Cuaderno de diseño de iluminación interior

Formas

El LED (diodo emisor de luz) es un dispositivo semiconductor de estado sólido que puede convertir directamente la energía eléctrica en energía luminosa. Empresa de LED Legend Optoelectronics El núcleo del LED es el chip semiconductor. Un extremo del chip está unido al soporte, que es el polo negativo, y el otro extremo está conectado al polo positivo de la fuente de alimentación. Todo el chip está encapsulado en resina epoxi. La oblea semiconductora se compone de dos partes, una parte es un semiconductor tipo P, en el que predominan los agujeros, y la otra parte es un semiconductor tipo N, donde están presentes principalmente los electrones. Pero cuando estos dos semiconductores se conectan entre sí, se forma una "unión pn" entre ellos. Cuando la corriente actúa sobre el chip a través del cable, los electrones serán empujados a la región P, donde se recombinarán con agujeros y luego liberarán energía en forma de fotones. Este es el principio de emisión de luz LED. La longitud de onda de la luz (color de la luz) está determinada por el material que forma la unión pn.

El LED es un semiconductor que convierte la energía eléctrica en energía luminosa. Cambia el principio de luminiscencia del filamento de tungsteno de las lámparas incandescentes y de la luminiscencia del polvo de tres colores primarios de las lámparas de bajo consumo, y utiliza luminiscencia de campo eléctrico. Según el análisis, las características del LED son muy obvias.

Las bombillas y lámparas LED que se muestran en la Figura (19) muestran una larga vida útil, alta eficiencia lumínica, ausencia de radiación y bajo consumo de energía. El espectro de los LED de luz blanca se concentra casi por completo en la banda de luz visible y la eficiencia luminosa puede superar los 150 lm/W (2010). Al comparar el LED con las lámparas incandescentes comunes, las lámparas de ahorro de energía en espiral y las lámparas fluorescentes de tres colores primarios T5, los resultados muestran que la eficiencia de las lámparas incandescentes comunes es de 1,2 lm/w y la vida útil es inferior a 2000 horas; las lámparas de ahorro de energía en espiral son de 60 lm/W y la vida útil es de menos de 8000 horas; la potencia de la lámpara fluorescente T5 es de 96 lm/W, la vida útil es de aproximadamente 1000 horas y también se prevé que el diámetro sea de 5 mm. el límite superior de vida útil del LED será ilimitado en el futuro. Sin embargo, el principio de funcionamiento de las luces LED hace que el problema de la disipación de calor sea muy importante en la industria de la iluminación LED de alta potencia. Muchas soluciones de iluminación LED no prestan suficiente atención a la disipación del calor o tienen un nivel técnico limitado. Por lo tanto, la vida útil real de las lámparas LED de alta potencia producidas en masa es mucho más corta que el valor teórico y la rentabilidad es menor que la de las lámparas tradicionales. Para extender la vida útil de las lámparas LED y hacerlas realmente adecuadas para la producción comercial en masa, la industria de la iluminación LED está intensificando sus esfuerzos para desarrollar nuevos materiales térmicamente conductores, como los plásticos térmicamente conductores, de forma independiente o en cooperación con proveedores profesionales de materiales térmicamente conductores.

Los LED de alta potencia generalmente se refieren a 0,65 W o más. Las diferentes empresas tienen diferentes estándares internos porque no existe un estándar industrial reconocido en el campo de los LED de alta potencia. La relación entre intensidad de luz y lúmenes es pequeña, pero la disipación de calor también es grande. En la actualidad, la alta potencia se utiliza principalmente en una sola aplicación. Además, el área efectiva de disipación de calor es grande y ha aparecido una matriz de luz LED integrada, pero el efecto de disipación de calor no es muy bueno. La potencia baja generalmente es de alrededor de 0,06 W. En la actualidad, las linternas LED se utilizan generalmente con potencia baja y la luz no diverge. Depende del ángulo de emisión de luz del LED, que se divide en ángulo grande y ángulo pequeño. No se dispersa en ángulos pequeños, solo se dispersa en ángulos grandes. Las linternas que se encuentran en el mercado generalmente están hechas de sombreros de paja. Funciona muy bien. Ahora me preocupa que algunos fabricantes no presten atención a la calidad y utilicen LED de baja calidad como linternas. Las luces se apagarán pronto.

