Was ist LED?
Die vollständige Bezeichnung von LED lautet Leuchtdiode, kurz Energiesparlampe. Die hohe Effizienz, Energieeinsparung und Umweltschutz sowie andere Faktoren der LED ersetzten schnell die bisherige Glühlampe. Es ist schwer, die bisherige Glühlampe auf dem Markt zu sehen, und die Heim- und Kommerzialisierung von LED wird immer häufiger, oder eine so magische Energiesparlampe, die die Erde beleuchtet, wie leuchtet sie? Welche Art von Licht kann es ausstrahlen?
Tatsächlich ist das Kernelement der LED das, was wir normalerweise Halbleiter nennen.
Klassifizierung von Halbleitern
Nachdem wir die Struktur von LED verstanden haben, werden wir uns auf den Kernteil des LED-Halbleiters konzentrieren. Halbleiter sind, wie der Name schon sagt, zur Hälfte leitend und zur anderen Hälfte nicht leitend, aber das ist nicht sehr geeignet. Es versteht sich, dass die Leitfähigkeit zwischen dem Leiter und dem Isolator liegt. Außerdem können Halbleiter in P-Typ- und N-Typ-Halbleiter unterteilt werden. Der Unterschied zwischen P-Typ- und N-Typ-Halbleitern besteht darin, dass sie unterschiedlich dotiert sind.
Halbleiter enthalten Minoritäts-“Löcher” (Löcher existieren eigentlich nicht, sondern eine Art virtuelle Teilchen, die positiv geladen sind) und mehrere “Elektronen (negativ geladen)”. Im Allgemeinen sind die Minoritätsträger-“Löcher”, die in Halbleitern vom P-Typ enthalten sind, mehr als die von Mehrträgerelektronen, während die Mehrträgerelektronen in N-Typ-Halbleitern mehr als die Minoritäts-“Löcher” sind.
Warum kann LED Licht emittieren?
Wenn wir Spannung an die beiden Halbleiter anlegen, laufen die Elektronen in einem Halbleiter unter der Wirkung des elektrischen Feldes aus und die Löcher im anderen Halbleiter laufen unter der Wirkung des elektrischen Feldes aus. Wenn sich Löcher und Elektronen treffen Wenn sich die Lücken zwischen den massiven Halbleitern treffen, tritt ein “Elektron-Loch-Paar”-Annihilationsphänomen auf, dh das “Elektron-Loch-Paar” verschwindet.
Nach dem Energie- und Impulserhaltungssatz wird es in ein Photonenpaar umgewandelt, wobei gleichzeitig andere Energieformen (zB Wärme) freigesetzt werden können. Der Grund, warum die LED nach Anlegen einer bestimmten Spannung Licht emittieren kann, liegt am Vernichtungseffekt des “Elektron-Loch-Paares” im Halbleiter.
Wie viele Arten von Licht kann LED emittieren?
Halbleiter haben Energiebandstrukturen und unterschiedliche Halbleiter haben unterschiedliche Energiebandstrukturen. Theoretisch können wir immer einige ideale Materialien finden, damit LEDs Licht in verschiedenen Farben emittieren können, aber aufgrund von Materialbeschränkungen können wir LEDs nur in einer begrenzten Anzahl von Farben emittieren. 2015 wurde Shuji Nakamura in Japan der Nobelpreis für seine herausragenden Beiträge zu hocheffizienten blauen LEDs verliehen. Es ist ersichtlich, dass es schwierig genug ist, blaue LEDs dazu zu bringen, Licht zu emittieren, da sie blaue LEDs emittieren können. Optische Halbleitermaterialien sind schwer zu synthetisieren.
Mit der rasanten Entwicklung der Physik und entsprechender Disziplinen werden immer effizientere, kostengünstigere und energiesparendere Mehrfarben-LEDs effektiv entwickelt.
LED-Chip-Technologie und Anwendungsdesign
Gegenüber herkömmlichen Lichtquellen wie Glühlampen und Kompaktleuchtstofflampen haben Leuchtdioden (LEDs) viele Vorteile wie hohe Lichtausbeute, lange Lebensdauer und hohe Richtwirkung. Sie werden von der Industrie zunehmend bevorzugt und im Markt der Allgemeinbeleuchtung (General Lighting) eingesetzt.
Um die Popularisierung von LED-Beleuchtungsanwendungen zu beschleunigen, gibt es immer noch Kosten-, Technologie- und Normenprobleme, die kurzfristig überwunden werden müssen. Technische Aspekte wie Farbtemperatur, Farbwiedergabe und Effizienzsteigerung müssen noch weiter verbessert werden. Die Anwendung von LEDs im Allgemeinbeleuchtungsmarkt bringt viele Anforderungen mit sich, die systemtechnisch zu berücksichtigen sind, wie LED-Lichtquelle, Leistungsumwandlung, Antriebssteuerung, Wärmeableitung und Optik.
