Wat zijn LED's en hoe werken ze?

LED's, of lichte emitterende diodes, hebben de manier veranderd waarop we denken over verlichting omdat ze energie besparen, langer meegaan en op veel verschillende manieren kunnen worden gebruikt.In tegenstelling tot ouderwetse gloeilampen die licht maken door een draad te verwarmen, creëren LED's licht door een elektrische stroom te verplaatsen door een speciaal materiaal dat een halfgeleider wordt genoemd.Deze manier om licht te maken gebruikt veel minder energie en wordt niet zo heet.Vanwege deze voordelen worden LED's gebruikt voor alles, van kleine lichten in gadgets tot grote verlichtingssystemen in gebouwen.Ze zijn er in verschillende typen en kleuren, elk geschikt voor verschillende toepassingen.Leren hoe LED's werken en waarom ze beter zijn dan traditionele lichten helpt ons te zien waarom ze vandaag zo populair worden.

Catalogus

Figuur 1: LED's of lichte dioden

Definitie en basisbewerking

LED's, of lichte emitterende diodes, zijn apparaten die licht uitzenden wanneer een elektrische stroom erdoorheen gaat.Elke LED is samengesteld uit twee materialen: een P-type met veel gaten (positieve ladingsdragers) en een N-type met veel elektronen (negatieve ladingsdragers).Wanneer een voorwaartse spanning wordt toegepast, krijgen elektronen uit het N-type regio energie en gaan naar het P-type gebied.Bij de P-N Junction vullen elektronen de gaten in, waardoor energie als licht wordt vrijgegeven.

In tegenstelling tot traditionele lichtbronnen, zoals gloeilampen die elektrische energie omzetten in warmte en vervolgens licht, zetten LED's elektrische energie direct in licht om.Dit proces is veel efficiënter en produceert minder warmte en het gebruik van minder energie.Bijgevolg hebben LED's de voorkeur voor hun energie -efficiëntie en een lange levensduur, die minder frequente vervangingen vereisen en steviger prestaties bieden.

Soorten LED's

Lamptype LED's (geleid)

Afbeelding 2: LED's van het lamptype (geleid)

LED's van het lamptype (lood) zijn een basistype lichtemitterende diodes (LED's) met metalen benen, ook wel geleiders genoemd, die de LED verbinden met een elektrisch circuit.Deze LED's worden meestal bedekt met een kleine, gekleurde plastic lamp.Deze lamp heeft een paar functies.Het verspreidt het licht gelijkmatiger, dus het schijnt niet in slechts één richting.Het beschermt ook de kleine delen in de LED tegen schade en houdt stof en vocht buiten.

Leadde LED's hebben een eenvoudig ontwerp, waardoor ze in veel elektronische projecten zeer nuttig en gemakkelijk te gebruiken zijn.Vanwege dit eenvoudige ontwerp worden ze vaak gebruikt als indicatielampen om aan te tonen of een apparaat aan of uit is.Je kunt ze ook vinden in digitale displays, zoals die op rekenmachines en klokken, waar ze helpen cijfers en andere informatie te tonen.

Voor decoratieve verlichting zijn lood LED's een favoriet omdat ze gemakkelijk in te stellen zijn en kunnen worden gebruikt om veel verschillende verlichtingspatronen te maken.De metalen benen maken het eenvoudig om ze aan printplaten te bevestigen of te verbinden met behulp van breadboards om te testen.Dit maakt hen populair bij zowel hobbyisten als professionele ingenieurs.Ze komen in vele kleuren en maten, wat bijdragen aan hun nut in creatieve en praktische verlichtingsopstellingen.

Chip -type LED's (oppervlaktebevestiging)

Afbeelding 3: LED's van het chiptype (oppervlaktemontage)

LED's van het chiptype (oppervlaktemontage) zijn een moderne verbetering van de LED -technologie, gemaakt om rechtstreeks op gedrukte printplaten (PCB's) te worden bevestigd.Ze zijn veel kleiner en efficiënter dan traditionele LED's van het lamptype, waardoor ze perfect zijn voor kleine elektronische apparaten zoals smartphones, tablets en LED -tv's.

Het belangrijkste voordeel van LED's van het chiptype is hun kleine formaat en efficiëntie.Omdat ze compact zijn, kunnen ze dicht bij elkaar op PCB's worden geplaatst.Dit zorgt voor het maken van complexe elektronische ontwerpen die veel verschillende dingen doen.Deze nauwe plaatsing is zeer nuttig voor moderne apparaten die goed moeten werken in een kleine ruimte.LED's van het chiptype gebruiken ook beter energie.Ze veranderen meer elektriciteit in licht met minder warmte, waardoor ze langer meegaan en minder vermogen gebruiken.Dit is vooral handig in apparaten die op batterijen worden uitgevoerd, waar het besparen van energie erg belangrijk is.

