Apakah LED dan bagaimana mereka berfungsi?

LED, atau diod pemancar cahaya, telah mengubah cara kita berfikir tentang pencahayaan kerana mereka menjimatkan tenaga, bertahan lebih lama, dan boleh digunakan dalam pelbagai cara.Tidak seperti mentol lampu kuno yang membuat cahaya dengan memanaskan dawai, LED mencipta cahaya dengan menggerakkan arus elektrik melalui bahan khas yang dipanggil semikonduktor.Cara membuat cahaya menggunakan tenaga yang kurang dan tidak menjadi panas.Kerana manfaat ini, LED digunakan untuk segala -galanya dari lampu kecil dalam alat hingga sistem pencahayaan besar di bangunan.Mereka datang dalam pelbagai jenis dan warna, masing -masing sesuai untuk kegunaan yang berbeza.Belajar bagaimana LED berfungsi dan mengapa mereka lebih baik daripada lampu tradisional membantu kita melihat mengapa mereka menjadi begitu popular hari ini.

Katalog

Rajah 1: LED atau diod pemancar ringan

Definisi dan Operasi Asas

LED, atau diod pemancar cahaya, adalah peranti yang memancarkan cahaya apabila arus elektrik melewati mereka.Setiap LED terdiri daripada dua bahan: jenis p dengan banyak lubang (pembawa caj positif) dan N-jenis dengan banyak elektron (pembawa caj negatif).Apabila voltan ke hadapan digunakan, elektron dari rantau N-jenis mendapat tenaga dan bergerak ke arah rantau p-jenis.Di persimpangan P-N, elektron mengisi lubang, melepaskan tenaga sebagai cahaya.

Tidak seperti sumber cahaya tradisional, seperti mentol pijar yang menukar tenaga elektrik menjadi haba dan kemudian cahaya, LED menukar tenaga elektrik terus ke cahaya.Proses ini jauh lebih cekap, menghasilkan kurang haba dan menggunakan tenaga yang kurang.Oleh itu, LED lebih disukai untuk kecekapan tenaga dan jangka hayat yang panjang, yang memerlukan penggantian yang kurang kerap dan menawarkan prestasi yang lebih kuat.

Jenis LED

LED jenis lampu (dipimpin)

Rajah 2: LED Jenis Lampu (Dipimpin)

LED jenis LED (dipimpin) adalah jenis asas diod pemancar cahaya (LED) dengan kaki logam, juga dipanggil petunjuk, yang menghubungkan LED ke litar elektrik.LED ini biasanya diliputi oleh mentol plastik berwarna kecil.Mentol ini mempunyai beberapa fungsi.Ia menyebarkan cahaya lebih merata, jadi ia tidak bersinar dalam satu arah sahaja.Ia juga melindungi bahagian -bahagian kecil di dalam LED dari kerosakan dan menghilangkan habuk dan kelembapan.

LED yang dipimpin mempunyai reka bentuk yang mudah, yang menjadikan mereka sangat berguna dan mudah digunakan dalam banyak projek elektronik.Kerana reka bentuk yang mudah ini, mereka sering digunakan sebagai lampu penunjuk untuk menunjukkan jika peranti dihidupkan atau dimatikan.Anda juga boleh mencari mereka dalam paparan digital, seperti yang terdapat pada kalkulator dan jam, di mana mereka membantu menunjukkan nombor dan maklumat lain.

Untuk pencahayaan hiasan, LED yang dipimpin adalah kegemaran kerana mereka mudah ditubuhkan dan boleh digunakan untuk membuat banyak corak pencahayaan yang berbeza.Kaki logam menjadikannya mudah untuk melampirkannya ke papan litar atau menyambungkannya menggunakan papan roti untuk ujian.Ini menjadikan mereka popular dengan kedua -dua penggemar dan jurutera profesional.Mereka datang dalam pelbagai warna dan saiz, menambah kegunaan mereka dalam persediaan pencahayaan yang kreatif dan praktikal.