Dünnfilm-Chip-Technologie zeigt ihre Kante
Der Schlüssel zur Entwicklung der LED-Chip-Technologie liegt derzeit in den Substratmaterialien und der Wafer-Wachstumstechnologie. Neben den klassischen Saphirwerkstoffen Silizium (Si) und Siliziumkarbid (SiC) als Grundwerkstoff stehen auch Zinkoxid (ZnO) und Galliumnitrid (GaN) im Fokus der aktuellen Forschung. Ob Hochleistungschips für die Tastenbeleuchtung und Gesamtbeleuchtung oder Low-Power-Chips für dekorative Beleuchtung und einfache Zusatzbeleuchtung – der Schlüssel zum technologischen Fortschritt liegt in der Entwicklung effizienterer und stabilerer Chips.
Daher wird die Verbesserung der Effizienz von LED-Chips der Schlüssel zur Verbesserung der gesamten technischen Indikatoren der LED-Beleuchtung. In nur wenigen Jahren haben LEDs mit Hilfe einer Reihe von technologischen Verbesserungen wie der Chipstruktur, der Oberflächenaufrauung und dem Design mehrerer Quantentopfstrukturen große Durchbrüche in der Lichtausbeute erzielt. Es wird davon ausgegangen, dass mit fortschreitender Reife der Technologie die LED-Quanteneffizienz weiter verbessert und auch die Lichtausbeute von LED-Chips erhöht wird.
Die Dünnfilmtechnologie ist die Schlüsseltechnologie zur Herstellung superheller LED-Chips, die den seitlichen Lichtverlust reduzieren kann. Durch die untere reflektierende Oberfläche können mehr als 97% des Lichts von vorne abgegeben werden, was nicht nur die LED-Lichtausbeute erheblich verbessert, sondern auch das Linsendesign Es ist einfacher.
Vorteile der LED-Lichtquelle
Die Lebensdauer von Lampen ist seit jeher eines der Hauptthemen, um die sich jeder kümmert. Um ein gutes Wärmeableitungssystem für Lampen aufzubauen, reicht es nicht aus, LED-Komponenten mit geringem Wärmewiderstand auszuwählen. Der Wärmewiderstand vom PN-Übergang zur Umgebung muss effektiv reduziert werden, um die PN-Übergangstemperatur der LED so weit wie möglich zu reduzieren und die Lebensdauer der LED-Lampe und den tatsächlichen Lichtstrom zu erhöhen.
Anders als bei herkömmlichen Lichtquellen ist PCB der Stromversorgungsträger der LED und auch der Wärmeableitungsträger. Daher ist auch das Design der Wärmeableitung von PCB und Kühlkörper besonders wichtig. Darüber hinaus sind das Material, die Dicke, die Flächengröße des Wärmeableitungsmaterials, die Behandlung der Wärmeableitungsschnittstelle und die Anschlussmethode Faktoren, die der Lampenhersteller berücksichtigen muss.
*Optisches Design sollte LED-Standards gut nutzen*
Die Direktionalität und die Punktlichtquelle von LED sind eine der typischsten Eigenschaften, die sich von herkömmlichen Lichtquellen unterscheiden. Die Nutzung dieser beiden Eigenschaften der LED ist der Schlüssel zum optischen Design von Lampen. Durch das sekundäre optische Design von LEDs können LED-Lampen eine relativ ideale Lichtverteilungskurve erreichen.
Beispielsweise muss bei der gesamten Innenbeleuchtung die Helligkeit der Lampen hoch sein, und ein Lampenschirm mit höherer Durchlässigkeit kann verwendet werden, um die Lichtextraktionseffizienz zu verbessern; es gibt auch Lampen Die Lichtleiterplattentechnologie wird hinzugefügt, um die LED-Punktlichtquelle zu einer Oberflächenlichtquelle zu machen, um ihre Gleichmäßigkeit zu verbessern und Blendung zu vermeiden.
Darüber hinaus erfordern einige Zusatz- und Akzentbeleuchtungen einen bestimmten lichtsammelnden Effekt, um das beleuchtete Objekt hervorzuheben, und Sie können wählen, ob einige lichtsammelnde Linsen oder Reflektoren den optischen Anforderungen entsprechen.
*Treiberdesign muss einen konstanten Stromausgang gewährleisten*
Die Anforderung an die LED für die Treiberschaltung besteht darin, eine konstante Stromausgabe sicherzustellen. Wenn die LED in Vorwärtsrichtung arbeitet, ist der relative Änderungsbereich der LED-Durchlassspannung klein. Um den konstanten LED-Treiberstrom sicherzustellen, muss die konstante Ausgangsleistung der LED sichergestellt werden. Darüber hinaus ist das Dimmdesign auch eines der Mainstream-Designs der aktuellen Treiberschaltung.