Met de Surface Mount Technology (SMT) die wordt gebruikt voor LED's van het chiptype kunnen machines ze snel en nauwkeurig op printplaten plaatsen.Dit versnelt het productieproces en verlaagt de productiekosten.Deze methode zorgt ook voor dat LED's consistent en betrouwbaar worden geplaatst, wat belangrijk is voor de apparaten om goed te werken en lang duurt.

Beide soorten LED's werken volgens hetzelfde basisprincipe: het produceren van licht wanneer een elektrische stroom door een speciaal materiaal erin gaat.De keuze tussen lamptype en LED's van het chiptype hangt af van projectvereisten zoals grootte, efficiëntie en integratie gemak.

Golflengte en kleur

De kleur van een LED wordt bepaald door de materialen die worden gebruikt om het te maken, die verschillende kleuren van het licht uitzenden wanneer elektriciteit erdoorheen stroomt.Twee hoofdfactoren beïnvloeden de kleur van een LED:

Piekgolflengte (λp)

Figuur 4: Grafiek met de piekgolflengte (λp) van een LED

Piekgolflengte (λp) is de golflengte waarbij een LED het meeste licht uitzendt.Een rode LED schijnt bijvoorbeeld meestal helderst bij ongeveer 630 nanometer.Dit betekent dat de LED het sterkste rode licht produceert bij deze golflengte. De piekgolflengte is erg nuttig voor verschillende toepassingen.Het bepaalt de kleur en helderheid van het LED -licht.Om de piekgolflengte te vinden, meten we het lichtspectrum van de LED en vinden we het punt waar het licht het meest intens is.In schermtechnologie helpt de exacte piekgolflengte bijvoorbeeld de juiste kleuren te produceren.In plantlicht moet de piekgolflengte overeenkomen met de golflengten die planten het beste absorberen om hen te helpen beter te groeien.

De piekgolflengte heeft ook invloed op hoe LED's worden gemaakt.Ingenieurs kunnen de materialen en het ontwerp van de LED wijzigen om de gewenste piekgolflengte te krijgen, waardoor de LED beter werkt voor specifiek gebruik.Dit omvat het kiezen van de juiste halfgeleidermaterialen omdat deze materialen de energie en golflengte van het uitgezonden licht bepalen.

Dominante golflengte (λd)

Figuur 5: Een grafiek die de dominante golflengte (λd) van een LED toont

Dominante golflengte (λd) is een basisidee in de studiestudie, vooral wanneer het begrijpt hoe menselijke ogen licht zien van LED's en andere lichtbronnen.De dominante golflengte is de kleur die mensen het duidelijkst zien wanneer ze naar een lichtbron kijken, zelfs als dat licht uit verschillende kleuren bestaat.Deze meting is belangrijk omdat menselijk zicht deze meerdere kleuren combineert in één hoofdkleur die we waarnemen.Wanneer een LED licht uitzendt, doet dit meestal een reeks kleuren.Deze individuele kleuren mengen zich samen en de dominante golflengte is de kleur die het meest opvalt in het menselijk oog.Het vinden van deze kleur is niet altijd eenvoudig omdat deze afhangt van de specifieke mix en sterkte van de verschillende kleuren.Dit proces omvat gedetailleerde berekeningen die overwegen hoe gevoelige menselijke ogen zijn voor verschillende delen van het lichtspectrum.

Om de dominante golflengte te vinden, wordt een apparaat genaamd een spectrometer gebruikt om het licht van de LED te bestuderen.De verzamelde gegevens laten zien hoe sterk het licht bij elke kleur is.Deze informatie wordt vervolgens uitgezet op een chromaticiteitsdiagram, een grafiek die kleuren vertegenwoordigt op basis van menselijk zicht.De dominante golflengte wordt gevonden door een lijn uit een centraal wit punt op het diagram te trekken door de coördinaten van de lichtbron en deze uit te breiden naar de rand van de grafiek.Het punt waar deze lijn de rand ontmoet, is de dominante golflengte.