El brillo del LED debe estar relacionado con el ángulo de emisión de luz del LED. Cuanto menor sea el ángulo del LED, mayor será el brillo. Nada es súper brillante o no, esto es una mentira para los niños. Si se trata de un LED de buena calidad, no importa qué fabricante de LED lo produzca, el brillo será similar, pero el proceso de producción será diferente y la vida útil será ligeramente diferente. Porque todo el mundo usa esos chips LED extranjeros. Si se trata de un LED de 5 mm con un ángulo de 180 grados, el brillo de la luz blanca es de sólo unos pocos cientos de MCD. Si se trata de un ángulo de 15 grados, alcanzará un brillo de más de 10.000 a 20.000 MCD y la diferencia de brillo. Es docenas de veces. Si se utiliza para iluminación lo mejor es utilizar LED de alta potencia para exteriores, con mayor brillo y una potencia única de 65438.

La temperatura del color no tiene nada que ver con el brillo, el brillo está relacionado con el valor del lumen.

Echemos un vistazo a varios conceptos relacionados:

Flujo de luz

(lm)

Debido a que el ojo humano responde a diferentes longitudes de onda Las sensibilidades de las ondas electromagnéticas son diferentes. No podemos utilizar directamente la potencia radiante o el flujo radiante de la fuente de luz para medir la energía luminosa. En su lugar, debemos utilizar una unidad basada en la percepción de la luz por parte del ojo humano: el flujo luminoso.

El flujo luminoso está representado por el símbolo φ y la unidad es lúmenes (lm).

Intensidad luminosa

(CD)

El flujo luminoso se refiere a la energía luminosa total emitida por la fuente de luz al espacio circundante. La distribución espacial del flujo luminoso emitido por diferentes fuentes de luz es diferente. La unidad de intensidad luminosa es la candela y el símbolo es cd, que representa el flujo luminoso emitido por la fuente de luz dentro de la unidad de ángulo sólido esférico (el ángulo entre la superficie del objeto y la fuente de luz puntual). 1cd = 1lm/1sr (Sr: unidad esférica de ángulo sólido).

Inteligente

(cd/m2)

El brillo se refiere a la intensidad de la luz emitida por un objeto visto por el ojo desde una determinada dirección. La unidad es candela/m2 [cd/m2] y el símbolo es L, que representa el flujo luminoso del cuerpo luminoso dentro de la unidad de área del ángulo sólido en una dirección específica, que es igual a la intensidad luminosa de 1 candela emitida desde la superficie de 1 m2.

Temperatura de color

(Temperatura de color)

Cuando la luz emitida por una fuente luminosa tiene el mismo color que la luz irradiada por un cuerpo negro a una determinada temperatura, la temperatura del cuerpo negro se llama temperatura de la fuente de luz, temperatura de color, expresada en temperatura absoluta k (Kelvin, Kelvin = 273,15).

Reproducción cromática

En principio, la luz artificial debe ser igual a la luz natural, para que las personas puedan distinguir correctamente el color de las cosas a simple vista. Por supuesto, esto depende de la ubicación y el propósito de la iluminación.

El grado en que una fuente de luz presenta el color de un objeto se llama reproducción cromática. A menudo se le llama "índice de reproducción cromática" (Ra). La reproducción cromática se refiere a la relación entre el color verdadero de un objeto (su propio color) y el color que se muestra bajo una fuente de luz estándar. El valor Ra se determina comparando los ocho colores de prueba definidos en el estándar DIN6169 con la fuente de luz bajo prueba. Cuanto menor sea la diferencia de color, mejor será la reproducción cromática del color de la fuente de luz de prueba.

Una fuente de luz con un valor Ra de 100 significa que el color de las cosas que se muestran bajo su luz es el mismo que bajo una fuente de luz estándar.

Información básica

El LED (Diodo Emisor de Luz) es un dispositivo semiconductor de estado sólido que puede convertir directamente la energía eléctrica en energía luminosa. El núcleo del LED es un chip semiconductor. Un extremo del chip está unido a un soporte, que es el polo negativo, y el otro extremo está conectado al polo positivo de la fuente de alimentación. Todo el chip está encapsulado en resina epoxi. La oblea semiconductora se compone de dos partes, una parte es un semiconductor tipo P, en el que predominan los agujeros, y la otra parte es un semiconductor tipo N, donde están presentes principalmente los electrones. Pero cuando estos dos semiconductores se conectan entre sí, se forma una "unión pn" entre ellos. Cuando la corriente actúa sobre el chip a través del cable, los electrones serán empujados a la región P, donde se recombinarán con agujeros y luego liberarán energía en forma de fotones. Este es el principio de emisión de luz LED. La longitud de onda de la luz determina el color de la luz, y el color de la luz está determinado por el material que forma la unión pn. smd led

