Ljósdíóða (LED) eru skilvirkir hálfleiðarar sem mynda ljós í gegnum ferli sem kallast rafljómun. Þau eru minni, endingargóð og áreiðanlegri en glóperur eða flúrperur. Með forritum í lýsingu, skjáum og sérhæfðum sviðum bjóða LED upp á mikla afköst og orkusparnað. Þessi grein veitir upplýsingar um hvernig LED virka, eiginleika þeirra, líftíma og háþróaðar gerðir.
LED lokiðview
Ljósdíóða (LED) er hálfleiðaratæki sem myndar ljós þegar straumur flæðir í gegnum það í áframátt. Ólíkt glóperum, sem glóa með því að hita þráð, eða flúrperur sem treysta á gasörvun, virka LED með rafljómun, bein losun ljóseinda þegar rafeindir sameinast aftur með götum inni í hálfleiðaranum. Þetta ferli gerir þær mun skilvirkari og áreiðanlegri en eldri tækni. LED skera sig úr vegna þéttrar hönnunar, langrar endingartíma, endingar gegn höggi og titringi og lágmarks orkunotkunar.
Ljóslosun í hálfleiðurum
Þessi mynd útskýrir ferlið við ljósgeislun í hálfleiðurum, sem er vinnureglan á bak við LED. Þegar hálfleiðari er örvaður annað hvort með rafstraumi eða sjóninnspýtingu, færast rafeindir frá gildisbandinu yfir í leiðnibandið og mynda aðskilnað milli rafeinda og gata. Þessi orkumunur er kallaður bandbilið (Td).
Þegar rafeindin í leiðnibandinu hefur verið spennt sameinast hún að lokum aftur við gat á gildisbandinu. Í þessu endurröðunarferli losnar týnd orka í formi ljóseindar. Orka ljóseindarinnar sem gefin er út samsvarar nákvæmlega bandbili efnisins, sem þýðir að bylgjulengd (eða litur) ljóssins fer eftir bandbili hálfleiðarans.
LED rafmagns eiginleikar
| LED litur | Framspenna (Vf) | Framstraumur (mA) | Skýringar |
|---|---|---|---|
| Rauður | 1.6 - 2.0 V | 5 – 20 mA | Lægsta Vf, mjög skilvirkt |
| Grænn | 2,0 – 2,4 V | 5 – 20 mA | Örlítið hærra Vf |
| Blár | 2.8 - 3.3 V | 5 – 20 mA | Krefst meiri spennu |
| Hvítt | 2.8 - 3.5 V | 10 – 30 mA | Framleitt með bláu LED + fosfórhúð |
LED lýsandi framleiðsla og virkni
| Ljósgjafi | Verkun (lumens á watt) | Skýringar |
|---|---|---|
| Glópera | \~10–15 lm/W | Mest orka tapast sem hiti |
| Halógen lampi | \~15–25 lm / W | Örlítið betri en glóperur |
| Flúrljómandi rör | \~50–100 lm / W | Krefst kjölfestu, inniheldur kvikasilfur |
| Fyrirferðarlítið flúrljómandi (CFL) | \~60–90 lm/W | Lítill formstuðull, verið að hætta í áföngum |
| Nútíma LED | 120–200 lm/W | Fáanlegt í neytendalýsingu |
| Hágæða LED frumgerðir | 250–300+ lm/W | Prófuð á rannsóknarstofu, sýnir framtíðarmöguleika |
LED litur og flutningsgæði
Fylgni litahitastigs (CCT)
• Hlýhvítt (2700K–3500K): Framleiðir gullískan ljóma, best fyrir stofur, veitingastaði og notalegar aðstæður innandyra.
• Hlutlaus hvítur (4000K–4500K): Jafnvægi og þægilegt, oft notað á skrifstofum, kennslustofum og verslunarrýmum.
• Kalt hvítt (5000K–6500K): Stökkt, bláleitt dagsbirtulíkt ljós, frábært fyrir útilýsingu, vinnustofur og vinnuþungt umhverfi.
Litaflutningsvísitala (CRI)
• CRI ≥ 80: Hentar fyrir heimilis- og atvinnulýsingu.