Het kennen van de dominante golflengte is zeer nuttig in velden waar precieze kleur nodig is, zoals in display -technologie, verlichtingsontwerp en elk gebied waar nauwkeurige kleuraanpassing vereist is.Door de dominante golflengte te regelen, kunnen fabrikanten LED's maken die specifieke kleuren uitzenden die geschikt zijn voor verschillende doeleinden, zoals het helpen van planten om beter te worden met bepaalde lichte kleuren of heldere en realistische kleuren op schermen te produceren.

Wit licht creëren met LED's

Figuur 6: Twee methoden voor het creëren van wit licht met LED's

Het creëren van wit licht met LED's omvat twee hoofdmethoden, elk met zijn eigen voordelen en toepassingen.

Eén methode omvat het combineren van rode, groene en blauwe (RGB) LED's.Door de intensiteit van deze drie primaire kleuren zorgvuldig aan te passen, kunnen ze worden gemengd om wit licht te creëren.Deze techniek wordt vaak gebruikt in apparaten die nauwkeurige kleurregeling en nauwkeurige kleurrepresentatie nodig hebben, zoals Full-Colour LED-displays en decoratieve verlichting.Hoewel deze methode uitstekende controle biedt over kleuruitgang, is deze complexer en duurder in vergelijking met de blauwe LED met gele fosforbenadering.Het vereist geavanceerde bedieningscircuits en kalibratie om ervoor te zorgen dat de kleuren correct mengen om wit licht te produceren.

De andere methode maakt gebruik van een blauwe LED gecombineerd met een gele fosforcoating.Wanneer de blauwe LED wordt ingeschakeld, boeit deze de gele fosfor, waardoor deze geel licht uitzendt.De combinatie van het resterende blauwe licht en het uitgezonden gele licht produceert wit licht.Deze methode is populair omdat deze eenvoudig en kosteneffectief is, waardoor het geschikt is voor een breed scala aan lichttoepassingen.Het kan echter soms resulteren in een wit licht met een lichtblauwe of koele tint, die misschien niet ideaal is voor elke situatie.

Elke methode wordt gekozen op basis van de gewenste balans tussen kosten, complexiteit en kleurkwaliteit.De RGB-LED-methode is geselecteerd voor toepassingen die precieze kleurafstemming en hoogwaardige lichtuitgang vereisen, terwijl de blauwe LED met gele fosformethode vaak de voorkeur heeft vanwege zijn eenvoud en betaalbaarheid.

LED -verlichtingsefficiëntie

LED's gebruiken veel minder energie dan traditionele gloeilampen, waardoor tot 90% van de energie wordt bespaard.Ze produceren licht door een elektrische stroom door een kleine chip te passeren, waardoor kleine lichtbronnen worden verlicht, LED's genoemd.In tegenstelling tot gloeilampen, die licht produceren door een gloeidraad te verwarmen totdat deze gloeit, genereren LED's licht met veel minder energie.

LED's hebben onderdelen genaamd koellichamen die helpen omgaan met de hitte die ze maken.Deze koellichamen nemen in en spreiden de hitte uit om de LED's goed te laten werken.Goed warmtebeheer zorgt ervoor dat LED's langer meegaan en houdt ze helder.Als de warmte niet goed wordt behandeld, kunnen LED's sneller verslijten en dimmer worden.Hoe lang LED's duren en hoe goed ze werken, hangt af van hoe goed ze zijn en hoe goed hun koellichamen werken.

Levensduur en degradatie

De levensduur en uitsplitsing zijn de belangrijkste punten bij het begrijpen van LED -prestaties (licht emitting diode).In tegenstelling tot gewone bollen, die meestal plotseling opbranden, worden LED's na verloop van tijd langzaam dimmer.Dit langzame dimproces wordt lumen -afschrijving genoemd.

Lumen -afschrijving vindt plaats omdat de materialen in de LED verslijten, waardoor deze minder licht produceert.We meten meestal het leven van een LED op het punt waarop de helderheid ervan is gedaald tot 70% van het oorspronkelijke niveau.Als een LED bijvoorbeeld begint bij 1000 lumen, wordt de nuttige levensduur ervan overwogen wanneer de helderheid ervan valt tot 700 lumen.

Verschillende dingen kunnen lumenafschrijving veroorzaken bij LED's, zoals temperatuur, elektrische stress en de kwaliteit van de materialen die worden gebruikt om ze te maken.Hoge temperaturen kunnen het slijtage van LED -onderdelen versnellen, waardoor ze sneller dimmen.Evenzo kan elektrische stress, zoals te veel stroom of spanning, het leven van een LED verkorten door extra schade aan zijn interne onderdelen te veroorzaken.