LED Jenis Cip (Permukaan Gunung)

Rajah 3: LED jenis cip (permukaan gunung)

LED jenis cip (permukaan permukaan) adalah peningkatan moden dalam teknologi LED, yang dibuat untuk dilampirkan terus ke papan litar bercetak (PCB).Mereka lebih kecil dan lebih cekap daripada LED jenis lampu tradisional, menjadikannya sempurna untuk peranti elektronik kecil seperti telefon pintar, tablet, dan TV LED.

Manfaat utama LED jenis cip adalah saiz dan kecekapan mereka yang kecil.Kerana mereka padat, mereka boleh diletakkan rapat dengan PCB.Ini membolehkan penciptaan reka bentuk elektronik kompleks yang melakukan banyak perkara yang berbeza.Penempatan rapat ini sangat membantu untuk peranti moden yang perlu berfungsi dengan baik dalam ruang kecil.LED jenis cip juga menggunakan tenaga dengan lebih baik.Mereka menjadikan lebih banyak elektrik menjadi cahaya dengan haba yang kurang, yang menjadikannya bertahan lebih lama dan menggunakan kuasa yang kurang.Ini amat berguna dalam peranti yang dijalankan pada bateri, di mana penjimatan tenaga sangat penting.

Teknologi Mount Surface (SMT) yang digunakan untuk LED jenis cip membolehkan mesin meletakkannya dengan cepat dan tepat pada papan litar.Ini mempercepat proses pembuatan dan menurunkan kos pengeluaran.Juga, kaedah ini memastikan bahawa LED diletakkan secara konsisten dan boleh dipercayai, yang penting bagi peranti untuk berfungsi dengan baik dan bertahan lama.

Kedua -dua jenis LED beroperasi pada prinsip asas yang sama: menghasilkan cahaya apabila arus elektrik melalui bahan khas di dalamnya.Pilihan antara jenis lampu dan jenis LED jenis cip bergantung kepada keperluan projek seperti saiz, kecekapan, dan kemudahan integrasi.

Panjang gelombang dan warna

Warna LED ditentukan oleh bahan -bahan yang digunakan untuk membuatnya, yang memancarkan warna cahaya yang berbeza apabila elektrik mengalir melalui mereka.Dua faktor utama mempengaruhi warna LED:

Panjang gelombang puncak (λp)

Rajah 4: Grafik menunjukkan panjang gelombang puncak (λp) LED

Panjang gelombang puncak (λp) adalah panjang gelombang di mana LED memancarkan cahaya yang paling.Sebagai contoh, LED merah biasanya bersinar paling terang di sekitar 630 nanometer.Ini bermakna LED menghasilkan lampu merah terkuat pada panjang gelombang ini. Mengetahui panjang gelombang puncak sangat berguna untuk aplikasi yang berbeza.Ia menentukan warna dan kecerahan cahaya LED.Untuk mencari panjang gelombang puncak, kami mengukur spektrum cahaya LED dan mencari titik di mana cahaya adalah yang paling sengit.Sebagai contoh, dalam teknologi skrin, panjang gelombang puncak yang tepat membantu menghasilkan warna yang betul.Dalam lampu tumbuhan, panjang gelombang puncak sepadan dengan panjang gelombang yang tumbuh -tumbuhan menyerap terbaik untuk membantu mereka tumbuh lebih baik.

Panjang gelombang puncak juga mempengaruhi bagaimana LED dibuat.Jurutera boleh menukar bahan dan reka bentuk LED untuk mendapatkan panjang gelombang puncak yang dikehendaki, menjadikan kerja LED lebih baik untuk kegunaan tertentu.Ini melibatkan memilih bahan semikonduktor yang betul kerana bahan -bahan ini menentukan tenaga dan panjang gelombang cahaya yang dipancarkan.