• CRI ≥ 90: Krafist á svæðum sem krefjast nákvæmrar litadóms, svo sem listastofur, sjúkrastofnanir og hágæða smásölu.
LED líftími og lumen viðhald
L70 staðallinn
Líftími LED er mældur með L70 staðlinum. Þetta gildi táknar fjölda vinnustunda þar til ljósafköst LED lækka í 70% af upprunalegri birtustigi. Á þessum tímapunkti er ljósdíóðan enn virk en veitir ekki lengur fyrirhuguð lýsingargæði. L70 tryggir samræmda leið til að bera saman LED frammistöðu milli framleiðenda.
LED líftími
• Neytendaljós: 25,000 – 50,000 klukkustunda notkun.
• Iðnaðar LED: 50,000 – 100,000+ klukkustundir, hannaðar fyrir erfiðari aðstæður og hærri vinnulotur.
LED hitastjórnun
Hitastig móta (Tj)
Hitastig mótanna er innra hitastigið á þeim stað þar sem ljós myndast inni í LED flísinni. Framleiðendur tilgreina öruggt rekstrarsvið undir 125 °C. Ef farið er yfir þetta gildi minnkar birtustig, skilvirkni og líftími LED. Með því að halda Tj lágu tryggir að ljósdíóðan geti uppfyllt metna frammistöðu sína.
Hitaleið milli gatnamóta og umhverfis
Hiti sem framleiddur er inni í ljósdíóðunni verður að berast frá mótunum til loftsins í kring. Þessi leið er kölluð gatnamót-til-umhverfis leið. Hönnuðir mæla virkni þess með hitauppstreymi (RθJA), gefið upp í °C/W. Lægra hitaþol þýðir að hiti er fluttur á skilvirkari hátt, sem heldur LED svalari og stöðugri.
Kæliaðferðir
• Hitavaskar - Áluggar gleypa og dreifa hita frá LED.
• Hitauppstreymi - Lítil húðuð göt í PCB leiða hita frá LED púðanum til koparlaganna.
• Metal-Core PCB (MCPCB) - Notað í öflugum LED, þessi borð eru með málmbotn sem flytur hita á skilvirkan hátt.
• Virk kæling - Viftur eða fljótandi kælikerfi eru notuð í krefjandi umhverfi eins og skjávarpa, leikvangslýsingu eða iðnaðarinnréttingum.
LED akstursaðferðir
Stöðugir straumbílstjórar
Stöðugur straumdrifi heldur LED straumnum stöðugum, jafnvel þegar framboðsspennan sveiflast. Þetta er áreiðanlegasta leiðin til að knýja LED, þar sem það kemur í veg fyrir hitauppstreymi og viðheldur stöðugu ljósafköstum. Hágæða ökumenn fela oft í sér vörn gegn skammhlaupi, bylgjum og ofhitaskilyrðum.
PWM deyfing
Púlsbreiddarmótun (PWM) stjórnar birtustigi með því að kveikja og slökkva á ljósdíóðunni á mjög miklum hraða. Með því að stilla vinnulotuna (hlutfall tímans og off-tímans) breytist skynjuð birta mjúklega. Vegna þess að skiptitíðnin er yfir greiningarsviði mannsaugans virðist ljósið stöðugt. Illa hönnuð kerfi með lágtíðni PWM geta valdið sýnilegu flökti, sem leiðir til áreynslu í augum eða myndavélargripa.
Hliðræn deyfing
Í hliðrænni deyfingu er birtustig stillt með því að breyta amplitude straumsins sem flæðir í gegnum LED. Þessi aðferð kemur í veg fyrir flöktvandamál en getur breytt lit LED lítillega, sérstaklega við mjög lágt birtustig. Analog deyfing er oft sameinuð PWM í háþróuðum kerfum til að ná bæði sléttri litastýringu og nákvæmri birtustýringu.
LED umbúðir og ljósfræði
Yfirborðsfestingartæki (SMD) LED
SMD LED eru mest notaða gerðin í nútíma lýsingu. Þeir eru festir beint á PCB og koma í stöðluðum stærðum eins og 2835 og 5050. SMD LED veita góða skilvirkni og sveigjanleika, sem gerir þær bestar fyrir LED ræmur, heimilisperur og spjaldljós. Fyrirferðarlítil stærð þeirra gerir auðvelda samþættingu í þunna og létta innréttingu.