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Aplicaciones LED

En vista de sus propias ventajas, el LED se utiliza principalmente en los siguientes aspectos:

(1) Las luces LED para pantallas de visualización y fuentes de luz para señales de tráfico tienen las características de resistencia a los golpes, respuesta rápida de la luz, ahorro de energía y larga vida útil. Se utilizan ampliamente en diversas pantallas interiores y exteriores, y se dividen en completas. Pantallas a color, bicolor y monocolor. Hay más de 100 unidades en desarrollo y producción en China. Los semáforos utilizan principalmente LED rojos, verdes y amarillos de brillo ultra alto. Debido al ahorro de energía y la alta confiabilidad de las luces LED, los semáforos se están actualizando gradualmente en todo el país, la velocidad de promoción es rápida y la demanda del mercado es grande, lo que representa una buena oportunidad de mercado.

(2) Aplicaciones en la industria automotriz La iluminación automotriz incluye paneles de instrumentos, indicadores de audio, luces de fondo de interruptores, luces de lectura, luces de freno exteriores, luces traseras, luces laterales, faros, etc. Las lámparas incandescentes para automóviles no son resistentes a impactos e impactos, se dañan fácilmente, tienen una vida útil corta y deben reemplazarse con frecuencia. En 1987, mi país comenzó a instalar luces de freno elevadas en los automóviles. Debido a la rápida velocidad de respuesta del LED, puede recordarle al conductor que frene lo antes posible para reducir los accidentes por colisión trasera. En los países desarrollados, la luz de freno trasera central montada en alto hecha de LED se ha convertido en una característica estándar de los automóviles. El módulo de luces traseras LED para automóviles lanzado por HP Company en los Estados Unidos en 1996 se puede combinar en varias luces traseras de automóviles a voluntad. Además, las fuentes de luz de los componentes de iluminación, como los tableros de instrumentos de los automóviles, se pueden utilizar como lámparas emisoras de luz de brillo ultraalto, por lo que las pantallas LED se están adoptando gradualmente.

La industria automotriz de China se encuentra en un período de gran desarrollo, lo que es una excelente oportunidad para promover los LED de brillo ultra alto. En los últimos años, el valor de la producción anual ha sido de 100 millones de yuanes y alcanzará los 3.000 millones de yuanes en cinco años.

(3) La retroiluminación LED de emisión lateral de alta eficiencia es la más llamativa. Como fuente de retroiluminación de LCD, el LED tiene las características de larga vida útil, alta eficiencia luminosa, ausencia de interferencias y rendimiento de alto costo. Ha sido ampliamente utilizado en relojes electrónicos, teléfonos móviles, máquinas de presión arterial, calculadoras electrónicas, máquinas de tarjetas de crédito, etc. Con la miniaturización de los productos electrónicos portátiles, la retroiluminación LED tiene más ventajas, por lo que la tecnología de fabricación de retroiluminación se desarrollará hacia un menor consumo de energía y uniformidad. El LED es un componente clave de los teléfonos móviles. Un teléfono móvil normal o PHS requiere unos 10 dispositivos LED, mientras que una pantalla a color y un teléfono móvil con función de cámara requieren unos 20 dispositivos LED. En la actualidad, la retroiluminación de los teléfonos móviles es muy grande y cada año se utilizan 3.500 millones de chips LED. En la actualidad, la producción de teléfonos móviles de China es muy grande y la mayoría de sus retroiluminación LED son importadas. Esta es una excelente oportunidad de mercado para los productos LED nacionales.

(4)4) Los primeros productos de fuentes de iluminación LED tienen una baja eficiencia luminosa y la intensidad de la luz solo puede alcanzar de unos pocos a docenas de MCD. Son adecuados para ocasiones en interiores, electrodomésticos, instrumentos y comunicaciones. equipos, microcomputadoras y juguetes esperan. El objetivo directo actual es reemplazar las lámparas incandescentes y fluorescentes con fuentes de luz LED, y esta tendencia de sustitución ha comenzado a desarrollarse en áreas de aplicación locales. Para ahorrar energía, Japón está planeando un proyecto de diodos emisores de luz (llamado "Light Up Japan") para reemplazar las lámparas incandescentes. El presupuesto para los primeros cinco años es de 5 mil millones de yenes. Si la mitad de las lámparas incandescentes y fluorescentes se reemplazan por LED, se puede ahorrar energía equivalente a 6 mil millones de litros de petróleo crudo cada año, lo que equivale a la generación de energía de cinco centrales nucleares de 1,35 × 106 kW. También puede reducir la producción. de gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono y mejorar el entorno de vida de las personas. China también invirtió 5.000 millones de yuanes en 2004 para desarrollar planes de iluminación de semiconductores que ahorren energía y sean respetuosos con el medio ambiente.

