Was sind LEDs und wie funktionieren sie?
LEDs oder Lichtdioden haben die Art und Weise, wie wir über Beleuchtung nachdenken, verändert, weil sie Energie sparen, länger halten und auf viele verschiedene Arten verwendet werden können.Im Gegensatz zu altmodischen Glühbirnen, die durch Erhitzen eines Drahtes Licht machen, erzeugen LEDs Licht, indem sie einen elektrischen Strom durch ein spezielles Material bewegt, das als Halbleiter bezeichnet wird.Diese Art, Licht zu machen, verbraucht viel weniger Energie und wird nicht so heiß.Aufgrund dieser Vorteile werden LEDs für alles verwendet, von winzigen Leuchten in Geräten bis hin zu großen Beleuchtungssystemen in Gebäuden.Sie sind in verschiedenen Typen und Farben erhältlich, die jeweils für verschiedene Verwendungen geeignet sind.Lernen, wie LEDs funktionieren und warum sie besser sind als traditionelle Lichter, hilft uns, zu erkennen, warum sie heute so beliebt werden.
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Abbildung 1: LEDs oder leichte Dioden emittieren
Definition und grundlegende Operation
LEDs oder leichte Dioden sind Geräte, die Licht emittieren, wenn ein elektrischer Strom durch sie geht.Jede LED besteht aus zwei Materialien: einem P-Typ mit vielen Löchern (positive Ladungsträger) und einem N-Typ mit vielen Elektronen (negative Ladungsträger).Wenn eine Vorwärtsspannung angewendet wird, gewinnen Elektronen aus dem N-Typ-Bereich Energie und bewegen sich in Richtung des P-Typs.Am P-N-Übergang füllen die Elektronen die Löcher aus und lassen Energie als Licht frei.
Im Gegensatz zu herkömmlichen Lichtquellen wie Glühbirnen, die elektrische Energie in Wärme und dann Licht umwandeln, wandeln LEDs elektrische Energie direkt in Licht um.Dieser Prozess ist viel effizienter, erzeugt weniger Wärme und nutzt weniger Energie.Infolgedessen werden LEDs für ihre Energieeffizienz und ihre lange Lebensdauer bevorzugt, die weniger häufige Ersetzungen erfordern und eine stabilere Leistung anbieten.
Arten von LEDs
LAMP -LEDs (leitend)
Abbildung 2: LED -Typ -LEDs (leitend)
LAMPS -LEDs (Blei) sind eine grundlegende Art von leichten Dioden (LEDs) mit Metallbeinen, die auch als Leitungen bezeichnet werden und die LED mit einem elektrischen Schaltkreis verbinden.Diese LEDs werden normalerweise von einer kleinen, farbigen Plastikbirne bedeckt.Diese Glühbirne hat einige Funktionen.Es verbreitet das Licht gleichmäßiger, so dass es nicht nur in eine Richtung leuchtet.Es schützt auch die winzigen Teile in der LED vor Schaden und hält Staub und Feuchtigkeit fern.
Führende LEDs haben ein einfaches Design, das sie in vielen elektronischen Projekten sehr nützlich und einfach zu bedienen macht.Aufgrund dieses einfachen Designs werden sie häufig als Indikatorlichter verwendet, um anzuzeigen, ob ein Gerät ein- oder ausgeschaltet ist.Sie können sie auch in digitalen Displays finden, wie diejenigen auf Taschenrechnern und Uhren, bei denen sie dazu beitragen, Zahlen und andere Informationen anzuzeigen.
Für dekorative Beleuchtung sind Blei -LEDs ein Favorit, da sie leicht eingerichtet sind und verwendet werden können, um viele verschiedene Beleuchtungsmuster zu erzeugen.Die Metallbeine machen es einfach, sie an Leiterplatten zu befestigen oder sie mithilfe von Breadboards zum Testen zu verbinden.Dies macht sie sowohl bei Hobbyisten als auch bei professionellen Ingenieuren beliebt.Sie sind in vielen Farben und Größen erhältlich und tragen zu ihrer Nützlichkeit bei kreativen und praktischen Beleuchtungsanlagen bei.