Flís-á-borð (COB) LED
COB pakkar festa marga LED deyja beint á eitt undirlag, sem skapar þéttan ljósgjafa. Þessi hönnun býður upp á meiri birtustig, sléttari ljósafköst og minni glampa samanborið við einstaka SMD. COB LED er að finna í kastljósum, downlights og kraftmiklum lampum, þar sem þörf er á sterkri stefnulýsingu.
Flís-skala pakki (CSP) LED
CSP tækni útilokar fyrirferðarmiklar umbúðir og minnkar LED í næstum sömu stærð og hálfleiðaradeyjan sjálfur. Þetta gerir kleift að vera smærri, skilvirkari og hitastöðugri hönnun. CSP LED eru mikið notaðar í framljósum bíla, baklýsingu snjallsíma og skjáborðum, þar sem þéttleika og ending er krafist.
Ljósfræði og geislastýring
Hráa ljósið frá LED pakka hentar ekki alltaf til beinnar notkunar. Til að móta og beina ljósi nota hönnuðir optíska þætti eins og linsur til að stilla fókus eða dreifa ljósi. Endurskinsmerki til að beina og stjórna geislahornum. Dreifarar fyrir mjúka, einsleita lýsingu.
Sérhæfðar LED gerðir
UV LED
Gefa frá sér útfjólublátt ljós til dauðhreinsunar, límherðingar og fölsunargreiningar. Öruggur, fyrirferðarlítill valkostur við kvikasilfur UV lampa.
IR LED
Framleiða ósýnilegt innrautt ljós fyrir fjarstýringar, nætursjón og líffræðileg tölfræðikerfi. Skilvirkt og mikið notað í rafeindatækni og öryggi.
OLED
Þunnar, sveigjanlegar lífrænar LED eru notaðar í snjallsímum, sjónvörpum og wearables. Skila skærum litum og birtuskilum en hafa styttri líftíma.
Ör-LED
Næstu kynslóðar skjáir bjóða upp á bjartari, skilvirkari og endingargóðari afköst en OLED. Best fyrir AR / VR, sjónvörp og snjallúr.
leysir díóða
Hálfleiðaratæki sem búa til samfellda, hástyrka geisla. Notað í ljósleiðara, skanna, lækningatæki og leysibenda.
Niðurstaða
LED hafa þróast í fjölhæfa íhluti sem notaðir eru í lýsingu, skjái og háþróaðri tækni. Skilvirkni þeirra, ending og stjórnhæfni aðgreinir þá frá eldri ljósgjöfum. Sérhæfð eyðublöð eins og UV, IR, OLED og ör-LED auka hlutverk sitt enn frekar. Með áframhaldandi endurbótum eru LED áfram lykilatriði í framtíð sjálfbærra og afkastamikilla ljósakerfa.
Algengar spurningar [algengar spurningar]
Spurning 1. Úr hvaða efnum eru LED gerð?
LED eru gerðar úr hálfleiðurum eins og gallíumarseníði (GaAs), gallíumfosfíði (GaP) og gallíumnítríði (GaN).
Spurning 2. Af hverju þurfa LED viðnám?
Viðnám takmarkar straumflæði og verndar LED frá því að brenna út.
Spurning 3. Hvernig eru hvítar LED búnar til?
Hvítar LED nota bláan LED flís með gulri fosfórhúð til að búa til hvítt ljós.
Spurning 4. Af hverju breyta LED um lit með tímanum?
LED skipta um lit vegna hita og efnisniðurbrots, auk niðurbrots fosfórs.
12,5 Spurning 5. Geta LED virkað í erfiðu umhverfi?
Já. Með réttri hönnun geta LED keyrt við mjög kaldar, heitar, rakar eða rykugar aðstæður.
Spurning 6. Hvernig er LED líftími prófaður?
LED eru prófuð með hitauppstreymi, raka og rafálagi til að áætla líftíma.