(5) Otras aplicaciones, como un popular zapato flash para niños, el LED incorporado parpadeará al caminar. Solo Wenzhou utiliza 500 millones de LED al año utilizando diodos emisores de luz como indicador de cepillos de dientes eléctricos; luces, según los fabricantes nacionales que están en producción, esta empresa de luces LED (5 piezas) tiene una pequeña cantidad de cepillos de dientes saludables en el mercado, y se estima que la producción en masa requerirá 300 millones de luces luminosas. por año las populares luces navideñas LED. Tiene una forma novedosa, colores intensos, no es fácil de romper y es seguro de usar a bajo voltaje. Recientemente se ha vendido con fuerza en Hong Kong y otras regiones del sudeste asiático y es ampliamente bienvenido. por la gente. Amenaza y reemplaza el mercado navideño de bombillas existente.

(6) Los productos LED utilizados para la iluminación interior del hogar son cada vez más populares. ¡Los downlights LED, las luces de techo LED, las luces fluorescentes LED y las luces LED de fibra óptica han entrado silenciosamente en la casa!

Color de iluminación LED

La iluminación LED (Lighting Lighting Diode) es una iluminación de diodos emisores de luz, un dispositivo semiconductor emisor de luz de estado sólido. Utiliza chips semiconductores sólidos como materiales luminiscentes y libera el exceso de energía a través de la recombinación de portadores en el semiconductor, lo que hace que la emisión de fotones emita directamente luz roja, amarilla, azul, verde, cian, naranja, violeta y blanca. Los productos de iluminación LED son aparatos de iluminación fabricados con LED como fuente de luz.

Principio de iluminación

El LED está hecho de compuestos III-IV, como GaAs (arseniuro de galio), GAAP (fosfuro de galio) y otros semiconductores, y su núcleo es una unión PN. Por lo tanto, tiene las características I-N de una unión pn general, es decir, conducción directa, corte inverso y características de ruptura. Además, bajo determinadas condiciones, también tiene propiedades luminiscentes. Bajo voltaje CC, se inyectan electrones desde la región N a la región P, y se inyectan huecos desde la región P a la región N. Una parte de los portadores minoritarios (minority carriers) que entran en la zona opuesta se recombinan con los mayoritarios (múltiples portadores) y emiten luz.

Ventajas del LED

Las características inherentes al LED determinan que tenga muchas ventajas, como por ejemplo:

Primero, su pequeño tamaño

LED Es básicamente un chip muy pequeño, encapsulado en resina epoxi, por lo que es muy pequeño y liviano.

En segundo lugar, bajo consumo de energía

El consumo de energía del LED es bastante bajo, impulsado por CC, un consumo de energía ultrabajo (0,03-0,06 vatios por tubo) y conversión de energía electroóptica. está cerca de los 30.

En términos generales, el voltaje de funcionamiento del LED es de 2-3,6 V y la corriente de funcionamiento es de 0,02-0,03 A, es decir, no consume más de 0,1 W de energía eléctrica y el mismo efecto de iluminación ahorra casi el 80 % de la energía eléctrica. energía que las fuentes de luz tradicionales.

En tercer lugar, larga vida útil

Algunas personas llaman a las fuentes de luz LED lámparas de longevidad. Es una fuente de luz fría sólida, encapsulada con resina epoxi. No hay partes sueltas en el cuerpo de la lámpara y no presenta inconvenientes como quema de filamentos, deposición de calor y atenuación de la luz. Con corriente y voltaje adecuados, la vida útil puede alcanzar entre 60.000 y 654,38 millones de horas, lo que es más de 65.438 millones de veces más que la de las fuentes de luz tradicionales.

En cuarto lugar, alto brillo y baja generación de calor

El LED utiliza tecnología de emisión de luz fría y la generación de calor es mucho menor que la de la iluminación normal.

verbo (abreviatura de verbo) protección del medio ambiente

Los LED utilizan materiales no tóxicos A diferencia de las lámparas fluorescentes que contienen mercurio, que puede causar contaminación, los LED también se pueden reciclar. No hay rayos ultravioleta ni infrarrojos en el espectro y no hay calor ni radiación. Es una fuente de luz fría con poco brillo, por lo que puedes tocarla con confianza. Es una típica fuente de iluminación verde.

