výkonné LED diódy sa používajú ako svetelné zdroje vo svetlách a semaforoch;
LED sa používajú ako zdroje modulovaného optického žiarenia (prenos signálu cez optické vlákno, diaľkové ovládače, internet);
V podsvietení LCD obrazoviek (mobilné telefóny, monitory, televízory atď.);
V hrách, hračkách, ikonách, zariadeniach USB a ďalších;
V dopravných značkách LED;
V flexibilných ľahkých kábloch z PVC Duralight.
Ak máte po prečítaní tohto článku stále otázky týkajúce sa zariadení LED, radi vám pomôžeme s výberom vhodnej žiarovky!