Vad är en lysdiod (LED)? Funktion, typer & användning

Lär dig allt om lysdioder (LED): hur de fungerar, olika typer, fördelar och praktiska användningar — energieffektiva, långlivade ljuskällor för hem och industri.

En lysdiod (LED) är en halvledarenhet som producerar ljus när elektricitet skickas genom den. Lysdioder har lång livslängd och är robusta (jämfört med glödlampor), kan ge många olika färger och är energieffektiva — en stor del av energin omvandlas till ljus istället för värme.

Hur lysdioden fungerar

En lysdiod är en typ av diod som avger ljus genom elektroluminescens. När en LED drivs i framåtriktad riktning (den är elektriskt polariserad) rör sig elektroner och hål i ett p–n-övergångsområde. När en elektron rekombinerar med ett hål frigörs energi i form av en foton — ljus. Ljusets energi (och därmed färg) bestäms av halvledarmaterialets bandgap.

Material och färger

Ljusets färg beror på den kemiska sammansättningen av det halvledarmaterial som används. Vanliga material är t.ex.:

• AlGaInP (aluminium/ gallium/ indium fosfid) för rött, orange och gult
• GaAs/GaP för vissa synliga och infraröda dioder
• InGaN/GaN (indium gallium nitrid/gallium nitrid) för blått, grönt och violet — viktigt för moderna vita LED-lampor

Färgen kan vara nära ultraviolett, synligt eller infrarött. Färgen påverkar också LED:ens framspänningskrav och hur mycket ström den använder.

Hur man får vitt ljus

Det finns två vanliga metoder för vita LED-lampor:

• Flerfärgade dioder inuti samma paket — två eller tre dioder med olika färger blandas för att skapa vitt ljus.
• En enstaka LED (ofta blå) tillsammans med en fosfor som omvandlar en del av det blå ljuset till andra färger, så att summan uppfattas som vit.

Typer och paket

Det finns många fysiska utformningar: små indikator-LED:ar, ytmonterade enheter (SMD) för elektronik (ytmonterade enheter), kraft-LED:ar för belysning och COB (chip-on-board) där många chip monteras på en platta. SMD-LED:ar kan vara mycket små och används i mobiltelefoner, skärmar och LED-lister.

Elektriska och termiska egenskaper

LED:ar är polaritetskänsliga — de måste kopplas rätt i en krets. Några viktiga tekniska fakta:

• Framspänning (ungefärliga värden): rött ~1,8–2,2 V, gult/grönt ~2,0–3,0 V, blått/vitt ~2,8–3,6 V (kan variera med material).
• Ström: vanliga små LED:ar drivs ofta med ~20 mA. Kraft-LED:ar kan kräva hundratals milliampere upp till flera ampere.
• LED:ar kräver ofta en konstantströmkälla eller en strömbegränsare (driver). Att bara koppla dem till en spänningskälla utan begränsning kan skada dem.
• Värmehantering är viktig — högre temperatur minskar ljusstyrkan och förkortar livslängden. Hög effekt-LED:ar monteras ofta på kylflänsar eller kopplas till kretskortsdesign som sprider värme.

Prestanda, livslängd och standarder

Lysdioder "bränner inte ut" på samma sätt som glödlampor utan tappar gradvis ljusflödet (lumen-depreciation). Typisk livslängd för moderna LED-lampor anges ofta till 25 000–50 000 timmar eller mer beroende på driftstemperatur och ström. För att bedöma lumenbehållning används ofta mätstandarder som LM-80 och beräkningsmetoder som TM-21.

Effektiviteten anges i lumen per watt (lm/W). Kommersiella vita LED-lampor ligger ofta i intervallet 80–150 lm/W; laboratorier når ännu högre siffror.

Styrning och dimning

Vanliga metoder för att styra ljusnivån:

• Pulsbreddsmodulering (PWM) — snabbt av/på för att variera upplevd ljusstyrka utan att ändra färg.
• Strömreduktion — minskar ström för att dimma, men kan påverka färgton och effektivitet.

Vissa LED-drivare kan ge synlig flimmer om de inte är av god kvalitet — viktigt vid videoinspelning eller för personer känsliga för flimmer.

Fördelar och nackdelar

• Fördelar: hög energieffektivitet, lång livslängd, snabbt start, robusta, små och flexibla i design, inga kvicksilverinnehållande komponenter (till skillnad från vissa lysrör).
• Nackdelar: initial kostnad kan vara högre än traditionella glödlampor, känslighet för värme, behov av korrekt driver, potentiell blåljusrisk vid mycket kraftigt bländande vitt ljus, färgåtergivning (CRI) kan variera mellan produkter.

Användningsområden

Lysdioder används i många sammanhang:

• Indikatorlampor på elektronik (de små färgade lamporna i apparater)
• Reklamskyltar och skärmar (LED-matriser och stora skärmar)
• Allmänbelysning i hem och kontor (vita LED-lampor)
• Bilar — t.ex. bromsljus och bakljus
• TV-skärmar och skärm-bakgrundsbelysning (vissa skärmar kombinerar LED och LCD-skärmar)
• Hortikultur (växtbelysning) — spektranpassade LED:ar för växttillväxt
• Ficklampor, projektorer, medicinsk belysning, trafikljus och fler industriella tillämpningar

Säkerhet och miljö

LED-lampor innehåller inga betydande mängder kvicksilver och är därför enklare att hantera ur miljösynpunkt än många lysrör. De kan dock innehålla elektronik som bör återvinnas korrekt. Vid mycket kraftigt blått ljus finns en teoretisk risk för ögonpåverkan (särskilt för barn och känsliga personer), så man bör undvika direkt blick in i starka LED-ljus.

Praktiska tips

• Använd alltid en passande LED-driver eller motstånd för att begränsa strömmen.
• Ge hög effekt-LED tillräcklig kylning för att bibehålla livslängd och ljusflöde.
• Om du byter ut en traditionell lampa mot en LED, kontrollera ljusflöde i lumen och färgtemperatur (t.ex. varmvit, neutralvit, kallvit) snarare än bara watt.
• Vid dimning, kontrollera att både lampan och dimmern är kompatibla för att undvika flimmer eller skador.

Sammanfattningsvis är lysdioden en mångsidig, effektiv och allt vanligare ljuskälla, med många varianter och tillämpningar — från små indikatorer till kraftfull belysning i hem, industri och fordon.

Frågor och svar

F: Vad är en lysdiod (LED)?

F: Hur länge håller lysdioder?

F: Vilka färger kan lysdioder producera?

F: Hur påverkar färgen på en lysdiod dess energiförbrukning?

F: Hur fungerar vita lysdioder?

F: Var används lysdioder?

Sök med bokstav