LEDs vom Typ Chip (Oberflächenhalterung)
Abbildung 3: LEDs vom Typ Chip (Oberflächenhalterung)
Die LEDs vom Chip -Typ (Oberflächenhalterung) sind eine moderne Verbesserung der LED -Technologie, die direkt an den gedruckten Leiterplatten (PCB) angebracht ist.Sie sind viel kleiner und effizienter als herkömmliche LAMP -LEDs, wodurch sie perfekt für kleine elektronische Geräte wie Smartphones, Tablets und LED -Fernseher perfekt sind.
Der Hauptvorteil von Chip -Typ -LEDs ist ihre geringe Größe und Effizienz.Da sie kompakt sind, können sie auf PCB zusammengesetzt werden.Dies ermöglicht die Erstellung komplexer elektronischer Designs, die viele verschiedene Dinge tun.Diese enge Platzierung ist sehr hilfreich für moderne Geräte, die in einem kleinen Raum gut funktionieren müssen.Chip -Typ -LEDs verwenden auch Energie besser.Sie verwandeln mehr Elektrizität mit weniger Wärme in Licht, was sie länger hält und weniger Strom verbraucht.Dies ist besonders nützlich für Geräte, die auf Batterien laufen und Energie sparen, sehr wichtig.
Mit der für Chip -LEDs verwendeten Surface Mount Technology (SMT) können Maschinen sie schnell und genau auf Leiterplatten platzieren.Dies beschleunigt den Herstellungsprozess und senkt die Produktionskosten.Diese Methode stellt auch sicher, dass LEDs konsequent und zuverlässig platziert werden, was für die ordnungsgemäße und lange Zeit der Geräte wichtig ist.
Beide Arten von LEDs arbeiten nach demselben Grundprinzip: Licht erzeugen, wenn ein elektrischer Strom durch ein spezielles Material in ihnen fließt.Die Auswahl zwischen LED -Typ -Typ- und Chip -LEDs hängt von den Projektanforderungen wie Größe, Effizienz und Integration einfach ab.
Wellenlänge und Farbe
Die Farbe einer LED wird durch die Materialien bestimmt, die sie herstellen, die verschiedene Lichtfarben ausgeben, wenn der Strom durch sie fließt.Zwei Hauptfaktoren beeinflussen die Farbe einer LED:
Spitzenwellenlänge (λP)
Abbildung 4: Diagramm, das die Spitzenwellenlänge (λP) einer LED zeigt
Die Spitzenwellenlänge (λP) ist die Wellenlänge, bei der eine LED am meisten Licht emittiert.Beispielsweise scheint eine rote LED bei 630 Nanometern normalerweise am hellsten.Dies bedeutet, dass die LED bei dieser Wellenlänge ihr stärkstes rotes Licht erzeugt. Die KNWW -Kenntnis der Spitzenwellenlänge ist für verschiedene Anwendungen sehr nützlich.Es bestimmt die Farbe und Helligkeit des LED -Lichts.Um die Spitzenwellenlänge zu finden, messen wir das Lichtspektrum der LED und lokalisieren den Punkt, an dem das Licht am intensivsten ist.In der Bildschirmtechnologie hilft die genaue Spitzenwellenlänge beispielsweise die richtigen Farben.In Pflanzenlichtern sollte die Spitzenwellenlänge den Wellenlängen übereinstimmen, die Pflanzen am besten absorbieren, damit sie besser werden können.
Die Spitzenwellenlänge wirkt sich auch auf die Herstellung von LEDs aus.Ingenieure können die Materialien und das Design der LED ändern, um die gewünschte Spitzenwellenlänge zu erhalten, wodurch die LED für bestimmte Verwendungen besser funktioniert.Dies beinhaltet die Auswahl der richtigen Halbleitermaterialien, da diese Materialien die Energie und Wellenlänge des emittierten Lichts bestimmen.