Panjang gelombang dominan (λd)

Rajah 5: carta yang menunjukkan panjang gelombang dominan (λd) LED

Panjang gelombang dominan (λD) adalah idea asas dalam kajian warna, terutamanya apabila memahami bagaimana mata manusia melihat cahaya dari LED dan sumber cahaya yang lain.Panjang gelombang yang dominan adalah warna yang dilihat oleh orang paling jelas apabila mereka melihat sumber cahaya, walaupun cahaya itu terdiri daripada beberapa warna yang berbeza.Perkara pengukuran ini kerana penglihatan manusia menggabungkan pelbagai warna ini menjadi satu warna utama yang kita anggap.Apabila LED memancarkan cahaya, ia biasanya berbuat demikian merentasi pelbagai warna.Warna -warna individu ini bercampur -campur bersama -sama, dan panjang gelombang yang dominan adalah warna yang paling menonjol kepada mata manusia.Mencari warna ini tidak selalu mudah kerana ia bergantung kepada campuran tertentu dan kekuatan warna yang berbeza.Proses ini melibatkan pengiraan terperinci yang menganggap bagaimana mata manusia sensitif adalah bahagian -bahagian yang berlainan dari spektrum cahaya.

Untuk mencari panjang gelombang yang dominan, peranti yang dipanggil spektrometer digunakan untuk mengkaji cahaya dari LED.Data yang dikumpulkan menunjukkan betapa kuatnya cahaya pada setiap warna.Maklumat ini kemudiannya diplotkan pada rajah kromatik, yang merupakan carta yang mewakili warna berdasarkan penglihatan manusia.Panjang gelombang yang dominan ditemui dengan melukis garis dari titik putih pusat pada rajah melalui koordinat sumber cahaya dan memanjangkannya ke tepi carta.Titik di mana garis ini memenuhi kelebihan adalah panjang gelombang yang dominan.

Mengetahui panjang gelombang yang dominan sangat berguna dalam bidang di mana warna yang tepat diperlukan, seperti dalam teknologi paparan, reka bentuk pencahayaan, dan mana -mana kawasan di mana pemadanan warna yang tepat diperlukan.Dengan mengawal panjang gelombang yang dominan, pengeluar boleh membuat LED yang memancarkan warna -warna tertentu yang sesuai untuk tujuan yang berbeza, seperti membantu tumbuh -tumbuhan tumbuh lebih baik dengan warna cahaya tertentu atau menghasilkan warna cerah dan realistik pada skrin.

Membuat cahaya putih dengan LED

Rajah 6: Dua kaedah untuk mencipta cahaya putih dengan LED

Mewujudkan cahaya putih dengan LED melibatkan dua kaedah utama, masing -masing dengan kelebihan dan kegunaannya sendiri.

Satu kaedah melibatkan menggabungkan LED merah, hijau, dan biru (RGB).Dengan berhati -hati menyesuaikan intensiti tiga warna utama ini, mereka boleh bercampur untuk mencipta cahaya putih.Teknik ini biasanya digunakan dalam peranti yang memerlukan kawalan warna yang tepat dan perwakilan warna yang tepat, seperti paparan LED penuh warna dan pencahayaan hiasan.Walaupun kaedah ini menawarkan kawalan yang sangat baik ke atas output warna, ia lebih kompleks dan mahal berbanding dengan LED biru dengan pendekatan fosfor kuning.Ia memerlukan litar kawalan lanjutan dan penentukuran untuk memastikan warna bercampur dengan betul untuk menghasilkan cahaya putih.

Kaedah lain menggunakan LED biru yang dipasangkan dengan salutan fosfor kuning.Apabila LED biru dihidupkan, ia menggembirakan fosfor kuning, menjadikannya memancarkan cahaya kuning.Gabungan cahaya biru yang tersisa dan cahaya kuning yang dipancarkan menghasilkan cahaya putih.Kaedah ini popular kerana ia mudah dan kos efektif, menjadikannya sesuai untuk pelbagai aplikasi pencahayaan.Walau bagaimanapun, ia kadang -kadang boleh menghasilkan cahaya putih dengan sedikit warna biru atau sejuk, yang mungkin tidak sesuai untuk setiap keadaan.

Setiap kaedah dipilih berdasarkan keseimbangan yang dikehendaki antara kos, kerumitan, dan kualiti warna.Kaedah LED RGB dipilih untuk aplikasi yang memerlukan penalaan warna yang tepat dan output cahaya berkualiti tinggi, manakala LED biru dengan kaedah fosfor kuning sering disukai untuk kesederhanaan dan kemampuannya.