De kwaliteit van de materialen die worden gebruikt om LED's te maken, heeft ook grote invloed op hoe lang ze meegaan.LED's gemaakt met betere materialen en constructiemethoden gaan meestal langer mee en dimmen langzamer.Aan de andere kant kunnen LED's van lagere kwaliteit sneller dimmen en een kortere levensduur hebben.

Lumen -afschrijving vindt plaats wanneer LED's na verloop van tijd de helderheid verliezen.Dit kan worden veroorzaakt door verschillende hoofdfactoren:

• Overmatige warmte kan de interne delen van de LED beschadigen.Kwarmzinkels helpen deze hitte te beheren, maar als ze niet goed werken, kunnen de LED -onderdelen worden geschaad.

• Hoge elektrische stromen en spanningen kunnen de componenten in de LED verslijten.Deze slijtage kan de LED minder helder maken.

• De materialen die worden gebruikt in LED's, vooral witte, kunnen na verloop van tijd afbreken.Deze materiële afbraak leidt ook tot een verlies van helderheid.

• Omgevingscondities zoals vocht en stof kunnen LED's beïnvloeden.Vocht kan ervoor zorgen dat onderdelen roesten of kortsluiting, en stof kan licht blokkeren of de werking van de LED verstoren.

Toepassingen van LED's

LED's, of lichte emitterende diodes, hebben de verlichtingsindustrie veel veranderd omdat ze veelzijdig en efficiënt zijn.Ze kunnen op veel manieren worden gebruikt, van gewone gloeilampen tot ingebouwde armaturen.Een van de belangrijkste voordelen van LED's is hun kleine formaat, dat creatieve en innovatieve verlichtingsontwerpen mogelijk maakt.Dit maakt LED's perfect voor zowel het vervangen van traditionele gloeilampen als ingebouwd in aangepaste armaturen, waardoor langdurige en energiebesparende verlichtingsoplossingen worden geboden.

In hybride verlichtingsoplossingen worden LED's gecombineerd met traditionele lichtontwerpen.Deze systemen hebben vaak vervangbare LED -onderdelen in speciaal ontworpen armaturen, waardoor het gemakkelijk te onderhouden en te upgraden is.Deze combinatie neemt de beste delen van zowel oude als nieuwe verlichtingstechnologieën, waardoor de algehele gebruikerservaring wordt verbeterd.

LED's kunnen op veel verschillende plaatsen worden gebruikt, van huizen tot industriële omgevingen.Hun energie -efficiëntie is een groot voordeel omdat LED's minder stroom gebruiken in vergelijking met traditionele lichten.Dit betekent lagere energierekeningen en een kleinere impact op het milieu.LED's gaan ook langer mee, dus ze hoeven niet zo vaak te worden vervangen, tijd en geld besparen.

Thermisch beheer in LED's

Figuur 7: Thermisch beheer in LED's

Een goed warmtebeheer is zeer nuttig voor hoe goed LED's werken en hoe lang ze meegaan.Wanneer LED's worden gebruikt, produceren ze warmte.Als deze warmte niet goed wordt beheerd, kan het de LED's snel beschadigen, waardoor ze minder efficiënt zijn en hun leven verkorten.

Een groot deel van het beheer van LED -warmte is het koellichaam.Kwarmzinkels helpen door op te zuigen en de hitte weg te spreiden van de verbinding van de LED -chip met de printplaat, waardoor het koeler wordt.Hoe goed een koellichaam werkt, hangt veel af van waar het van is gemaakt en het ontwerp ervan.

Materialen zoals aluminium en koper worden vaak gebruikt voor koellichamen, omdat ze het warmte efficiënt kunnen verplaatsen.Ook omvat het ontwerp van koellichamen meestal functies zoals vinnen, die het oppervlak vergroten dat warmte kan vrijgeven.Dit grotere oppervlak helpt het koellichaam om de hitte van de LED te verspreiden, de LED -koeler te houden en ervoor te zorgen dat deze lang goed werkt.

Verschillen tussen LED en traditionele verlichting

LED's bieden verschillende voordelen ten opzichte van traditionele gloeilampen en CFL (compacte fluorescentielamp) verlichting, met name in lichte richting en kleurbereik:

• Directionele verlichting: LED's stoten licht uit in een specifieke richting, ideaal voor gerichte verlichtingsbehoeften, zoals leeslampen of schijnwerpers.In tegenstelling tot gloeilampen en CFL -lampen stoten licht en warmte uit in alle richtingen, waarbij vaak reflectoren of tinten nodig zijn om het licht te concentreren, wat resulteert in energieverspilling.