6. Resistentes y duraderos

Los LED están completamente encapsulados en resina epoxi y son más resistentes que las bombillas y los tubos fluorescentes. No hay piezas sueltas en el cuerpo de la lámpara, lo que hace que sea menos probable que el LED se dañe. Luces LED

7. Más cambios

Las fuentes de luz LED pueden utilizar los principios de los tres colores primarios: rojo, verde y azul, y bajo el control de la tecnología informática, los tres colores. Puede tener 256 niveles de escala de grises. Y mezclado a voluntad, puede producir 256 × 256 × 256 = 16777216 colores, formando varias combinaciones de diferentes colores de luz para lograr efectos de cambio dinámico colorido y varias imágenes.

8. Tecnología avanzada

En comparación con el efecto luminoso monótono de las fuentes de luz tradicionales, las fuentes de luz LED son productos microelectrónicos de bajo voltaje. Combina con éxito tecnología informática, tecnología de comunicación en red, tecnología de procesamiento de imágenes, tecnología de control integrada, etc. Por lo tanto, también es un producto de información digital, una tecnología de "alta tecnología" de dispositivos optoelectrónicos semiconductores, con las características de programación en línea, actualizaciones ilimitadas y flexibilidad.

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Desventajas del LED

En primer lugar, el LED se considera la tecnología de iluminación artificial más eficiente del mundo. Aunque muchas personas en China todavía piensan que el LED es una tecnología de visualización que reemplaza a la LCD, de hecho, esta tecnología de iluminación de ahorro de energía se ha aplicado desde las décadas de 1960 y 1970, y ahora se utiliza en varios indicadores, alumbrado público, luces navideñas, En los portátiles, la iluminación LED se utiliza mucho en la retroiluminación de los televisores. Debido a su alta eficiencia energética, se cree ampliamente que reemplazar las bombillas tradicionales y las lámparas fluorescentes por luces LED es un enfoque muy respetuoso con el medio ambiente.

Sin embargo, una encuesta reciente realizada por la Universidad de California, Irvine, muestra que los beneficios ambientales del uso de LED probablemente se vean contrarrestados por las sustancias tóxicas que contienen. En el estudio, realizado conjuntamente por el Ministerio de Ecología Social y el Proyecto de Salud Pública, analizaron luces LED rojas, amarillas, verdes y azules en juegos de faroles para árboles de Navidad comúnmente disponibles en el mercado, incluidos LED de alto brillo y de bajo brillo. Productos de brillo.

Los resultados muestran que estas luces LED contienen antimonio, arsénico, cromo, plomo y otros elementos metálicos. Entre ellos, el contenido de elementos tóxicos en algunas lámparas LED ha superado los estándares establecidos por las autoridades reguladoras. Por ejemplo, en las lámparas LED rojas de bajo brillo, los investigadores encontraron que el contenido de plomo excedía el límite legal en 8 veces y el contenido de níquel excedía el límite legal en 2,5 veces.

De hecho, en la ley de California, la gran mayoría de las luces LED se han definido claramente como desechos tóxicos. Si se eliminan en vertederos comunes, contaminarán el suelo y las aguas subterráneas. Y si la luz LED se rompe, el contacto directo también puede causar daños a la salud humana. Pero hasta ahora, ni los gobiernos ni la gente de todo el mundo saben mucho sobre los riesgos ambientales y para la salud de las luces LED.

El informe cree que el arsénico, el plomo, el níquel y el cobre en los LED tienen el impacto más grave en el cuerpo humano y el medio ambiente en el futuro deberían realizarse investigaciones más detalladas y profundas para promover su eliminación. gobierno para formular regulaciones para el uso seguro y el reciclaje de productos LED. En resumen, todo el mundo debería ser consciente de que, aunque el LED ahorra mucho energía, no es en absoluto una opción totalmente respetuosa con el medio ambiente, pero los peligros potenciales que contiene son diferentes a los de otras tecnologías de iluminación.

El segundo punto es que debido a la estrecha superficie única de emisión de luz del LED, es necesario integrarlo en una placa de circuito a gran escala, lo que provocará una gran acumulación de calor y, a veces, averías. de la placa de circuito. Por tanto, la disipación de calor de las luces LED debe ser buena.