Kecekapan pencahayaan LED

LED menggunakan tenaga yang kurang daripada mentol pijar tradisional, menjimatkan sehingga 90% tenaga.Mereka menghasilkan cahaya dengan melewati arus elektrik melalui cip kecil, menyalakan sumber cahaya kecil yang dipanggil LED.Tidak seperti mentol pijar, yang menghasilkan cahaya dengan memanaskan filamen sehingga ia bersinar, LED menjana cahaya dengan tenaga yang kurang.

LED mempunyai bahagian yang dipanggil tenggelam haba yang membantu menangani haba yang mereka buat.Tenggelam panas ini mengambil dan menyebarkan haba untuk memastikan LED berfungsi dengan baik.Pengurusan haba yang baik menjadikan LED bertahan lebih lama dan membuat mereka cerah.Jika haba tidak ditangani dengan baik, LED boleh memakai lebih cepat dan menjadi redup.Berapa lama LED bertahan dan seberapa baik mereka bekerja bergantung pada betapa baiknya mereka dan sejauh mana tenggelam haba mereka berfungsi.

Jangka hayat dan degradasi

Jangka hayat dan pecahan adalah perkara utama dalam memahami prestasi LED (diod pemancar cahaya).Tidak seperti mentol biasa, yang biasanya terbakar secara tiba -tiba, LED perlahan -lahan menjadi redup dari masa ke masa.Proses redup perlahan ini dipanggil susut nilai lumen.

Susut nilai Lumen berlaku kerana bahan -bahan di dalam LED memakai, menyebabkan ia menghasilkan cahaya yang kurang.Kami biasanya mengukur kehidupan LED dengan titik di mana kecerahannya telah menurun kepada 70% dari tahap asalnya.Sebagai contoh, jika LED bermula pada 1000 lumen, hayat bergunanya dianggap lebih apabila kecerahannya jatuh ke 700 lumen.

Beberapa perkara boleh menyebabkan susut nilai lumen dalam LED, seperti suhu, tekanan elektrik, dan kualiti bahan yang digunakan untuk menjadikannya.Suhu tinggi boleh mempercepatkan memakai bahagian LED, menjadikannya lebih cepat.Begitu juga, tekanan elektrik, seperti terlalu banyak arus atau voltan, boleh memendekkan kehidupan LED dengan menyebabkan kerosakan tambahan pada bahagian dalamannya.

Kualiti bahan yang digunakan untuk membuat LED juga sangat mempengaruhi berapa lama mereka bertahan.LED yang dibuat dengan bahan yang lebih baik dan kaedah pembinaan cenderung bertahan lebih lama dan redup lebih perlahan.Sebaliknya, LED berkualiti rendah mungkin lebih cepat dan mempunyai hayat berguna yang lebih pendek.

Susut nilai lumen berlaku apabila LED kehilangan kecerahan dari masa ke masa.Ini boleh disebabkan oleh beberapa faktor utama:

• Haba yang berlebihan boleh merosakkan bahagian dalaman LED.Tenggelam haba membantu menguruskan haba ini, tetapi jika mereka tidak berfungsi dengan baik, bahagian LED boleh dirugikan.

• Arus dan voltan elektrik yang tinggi boleh memakai komponen di dalam LED.Haus dan lusuh ini boleh membuat LED kurang terang.

• Bahan -bahan yang digunakan dalam LED, terutama yang putih, boleh merendahkan dari masa ke masa.Kerosakan bahan ini juga membawa kepada kehilangan kecerahan.

• Keadaan alam sekitar seperti kelembapan dan habuk boleh menjejaskan LED.Kelembapan boleh menyebabkan bahagian karat atau litar pintas, dan habuk boleh menyekat cahaya atau mengganggu operasi LED.