• Kleuropties: LED's bieden een breed scala aan kleuren, waaronder barnsteen, rood, groen en blauw.Wit licht kan worden gecreëerd door verschillende gekleurde LED's te mengen (bijv. Rood, groen en blauw) of met fosfor gecoate LED's die wit licht uitstoten wanneer blauw of ultraviolet licht door de fosfor gaat.Met dit brede kleurenbereik kunnen LED's voldoen aan verschillende verlichtingsbehoeften, van warme, gezellige verlichting tot heldere, daglichtachtige verlichting.

Hoe werken LED's?

Figuur 8: Structuur van een LED

LED's (licht emitting diodes) werken als diodes en geven licht af als ze vooroverliefde zijn.In deze opstelling is de negatieve zijde (kathode) verbonden met de negatieve terminal van een stroombron en is de positieve zijde (anode) verbonden met de positieve terminal.Met deze opstelling kunnen elektronen uit de n-regio energie krijgen en naar de p-regio gaan.Wanneer deze elektronen de kruising oversteken en gaten in de p-regio ontmoeten, geven ze energie vrij als licht.

De kleur van het licht dat een LED -uitzending uitzendt, hangt af van de gebruikte halfgeleidermaterialen.Gallium -arsenide produceert bijvoorbeeld infraroodlicht, terwijl galliumfosfide groen of rood licht kan produceren.Deze verschillen in kleur komen van de verschillende energieniveaus van de materialen, die bepalen de golflengte van het afgegeven licht.

Een LED is gebouwd met een loodframe, vaak een aambeeld genoemd, dat is verbonden met de kathodeterminal.Dit frame bevat het halfgeleidermateriaal.De p-region van de halfgeleider wordt nabij het oppervlak geplaatst om ervoor te zorgen dat er meer licht uit de LED komt in plaats van erin te zitten.Dit ontwerp helpt de helderheid en effectiviteit van de LED te vergroten.

Conclusie

LED's hebben veel voordelen ten opzichte van traditionele lichten.Ze gebruiken minder energie, gaan langer mee en bieden een betere lichtkwaliteit.LED's werken door elektronen door een halfgeleider te verplaatsen, waardoor elektrische energie direct in licht wordt omgezet met zeer weinig warmte.Ze kunnen verschillende kleuren produceren op basis van de gebruikte materialen, en de verschillende ontwerpen van lamptype en chip -type LED's maken ze nog nuttiger.Naarmate de technologie verbetert, worden LED's steeds beter, bieden ze meer voordelen en worden ze op meer manieren gebruikt.Door te begrijpen hoe LED's werken en hun voordelen, is het duidelijk waarom ze de voorkeurskeuze worden voor verlichting thuis, kantoren en daarna.

Veelgestelde vragen [FAQ]

1. Hoe werkt het LED -display?

Een LED-display werkt met behulp van veel kleine lichten genaamd Light-Emitting Dodes (LED's).Deze kleine lichten gloeien in verschillende kleuren om foto's en tekst te maken.Elektronische circuits regelen deze lichten en zetten ze snel aan en uit om de gewenste afbeeldingen en patronen te tonen.

2. Waar zijn de twee belangrijkste dingen die LED's voor worden gebruikt?

LED's worden voornamelijk gebruikt voor verlichting en displays.Voor verlichting bieden ze helder en energiebesparende licht voor huizen, straten en voertuigen.Voor displays worden ze gebruikt in schermen voor televisies, computers en billboards.

3. Wat is het principe van LED en zijn werk?

Het principe van een LED is gebaseerd op een proces dat elektroluminescentie wordt genoemd.Wanneer een elektrische stroom door het materiaal van de LED stroomt, geeft deze licht af.Dit gebeurt omdat de elektrische energie ervoor zorgt dat elektronen combineren met andere deeltjes, waardoor energie als licht wordt vrijgeeft.

4. Waarom zijn LED's belangrijk?

LED's zijn belangrijk omdat ze energie besparen, lang duren en goed zijn voor het milieu.Ze gebruiken minder elektriciteit dan traditionele lichten en hebben een veel langer leven, zodat ze niet zo vaak hoeven te worden vervangen.

5. Wat zijn de voordelen van LED's?

De voordelen van LED's omvatten het gebruik van minder energie, een langere levensduur hebben, duurzamer zijn, kleiner zijn en sneller in- en uitschakelen.Ze produceren ook minder warmte en komen in vele kleuren, waardoor ze nuttig zijn voor verschillende doeleinden.