Dominante Wellenlänge (λd)
Abbildung 5: Ein Diagramm, das die dominante Wellenlänge (λd) einer LED zeigt
Die dominante Wellenlänge (λD) ist eine grundlegende Idee bei der Untersuchung der Farbe, insbesondere wenn Sie verstehen, wie menschliche Augen Licht aus LEDs und anderen Lichtquellen sehen.Die dominante Wellenlänge ist die Farbe, die die Menschen am deutlichsten sehen, wenn sie eine Lichtquelle betrachten, auch wenn dieses Licht aus verschiedenen Farben besteht.Diese Messung ist wichtig, da das menschliche Sehen diese mehreren Farben zu einer Hauptfarbe kombiniert, die wir wahrnehmen.Wenn ein LED Licht ausgeht, ist dies normalerweise in einer Reihe von Farben.Diese individuellen Farben mischen sich zusammen, und die dominante Wellenlänge ist die Farbe, die am menschlichen Auge am meisten abfällt.Das Finden dieser Farbe ist nicht immer einfach, da sie von der spezifischen Mischung und Stärke der verschiedenen Farben abhängt.Dieser Prozess beinhaltet detaillierte Berechnungen, die überlegen, wie empfindliche menschliche Augen für verschiedene Teile des Lichtspektrums sind.
Um die dominante Wellenlänge zu finden, wird ein Gerät namens Spektrometer verwendet, um das Licht aus der LED zu untersuchen.Die gesammelten Daten zeigen, wie stark das Licht bei jeder Farbe ist.Diese Informationen werden dann in einem Chromatizitätsdiagramm aufgetragen, bei dem es sich um ein Diagramm handelt, das Farben darstellt, die auf dem menschlichen Sehen basieren.Die dominante Wellenlänge wird durch Zeichnen einer Linie aus einem zentralen weißen Punkt auf dem Diagramm durch die Koordinaten der Lichtquelle und das Ausdehnen auf den Rand des Diagramms gefunden.Der Punkt, an dem diese Linie auf die Kante trifft, ist die dominierende Wellenlänge.
Das Wissen der dominanten Wellenlänge ist in Feldern sehr nützlich, in denen eine präzise Farbe benötigt wird, z.Durch die Kontrolle der dominanten Wellenlänge können Hersteller LEDs erstellen, die spezifische Farben emittieren, die für verschiedene Zwecke geeignet sind, z. B. Pflanzen helfen, mit bestimmten hellen Farben besser zu werden oder helle und realistische Farben auf Bildschirmen zu produzieren.
Weißes Licht mit LEDs erstellen
Abbildung 6: Zwei Methoden zum Erstellen von weißem Licht mit LEDs
Das Erstellen von weißem Licht mit LEDs beinhaltet zwei Hauptmethoden mit jeweils eigenen Vorteilen und Verwendungen.
Eine Methode besteht darin, Rot-, Grün- und Blau -LEDs (RGB) zu kombinieren.Durch sorgfältiges Einstellen der Intensität dieser drei Primärfarben können sie gemischt werden, um weißes Licht zu erzeugen.Diese Technik wird üblicherweise in Geräten verwendet, die eine präzise Farbkontrolle und eine genaue Farbdarstellung benötigen, wie z. B. Vollfarb-LED-Displays und dekorative Beleuchtung.Obwohl diese Methode eine hervorragende Kontrolle über die Farbleistung bietet, ist sie komplexer und teurer im Vergleich zu der blauen LED mit gelbem Phosphoransatz.Es erfordert fortschrittliche Steuerungsschaltungen und Kalibrierung, um sicherzustellen, dass sich die Farben korrekt mischen, um weißes Licht zu erzeugen.
Die andere Methode verwendet eine blaue LED, gepaart mit einer gelben Phosphorbeschichtung.Wenn die blaue LED eingeschaltet ist, erregt sie das gelbe Phosphor, wodurch gelbes Licht ausgeht.Die Kombination aus dem verbleibenden blauen Licht und dem emittierten gelben Licht erzeugt weißes Licht.Diese Methode ist beliebt, da sie einfach und kostengünstig ist und sie für eine Vielzahl von Beleuchtungsanwendungen geeignet ist.Es kann jedoch manchmal zu einem weißen Licht mit einer leichten blauen oder kühlen Farbton führen, die für jede Situation möglicherweise nicht ideal ist.
Jede Methode wird auf der Grundlage der gewünschten Balance zwischen Kosten, Komplexität und Farbqualität ausgewählt.Die RGB-LED-Methode wird für Anwendungen ausgewählt, bei denen eine präzise Farbabstimmung und eine hohe Lichtleistung erfordern, während die blaue LED mit gelber Phosphormethode häufig für die Einfachheit und Erschwinglichkeit bevorzugt wird.