El tercer punto es que la luz azul y la luz ultravioleta (es decir, la luz ultravioleta) son las más inaceptables para el ojo humano. La capacidad de la luz azul para matar células activas en el ojo humano es 10 veces mayor que la de la luz verde, y la capacidad de la luz ultravioleta para matar células activas en el ojo humano es 10 veces mayor que la de la luz azul. La exposición prolongada a grandes cantidades de luz azul de baja longitud de onda matará una gran cantidad de células activas en el ojo humano y, finalmente, el cáncer formará placas. La formación de luz blanca LED se basa principalmente en luz azul con una longitud de onda de 450-455 nm para excitar los fósforos. Cuanto menor es la longitud de onda, más fuerte es la capacidad de excitación. Por lo general, la longitud de onda del LED se controla dentro de 500 nm, es decir, 450-455 nm o 455-460 nm, que es la sección más dañina. Si la longitud de onda aumenta, la capacidad de excitar el fósforo disminuirá y la eficiencia disminuirá. Para lograr brillo, la gente suele aumentar la intensidad de la luz azul de los LED. Cuanto más largo es el tiempo de iluminación, más rápido se atenúa el fósforo, lo que hace que la luz en la banda de luz azul a la que están expuestos los ojos humanos sea más fuerte, lo que causa daños a los ojos humanos.

Por lo tanto, existen algunas desventajas en el uso de luces LED en los indicadores de navegación LED, farolas LED y lámparas de escritorio LED en el tráfico rodado. Es fácil causar mareos y molestias durante el uso, e incluso durante mucho tiempo. -El uso a largo plazo puede causar daño ocular y aumentar la probabilidad de enfermedades oculares.

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Concepto de diseño LED

La aparición del LED ha roto los métodos e ideas tradicionales de diseño de fuentes de luz. Actualmente hay dos conceptos de diseño más recientes.

1. Iluminación de escena: Propuesta por Philips en 2008, las lámparas se diseñan según las necesidades del entorno. La iluminación de la escena toma el lugar como punto de partida y tiene como objetivo crear un ambiente de iluminación hermoso y magnífico para mejorar el efecto de la escena y hacer que las personas sientan una atmósfera de escena.

2. Iluminación ambiental: propuesta por Casio en 2009, las luces se diseñan según las necesidades de las personas. La iluminación emocional se basa en las emociones humanas y crea un ambiente de iluminación artística desde una perspectiva humana. La iluminación emocional es diferente a la iluminación de escenas. La iluminación emocional es dinámica y puede satisfacer las necesidades espirituales de las personas y hacer que las personas se sientan emocionales. La iluminación de la escena es estática y solo puede enfatizar las necesidades de la iluminación de la escena y no puede expresar las emociones humanas. En cierto sentido, la iluminación emocional abarca la iluminación de escenas. La iluminación emocional incluye cuatro aspectos: primero, la protección del medio ambiente y el ahorro energético, segundo, la salud, tercero, la inteligencia y cuarto, la humanización.

El Sr. Wu Yulin, director general de Casio Company, compiló el "Libro de iluminación emocional", que es el primer libro en China que lidera la tendencia del diseño de iluminación LED y rompe el monopolio a largo plazo. La teoría del diseño de gigantes extranjeros y permite que las aplicaciones LED tengan más probabilidades de salir al mercado. Contribuiré con los últimos conceptos de diseño de iluminación emocional para compartir con ustedes. Espero que más expertos, académicos y diseñadores participen en la discusión y hagan sugerencias.

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El principio de emisión de luz del LED

El LED de la linterna LED está hecho de compuestos III-IV, como GaAs (fosfuro de galio ), GaAsP (fosfuro de galio) y otros semiconductores cuyo núcleo es una unión PN. Por lo tanto, tiene las características I-N de una unión pn general, es decir, conducción directa, corte inverso y características de ruptura. Además, bajo determinadas condiciones, también tiene propiedades luminiscentes. Bajo voltaje CC, se inyectan electrones desde la región N a la región P, y se inyectan huecos desde la región P a la región N. Una parte de los portadores minoritarios (minority carriers) que entran en la zona opuesta se recombinan con los mayoritarios (múltiples portadores) y emiten luz.

Suponiendo que la luminiscencia se produce en la región P, los electrones inyectados se combinan directamente con los huecos de la banda de valencia para emitir luz, o son primero capturados por el centro luminiscente y luego se combinan con los huecos para emitir luz. Además de esta recombinación luminiscente, algunos electrones son capturados por el centro no luminiscente (este centro está cerca del medio de la banda de conducción y la banda dieléctrica) y luego se recombinan con huecos. La energía liberada cada vez no es lo suficientemente grande como para hacerlo. formar luz visible. Cuanto mayor sea la relación entre la cantidad de recombinación luminiscente y la cantidad de recombinación no luminiscente, mayor será la eficiencia cuántica óptica. Debido a que la recombinación emite luz en la región de difusión del portador minoritario, la luz se genera sólo dentro de unas pocas micras cerca de la superficie de la unión PN.