Aplikasi LED

LED, atau diod pemancar cahaya, telah mengubah industri pencahayaan banyak kerana mereka serba boleh dan cekap.Mereka boleh digunakan dalam banyak cara, dari mentol lampu biasa hingga lekapan terbina dalam.Salah satu manfaat utama LED adalah saiz kecil mereka, yang membolehkan reka bentuk pencahayaan kreatif dan inovatif.Ini menjadikan LED sempurna untuk menggantikan mentol lampu tradisional dan dibina dalam lekapan tersuai, menyediakan penyelesaian pencahayaan yang tahan lama dan menjimatkan tenaga.

Dalam penyelesaian pencahayaan hibrid, LED digabungkan dengan reka bentuk pencahayaan tradisional.Sistem ini sering mempunyai bahagian LED yang boleh diganti dalam lekapan yang direka khas, menjadikannya mudah untuk mengekalkan dan menaik tarafnya.Gabungan ini mengambil bahagian terbaik dari teknologi pencahayaan lama dan baru, meningkatkan pengalaman pengguna keseluruhan.

LED boleh digunakan di banyak tempat yang berbeza, dari rumah ke tetapan perindustrian.Kecekapan tenaga mereka adalah kelebihan yang besar kerana LED menggunakan kuasa kurang berbanding dengan lampu tradisional.Ini bermakna bil tenaga yang lebih rendah dan kesan yang lebih kecil terhadap alam sekitar.Juga, LED bertahan lebih lama, jadi mereka tidak perlu diganti seberapa kerap, menjimatkan masa dan wang.

Pengurusan Thermal di LED

Rajah 7: Pengurusan terma di LED

Pengurusan haba yang betul sangat membantu untuk bagaimana LED berfungsi dan berapa lama mereka bertahan.Apabila LED digunakan, mereka menghasilkan haba.Sekiranya haba ini tidak diuruskan dengan baik, ia dapat dengan cepat merosakkan LED, menjadikannya kurang cekap dan memendekkan kehidupan mereka.

Sebahagian besar menguruskan haba LED ialah sinki haba.Haba tenggelam membantu dengan merendam dan menyebarkan haba dari sambungan cip LED dengan papan litar, menjadikannya lebih sejuk.Betapa tenggelam haba berfungsi banyak bergantung pada apa yang dibuat dan reka bentuknya.

Bahan -bahan seperti aluminium dan tembaga sering digunakan untuk tenggelam haba kerana mereka boleh memindahkan haba dengan cekap.Juga, reka bentuk sinki haba biasanya termasuk ciri -ciri seperti sirip, yang meningkatkan kawasan permukaan yang dapat melepaskan haba.Kawasan permukaan yang lebih besar ini membantu tenggelam haba untuk menyebarkan haba dari LED, menjaga LED sejuk dan memastikan ia berfungsi dengan baik untuk masa yang lama.

Perbezaan antara pencahayaan LED dan tradisional

LED menawarkan beberapa kelebihan ke atas pencahayaan pijar tradisional dan CFL (lampu pendarfluor padat), terutamanya dalam arah cahaya dan pelbagai warna:

• Pencahayaan Arah: LED memancarkan cahaya dalam arah tertentu, sesuai untuk keperluan pencahayaan yang disasarkan seperti lampu membaca atau lampu sorot.Sebaliknya, mentol pijar dan CFL memancarkan cahaya dan panas di semua arah, sering memerlukan reflektor atau warna untuk memfokuskan cahaya, mengakibatkan pembaziran tenaga.

• Pilihan warna: LED menyediakan pelbagai warna, termasuk amber, merah, hijau, dan biru.Cahaya putih boleh dibuat dengan mencampurkan LED berwarna yang berbeza (mis., Merah, hijau, dan biru) atau menggunakan LED bersalut fosfor yang memancarkan cahaya putih apabila cahaya biru atau ultraviolet melalui fosfor.Julat warna yang luas ini membolehkan LED memenuhi pelbagai keperluan pencahayaan, dari pencahayaan yang hangat dan selesa hingga pencahayaan yang cerah dan terang.

Bagaimana LED berfungsi?