LED -Beleuchtungseffizienz
LEDs verbrauchen viel weniger Energie als herkömmliche Glühbirnen und sparen bis zu 90% der Energie.Sie erzeugen Licht, indem sie einen elektrischen Strom durch einen kleinen Chip übertragen und winzige Lichtquellen, die als LEDs bezeichnet werden, aufleuchten.Im Gegensatz zu Glühbirnen, die durch Erhitzen eines Filaments Licht erzeugen, bis es glüht, erzeugen LEDs Licht mit viel weniger Energie.
LEDs haben Teile, die als Kühlkörper bezeichnet werden, die mit der Wärme umgehen, die sie herstellen.Diese Kühlkörper nehmen die Hitze aus und verteilen die LEDs gut funktionieren.Gutes Wärmemanagement lässt LEDs länger halten und hält sie hell.Wenn die Hitze nicht gut behandelt wird, können sich LEDs schneller abnutzen und dimmer werden.Wie lange LEDs dauern und wie gut sie funktionieren, hängt davon ab, wie gut sie sind und wie gut ihre Kühlkörper funktionieren.
Lebensdauer und Verschlechterung
Lebensdauer und Zusammenbruch sind Hauptpunkte bei der Verständnis der Leistung von LED (Light -emittierende Diode).Im Gegensatz zu normalen Glühbirnen, die normalerweise plötzlich ausbrennen, werden LEDs im Laufe der Zeit langsam dimmer.Dieser langsame Dimmprozess wird als Lumen -Abschreibung bezeichnet.
Lumen -Abschreibungen treten auf, da die Materialien innerhalb der LED abnutzen, was dazu führt, dass sie weniger Licht erzeugen.Normalerweise messen wir das Leben einer LED an dem Punkt, an dem seine Helligkeit auf 70% ihres ursprünglichen Niveaus gesunken ist.Wenn beispielsweise eine LED bei 1000 Lumen beginnt, wird ihre Nutzungsdauer in Betracht gezogen, wenn ihre Helligkeit auf 700 Lumen fällt.
Mehrere Dinge können zu Lumen -Abschreibungen bei LEDs wie Temperatur, elektrischer Spannung und der Qualität der Materialien führen, die zur Herstellung verwendet werden.Hohe Temperaturen können den Abschluss aus LED -Teilen beschleunigen, was sie schneller dimem macht.In ähnlicher Weise kann die elektrische Spannung wie zu viel Strom oder Spannung das Leben einer LED verkürzen, indem er zusätzliche Schäden an den inneren Teilen verursacht.
Die Qualität der Materialien, die zur Herstellung von LEDs verwendet werden, wirkt sich auch stark aus, wie lange sie dauern.LEDs mit besseren Materialien und Konstruktionsmethoden dauern in der Regel länger und schwacher.Andererseits können LEDs mit geringerer Qualität schneller schwimmen und eine kürzere Nutzungsdauer haben.
Lumen -Abschreibungen treten auf, wenn LEDs im Laufe der Zeit die Helligkeit verlieren.Dies kann durch mehrere Hauptfaktoren verursacht werden:
• Übermäßige Wärme kann die inneren Teile der LED beschädigen.Kühlkörper helfen, diese Hitze zu verwalten, aber wenn sie nicht gut funktionieren, können die LED -Teile schaden.
• Hohe elektrische Ströme und Spannungen können die Komponenten innerhalb der LED abnutzen.Diese Verschleiß kann die LED weniger hell machen.
• Die in LEDs verwendeten Materialien, insbesondere weiße, können sich im Laufe der Zeit verschlechtern.Dieser Materialverlust führt auch zu einem Verlust der Helligkeit.
• Umgebungsbedingungen wie Feuchtigkeit und Staub können LEDs beeinflussen.Feuchtigkeit kann dazu führen, dass Teile oder Kurzschlussstaub das Licht blockieren oder den Betrieb der LED stören.