La teoría y la práctica han demostrado que la longitud de onda máxima λ de la luz está relacionada con el ancho de banda prohibida, por ejemplo, del material semiconductor en el área de emisión de luz, es decir,

λ≈ 1240/Eg (nm)

La unidad de Eg es el electrón voltio (eV). Si se puede producir luz visible (luz violeta con una longitud de onda de 380 nm ~ luz roja con una longitud de onda de ~ 780 nm), el Eg del material semiconductor debe estar entre 3,26 ~ 1,63 EV. La luz con una longitud de onda más larga que la luz roja es la luz infrarroja. Actualmente, existen cuatro tipos de diodos emisores de luz: infrarrojos, rojos, amarillos, verdes y azules. Sin embargo, los diodos emisores de luz azules son caros y no se utilizan mucho.

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LED blanco para iluminación

La relación entre el espectro de luz visible y la luz blanca LED. Como todos sabemos, el rango de longitud de onda del espectro de luz visible es de 380 nm a 760 nm. Estos son los siete colores de luz que el ojo humano puede sentir: rojo, naranja, amarillo, verde, cian, azul y violeta. Estos siete colores de luz son todos luz monocromática. Por ejemplo, la longitud de onda máxima de la luz roja emitida por un LED es de 565 nanómetros. No hay luz blanca en el espectro de luz visible, porque la luz blanca no es luz monocromática, sino luz sintética compuesta de muchas luces monocromáticas. Al igual que la luz del sol es luz blanca compuesta de siete luces monocromáticas, y la luz blanca en los televisores en color también lo es. compuesto de luz roja. Está compuesto por tres colores primarios: verde y azul. Por tanto, para que un LED emita luz blanca, sus características espectrales deben abarcar todo el rango del espectro visible. Sin embargo, en las condiciones de proceso actuales, es imposible fabricar LED con este rendimiento. Según investigaciones sobre la luz visible, la luz blanca que la gente puede ver requiere una mezcla de al menos dos tipos de luz, a saber, luz de doble longitud de onda (luz azul, luz amarilla) o luz de tres longitudes de onda (luz azul, luz verde, luz roja). Los dos modos de luz blanca anteriores requieren luz azul, por lo que extraer luz azul se ha convertido en la tecnología clave para producir luz blanca, que es la "tecnología de luz azul" que utilizan las principales empresas de fabricación de LED. En la actualidad, sólo hay un puñado de fabricantes en el mundo que dominan la "tecnología de luz azul", por lo que la promoción y aplicación de LED de luz blanca, especialmente la promoción de LED de luz blanca de alto brillo en el país, todavía tiene un largo camino por recorrer. camino a seguir.

La estructura técnica de luz blanca LED y fuente de luz blanca. Para la iluminación general, en términos de estructura del proceso, los LED blancos generalmente se forman mediante dos métodos. El primer método consiste en utilizar "tecnología de luz azul" y fósforo para formar luz blanca; el segundo método consiste en mezclar una variedad de luces monocromáticas. Estos dos métodos han fabricado con éxito dispositivos de luz blanca. Las perspectivas de aplicación de nuevas fuentes de luz para iluminación LED blanca. Para explicar las características de los LED blancos, primero echemos un vistazo al estado actual de las fuentes de iluminación. La eficiencia luminosa de las lámparas incandescentes y las lámparas halógenas de tungsteno es de 12 a 24 lúmenes/vatio; la eficiencia luminosa de las lámparas fluorescentes y las lámparas HID es de 50 a 120 lúmenes/vatio. LED blanco: En 1998, la eficiencia luminosa del LED blanco era de sólo 5 lúmenes/vatio. En 1999, alcanzó los 15 lúmenes/vatio, que es similar a la de las lámparas incandescentes domésticas comunes. En el año 2000, la eficiencia luminosa de los LED blancos alcanzó los 25 lúmenes/vatio, similar a la de las lámparas halógenas de tungsteno. Algunas empresas predicen que para 2005, la eficiencia luminosa de los LED alcanzará los 50 lúmenes/vatio, y para 2015, se espera que la eficiencia luminosa de los LED alcance entre 150 y 200 lúmenes/vatio. Para entonces, la corriente de funcionamiento de los LED blancos puede alcanzar el nivel de amperios. Se puede ver que será posible desarrollar fuentes de iluminación LED blancas para escritores.