Rajah 8: Struktur LED

LED (diod pemancar cahaya) berfungsi seperti diod dan melepaskan cahaya apabila mereka maju ke hadapan.Dalam persediaan ini, sisi negatif (katod) disambungkan ke terminal negatif sumber kuasa, dan sisi positif (anod) disambungkan ke terminal positif.Pengaturan ini membolehkan elektron dari N-rantau mendapat tenaga dan bergerak ke arah r-rantau.Apabila elektron ini menyeberangi persimpangan dan memenuhi lubang di r-rantau, mereka melepaskan tenaga sebagai cahaya.

Warna cahaya emit LED bergantung kepada bahan semikonduktor yang digunakan.Sebagai contoh, Gallium Arsenide menghasilkan cahaya inframerah, manakala Gallium Phosphide boleh menghasilkan cahaya hijau atau merah.Perbezaan warna ini berasal dari pelbagai tahap tenaga bahan, yang menentukan panjang gelombang cahaya yang diberikan.

LED dibina dengan bingkai plumbum, sering dipanggil anvil, yang disambungkan ke terminal katod.Bingkai ini memegang bahan semikonduktor.P-rantau semikonduktor diletakkan berhampiran permukaan untuk memastikan lebih banyak cahaya keluar dari LED dan bukannya terperangkap di dalamnya.Reka bentuk ini membantu meningkatkan kecerahan dan keberkesanan LED.

Kesimpulan

LED mempunyai banyak kelebihan berbanding lampu tradisional.Mereka menggunakan kurang tenaga, bertahan lebih lama, dan memberikan kualiti cahaya yang lebih baik.LED berfungsi dengan menggerakkan elektron melalui semikonduktor, secara langsung mengubah tenaga elektrik menjadi cahaya dengan haba yang sangat sedikit.Mereka boleh menghasilkan warna yang berbeza berdasarkan bahan -bahan yang digunakan, dan reka bentuk jenis lampu dan jenis LED jenis yang berbeza menjadikannya lebih berguna.Apabila teknologi bertambah baik, LED terus menjadi lebih baik, menawarkan lebih banyak faedah dan digunakan dengan lebih banyak cara.Dengan memahami bagaimana LED berfungsi dan faedah mereka, jelas mengapa mereka menjadi pilihan pilihan untuk pencahayaan di rumah, pejabat, dan seterusnya.

Soalan Lazim [Soalan Lazim]

1. Bagaimana paparan LED berfungsi?

Paparan LED berfungsi dengan menggunakan banyak lampu kecil yang dipanggil diod pemancar cahaya (LED).Lampu -lampu kecil ini bersinar dalam warna yang berbeza untuk membuat gambar dan teks.Litar elektronik mengawal lampu ini, menghidupkannya dengan cepat untuk menunjukkan imej dan corak yang dikehendaki.

2. Apakah dua perkara utama LED digunakan?

LED digunakan terutamanya untuk pencahayaan dan paparan.Untuk pencahayaan, mereka menawarkan cahaya yang cerah dan menjimatkan tenaga untuk rumah, jalan, dan kenderaan.Untuk paparan, mereka digunakan dalam skrin untuk televisyen, komputer, dan papan iklan.

3. Apakah prinsip LED dan kerjanya?

Prinsip LED didasarkan pada proses yang dipanggil Electroluminescence.Apabila arus elektrik mengalir melalui bahan LED, ia memberikan cahaya.Ini berlaku kerana tenaga elektrik menyebabkan elektron bergabung dengan zarah lain, melepaskan tenaga sebagai cahaya.

4. Mengapa LED penting?

LED penting kerana mereka menjimatkan tenaga, bertahan lama, dan baik untuk alam sekitar.Mereka menggunakan kurang elektrik daripada lampu tradisional dan mempunyai kehidupan yang lebih lama, jadi mereka tidak perlu diganti seberapa kerap.

5. Apakah kelebihan LED?

Kelebihan LED termasuk menggunakan tenaga yang kurang, mempunyai jangka hayat yang lebih lama, lebih tahan lama, bersaiz kecil, dan menghidupkan dan mematikan lebih cepat.Mereka juga menghasilkan sedikit haba dan datang dalam banyak warna, menjadikannya berguna untuk tujuan yang berbeza.