Anwendungen von LEDs
LEDs oder Lichtdioden haben die Beleuchtungsindustrie stark verändert, da sie vielseitig und effizient sind.Sie können auf viele Arten verwendet werden, von regulären Glühbirnen bis hin zu integrierten Vorrichtungen.Einer der Hauptvorteile von LEDs ist ihre geringe Größe, die kreative und innovative Beleuchtungsdesigns ermöglicht.Dies macht LEDs perfekt, um herkömmliche Glühbirnen zu ersetzen und in kundenspezifische Leuchten eingebaut zu werden, wodurch lang anhaltende und energiesparende Beleuchtungslösungen führen.
In Hybridbeleuchtungslösungen werden LEDs mit herkömmlichen Beleuchtungsdesigns kombiniert.Diese Systeme verfügen häufig über austauschbare LED -Teile in speziell gestalteten Vorrichtungen, wodurch sie einfach sind, diese zu pflegen und zu aktualisieren.Diese Kombination nimmt die besten Teile von alten und neuen Beleuchtungstechnologien ein und verbessert die allgemeine Benutzererfahrung.
LEDs können an vielen verschiedenen Orten verwendet werden, von Häusern bis hin zu industriellen Umgebungen.Ihre Energieeffizienz ist ein großer Vorteil, da LEDs im Vergleich zu herkömmlichen Lichtern weniger Leistung nutzen.Dies bedeutet niedrigere Energiekosten und einen geringeren Einfluss auf die Umwelt.Außerdem dauern LEDs länger, sodass sie nicht so oft ersetzt werden müssen und Zeit und Geld sparen müssen.
Wärmemanagement in LEDs
Abbildung 7: Wärmemanagement in LEDs
Das ordnungsgemäße Wärmemanagement ist sehr hilfreich für die Funktionsweise von LEDs und wie lange sie dauern.Wenn LEDs verwendet werden, erzeugen sie Wärme.Wenn diese Wärme nicht gut behandelt wird, kann sie die LEDs schnell schädigen und sie weniger effizient machen und ihr Leben verkürzen.
Ein wesentlicher Teil der Verwaltung von LED -Wärme ist der Kühlkörper.Kühlkörper helfen, indem Sie die Wärme von der LED -Chip -Verbindung mit der Leiterplatte ausbreiten und so kühler sind.Wie gut ein Kühlkörper funktioniert, hängt sehr davon ab, woraus er besteht und sein Design.
Materialien wie Aluminium und Kupfer werden häufig für Kühlkörper verwendet, da sie die Wärme effizient weg bewegen können.Außerdem umfasst das Design von Kühlkörper normalerweise Merkmale wie Flossen, die die Oberfläche erhöhen, die Wärme freisetzen kann.Diese größere Oberfläche hilft dem Kühlkörper, die Wärme aus der LED auszubreiten, die LED kühler zu halten und sicherzustellen, dass er lange gut funktioniert.
Unterschiede zwischen LED und traditioneller Beleuchtung
LEDs bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Glühlampen- und CFL -Beleuchtung (Compact Fluoreszenzlampe), insbesondere in Lichtrichtung und Farbbereich:
• Richtungsbeleuchtung: LEDs emittieren Licht in eine bestimmte Richtung, ideal für gezielte Beleuchtungsbedürfnisse wie Leselampen oder Scheinwerfer.Im Gegensatz dazu geben Glühbirnen und CFL -Lampen Licht und Wärme in alle Richtungen aus und erfordert häufig Reflektoren oder Schattierungen, um das Licht zu fokussieren, was zu einer Energieverschwendung führt.
• Farboptionen: LEDs bieten eine breite Palette von Farben, einschließlich Bernstein, Rot, Grün und Blau.Weißes Licht kann durch Mischen verschiedener farbiger LEDs (z. B. Rot, Grün und Blau) oder mit Phosphor-beschichteten LEDs erzeugt werden, die weißes Licht aus emittieren, wenn blau oder ultraviolettes Licht durch den Phosphor verläuft.Diese breite Farbreichtum ermöglicht es LEDs, verschiedene Beleuchtungsbedürfnisse zu erfüllen, von warmer, gemütlicher Beleuchtung bis hin zur hellen, Tageslichtbeleuchtung.
Wie funktionieren LEDs?