Dies wird eher bei einigen Szenenbeleuchtungen verwendet. Unterschiedliche Helligkeit kann an unterschiedliche Umgebungen angepasst werden, um Energiespareffekte vollständig zu erzielen. Derzeit dreht sich die Hauptentwicklungsrichtung des Treibers um die Verbesserung des Leistungsfaktors der Stromversorgung, die Reduzierung des Stromverbrauchs, die Verbesserung der Steuerungsgenauigkeit und die Beschleunigung der Reaktionsgeschwindigkeit.
Neben dem Design der Antriebsstromversorgung sind auch die Leiterplattenverdrahtung und die Reihen-Parallel-Schaltung zu berücksichtigen.
*Unentbehrlich für die Standardeinstellung*
Als brandneues Feld erfordert die LED-Beleuchtung die Formulierung von Produktnormen, Messnormen, Steuerungs- und Schnittstellennormen usw. Darüber hinaus sind die aktuellen LED-Beleuchtungsprodukte auf dem Markt uneinheitlich und viele Produktinformationen sind nicht vollständig, was Verbraucher leicht irreführen.
Einschließlich des Wettbewerbs zwischen organischen Leuchtdioden (OLED) und anderen hocheffizienten Lichtquellen und traditionellen kostengünstigen Lichtquellen benötigt die LED-Beleuchtungsindustrie dringend ein vollständiges Standardsystem, um die gesunde und nachhaltige Entwicklung der Branche zu erhalten und zu fördern. Derzeit fördert das US-Energieministerium (DOE) aktiv entsprechende Standards für Halbleiterbeleuchtung, und China, die Provinz Taiwan, Südkorea, Japan usw. entwickeln ebenfalls aktiv LED-Standards.
*Entfernen Sie Phosphore, schränken Sie die Lichtausbeute bei niedriger Farbtemperatur ein*
Die Innenbeleuchtung neigt zu einer niedrigen Farbtemperatur unter 4000 K. Warmweißes Licht macht die gesamte Umgebung warmer und entspannender; während kaltweißes Licht den Menschen ein sauberes, effizientes und helles Gefühl vermittelt, das sich für Bürobeleuchtung und Außenbeleuchtung eignet. Beeinflusst durch Leuchtstoffe ist die Lichtausbeute von LEDs bei niedrigen Farbtemperaturen oft um ca. 30 % geringer als bei hohen Farbtemperaturen.
*Hybrid-Rot-LED berücksichtigt Lichtausbeute und Farbwiedergabeindex*
Je höher die Lichtausbeute der LED, der Farbwiedergabeindex ist oft etwas niedrig und die Innenbeleuchtung erfordert, dass Helligkeit und Farbe des Objekts objektiv angezeigt werden können, um den tatsächlichen Effekt der direkten Beobachtung der Außenszenerie durch das menschliche Auge zu erzielen , daher ist in der Regel eine höhere Farbwiedergabe erforderlich. Dies erfordert, dass die LED den Farbwiedergabeindex weiter erhöht und gleichzeitig die Lichtausbeute erhöht, aber es ist auch möglich, einige rote LEDs auf Lampenebene zu mischen, um den Effekt eines Anzeigeindex von mehr als 90 zu erzielen.
*Verbessern Sie die Effizienz von Hochstromantrieben und senken Sie die LED-Kosten*
In diesem Stadium kann der Betriebsstrom einer 1-Watt-LED 350 bis 1.000 mA erreichen, aber normalerweise sinkt unter Hochstrom-Betriebsbedingungen der Gesamtwirkungsgrad erheblich, obwohl der Lichtstrom zunimmt, sodass eine Lücke zwischen den Gesamtkosten und dem System besteht is Lichtausbeute Es gilt, ein Gleichgewicht zu finden. Wenn die Lichtausbeute von LEDs bei Hochstromansteuerung verbessert werden kann, kann die Anzahl der erforderlichen LEDs unter der Prämisse einer höheren Systemlichtausbeute stark reduziert werden, wodurch die Kosten erheblich gesenkt werden.
*Die Reduzierung der Gehäusegröße der LED erhöht die Designflexibilität*
Unter der Prämisse Energieeinsparung, Umweltschutz und Gesundheit wird sich auch die Entwicklung von LED-Innenleuchten und Laternen in Richtung Kunst, Miniaturisierung und Individualisierung entwickeln. Daher kann die Reduzierung der Gehäusegröße von LEDs die Flexibilität und den Innovationsraum beim Lampendesign erhöhen. In manchen Fällen, in denen Lichtmischung verwendet werden muss, um die Farbwiedergabe zu verbessern, erleichtert eine kleinere Packungsgröße das Design der Lichtmischlinse und die Wirkung der Lichtmischung.