Aunque las lámparas incandescentes y las lámparas halógenas de tungsteno utilizadas para iluminación general son baratas, tienen una baja eficiencia luminosa (el efecto térmico de la lámpara desperdicia electricidad), una vida útil corta y una gran carga de trabajo de mantenimiento. Pero si se utilizan LED blancos como iluminación, no sólo tienen una alta eficiencia luminosa, sino que también tienen una larga vida útil (tiempo de trabajo continuo de más de 10.000 horas) y casi no requieren mantenimiento. Actualmente, la empresa alemana Hella ha desarrollado luces de lectura para aviones utilizando LED de luz blanca. Una calle de Canberra, la capital australiana, ha utilizado LED blancos como alumbrado público. Los semáforos de gestión del tráfico urbano de China también están reemplazando los semáforos de orden temprana por LED blancos. Es previsible que en un futuro próximo los LED blancos seguramente entren en los hogares y sustituyan la iluminación existente.

La fuente de luz LED tiene las ventajas de utilizar fuente de alimentación de bajo voltaje, bajo consumo de energía, gran aplicabilidad, alta estabilidad, tiempo de respuesta corto, no contamina el medio ambiente y emisión de luz multicolor. Aunque el precio es más caro que el de los equipos de iluminación existentes, todavía se considera que debe haber equipos de iluminación existentes.

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Control de atenuación del LED

Tradicionalmente, la atenuación del LED se realiza ajustando la dirección de avance del LED con una señal de CC o PWM filtrada lograda mediante. actual. La reducción de la corriente del LED ajustará la intensidad de la salida de luz del LED. Sin embargo, los cambios en la corriente directa también cambiarán el color del LED porque la cromaticidad del LED cambiará a medida que cambie la corriente. Muchas aplicaciones (como la retroiluminación de automóviles y televisores LCD) no permiten que los LED tengan ninguna variación de color. En estas aplicaciones, es necesaria una amplia gama de atenuación porque hay diferentes cambios de luz en el entorno y el ojo humano es sensible a pequeños cambios en la intensidad de la luz. Controlar el brillo del LED mediante la aplicación de una señal PWM permite lograr la atenuación del LED sin cambiar el color.

Lo que la gente suele llamar color verdadero) La atenuación PWM consiste en utilizar una señal PWM para ajustar el brillo del LED.

Existen tres métodos comunes para ajustar el brillo del LED:

(1) Usando una resistencia de configuración, conecte diferentes resistencias de conversión en paralelo en ambos extremos del pin RSET del IC de control del controlador LED. y use un voltaje CC se usa para configurar la corriente del pin RSET del IC de control del controlador LED, cambiando así la corriente operativa directa del LED y ajustando el brillo del LED.

(2) Utilice la tecnología PWM y la señal de control PWM para ajustar el brillo del LED controlando el ciclo de trabajo de la corriente operativa directa del LED.

(3) Ajuste lineal, el método más simple es utilizar una resistencia de configuración externa en el control del controlador LED C para lograr el control de atenuación del LED. Si bien este método de control de atenuación es eficaz, carece de flexibilidad y no permite al usuario cambiar la intensidad de la luz. El ajuste lineal reduce la eficiencia y provoca un cambio de color de los LED blancos hacia el espectro amarillo. Esto puede ser una pequeña desviación, pero puede detectarse en aplicaciones sensibles.

Adopte un método de control de atenuación de LED digital o PWM para cambiar el ciclo de trabajo del pulso de la corriente de conducción del LED a través de la modulación de ancho de pulso, y la frecuencia de conmutación es superior a 100 HZ. La frecuencia de control de atenuación del interruptor superior a 100 HZ se utiliza principalmente para evitar que el ojo humano sienta un parpadeo de atenuación. Bajo el control de atenuación PWM del LED, el brillo del LED es proporcional al ciclo de trabajo del pulso de PWM. En este método de control de atenuación, el color luminoso del LED puede permanecer sin cambios dentro de un rango de relación de atenuación alto, y el rango de relación de atenuación del control de atenuación del LED usando PWM puede alcanzar 3000:1.

El método de control de atenuación LED lineal utiliza un método de control de atenuación analógico. Bajo el control de atenuación analógico, el control de atenuación del LED se logra ajustando la corriente de trabajo directa del LED, y el rango de control de atenuación puede alcanzar 10:1.

Si se va a reducir aún más la corriente de trabajo directa del LED, el color luminoso del LED cambiará y la corriente de trabajo directa del LED no se podrá controlar con precisión.