Abbildung 8: Struktur einer LED
LEDs (leichte Dioden) wirken wie Dioden und geben Licht ab, wenn sie voreingenommen sind.In diesem Setup ist die negative Seite (Kathode) mit dem negativen Anschluss einer Stromquelle verbunden, und die positive Seite (Anode) ist mit dem positiven Anschluss verbunden.Diese Anordnung ermöglicht es, Elektronen aus dem N-Region-Energie zu gewinnen und sich in Richtung der P-Region zu bewegen.Wenn diese Elektronen die Kreuzung überqueren und Löcher in der P-Region treffen, füllen sie Energie als Licht frei.
Die Lichtfarbe, die ein LED emittiert, hängt von den verwendeten Halbleitermaterialien ab.Zum Beispiel erzeugt Galliumarsenid Infrarotlicht, während Galliumphosphid grünes oder rotes Licht produzieren kann.Diese Farbunterschiede stammen aus den verschiedenen Energieniveaus der Materialien, die die Wellenlänge des abgegebenen Lichts entscheiden.
Eine LED wird mit einem Bleirahmen gebaut, der oft als Amboss bezeichnet wird und mit dem Kathodenanschluss verbunden ist.Dieser Rahmen enthält das Halbleitermaterial.Die P-Region des Halbleiters wird in der Nähe der Oberfläche platziert, um sicherzustellen, dass mehr Licht aus der LED herauskommt, anstatt im Inneren gefangen zu werden.Dieses Design erhöht die Helligkeit und Wirksamkeit der LED.
Abschluss
LEDs haben viele Vorteile gegenüber traditionellen Lichtern.Sie verbrauchen weniger Energie, halten länger und bieten eine bessere Lichtqualität.LEDs wirken, indem sie Elektronen durch einen Halbleiter bewegen und die elektrische Energie direkt mit sehr wenig Wärme in Licht verwandeln.Sie können unterschiedliche Farben basierend auf den verwendeten Materialien produzieren, und die unterschiedlichen Designs von LAMP- und Chip -LEDs machen sie noch nützlicher.Wenn sich die Technologie verbessert, werden die LEDs immer besser, bieten mehr Vorteile und werden in mehrfacher Hinsicht eingesetzt.Wenn Sie verstehen, wie LEDs funktionieren und ihre Vorteile haben, wird klar, warum sie zur bevorzugten Wahl für die Beleuchtung in unseren Häusern, Büros und darüber hinaus werden.
Häufig gestellte Fragen [FAQ]
1. Wie funktioniert die LED -Anzeige?
Ein LED-Display funktioniert mit vielen kleinen Leuchten, die als Leuchtdioden (LEDs) bezeichnet werden.Diese winzigen Lichter leuchten in verschiedenen Farben, um Bilder und Text zu erstellen.Elektronische Schaltkreise steuern diese Lichter und schalten sie schnell ein und aus, um die gewünschten Bilder und Muster anzuzeigen.
2. Wofür werden die beiden wichtigsten LEDs verwendet?
LEDs werden hauptsächlich für Beleuchtung und Anzeigen verwendet.Für die Beleuchtung bieten sie helles und energiesparendes Licht für Häuser, Straßen und Fahrzeuge.Für Displays werden sie in Bildschirmen für Fernseher, Computer und Werbetafeln verwendet.
3. Was ist das Prinzip der LED und seiner Arbeit?
Das Prinzip einer LED basiert auf einem Prozess, der als Elektrolumineszenz bezeichnet wird.Wenn ein elektrischer Strom durch das Material der LED fließt, gibt er Licht ab.Dies geschieht, weil die elektrische Energie dazu führt, dass Elektronen mit anderen Partikeln kombiniert und Energie als Licht freigesetzt werden.
4. Warum sind LEDs wichtig?
LEDs sind wichtig, weil sie Energie sparen, lange dauern und gut für die Umwelt sind.Sie verbrauchen weniger Strom als herkömmliche Lichter und haben ein viel längeres Leben, sodass sie nicht so oft ersetzt werden müssen.
5. Was sind die Vorteile von LEDs?
Zu den Vorteilen von LEDs gehört die Verwendung weniger Energie, eine längere Lebensdauer, dauerhafter, kleiner und schneller ein- und ausgeschaltet.Sie produzieren auch weniger Wärme und sind in vielen Farben erhältlich, was sie für verschiedene Zwecke nützlich macht.