في السنوات الأخيرة، مع التطور السريع لتكنولوجيا LED والمزايا التي لا تضاهى مصباح LED ، مصباح LED كمصابيح الجيل الرابع بعد المصباح المتوهج، مصباح الفلورسنت، مصباح تفريغ الغاز عالي الكثافة (HID) تم استخدامه على نطاق واسع في مجال الإضاءة، صغير إلى مصباح الطاولة، المصباح اليدوي، المؤشرات الكهربائية المختلفة، أضواء الإشارة، إلخ.
كبيرة مثل الإضاءة الداخلية والخارجية، أضواء الشوارع الشمسية , أضواء زخرفية , أضواء قفص الاتهام , أضواء البناء وأضواء الاستوديو ومصابيح السيارات ووحدة الإضاءة الخلفية لشاشات الكريستال السائل وما إلى ذلك. وبحلول أوائل عام 2011، وصلت القيمة العالمية لمصابيح LED عالية السطوع إلى 10.6 مليار دولار.
(ط) كيف تعمل أضواء LED
رقاقة LED تستخدم تقاطع PN لأشباه الموصلات المضيئة، ويتكون تقاطع pn من أشباه الموصلات من النوع p وn من أشباه الموصلات، وتشكيل عميق لوصلة PN على جانبي الواجهة، وتقاطع pn مع موصلية أحادية الاتجاه، عند إضافة جهد أمامي إلى تقاطع PN، ينتشر حامل الأغلبية لمنطقة P وN إلى الطرف الآخر، نظرًا لأن حركة الإلكترون أكبر بكثير من حركة الفتحة.
لديك الكثير من الإلكترونات المنتشرة في المنطقة P، ولديك حقنة من عدد قليل من الإلكترونات في المنطقة P. تتحد هذه الإلكترونات مع ثقوب في نطاق التكافؤ، وعندما تفعل ذلك، فإنها تنبعث منها فوتونات تبعث الضوء، وهي الطريقة التي يصدر بها وصلة PN، أو LED، الضوء.
(2) خصائص أضواء LED
- يتم تشغيل مصباح LED بواسطة مصدر طاقة تيار مستمر، جهد قيادة منخفض، طاقة صغيرة، استهلاك أقل للطاقة، توفير الطاقة.
نظرًا لأن الجزء الباعث للضوء من LED عبارة عن شريحة توصيل PN لأشباه الموصلات، والتي تتميز بخصائص تمرير الدليل الفردي والاعتراض العكسي، لا يمكن تشغيل مصباح LED إلا عن طريق مصدر طاقة DC، ويكون جهد القيادة منخفضًا جدًا. جهد القيادة للخرزة الواحدة هو 3.2 فولت-3.4 فولت، والطاقة صغيرة جدًا. يجب ألا يتجاوز التيار 20 م أ.
يتم الآن استخدام مصابيح LED عالية الطاقة بشكل شائع مع 1W و3W، ويجب حل مشكلة تبديد الحرارة لمصابيح LED عالية الطاقة، والتي يمكن الحصول عليها من خلال دمج شرائح متعددة. الطريقة الشائعة الاستخدام للحصول على مصباح عمل LED ذو طاقة أعلى هي توصيل LED متعدد الخرزات في سلسلة أو هجين، بحيث يمكنك الحصول على مصباح عمل LED ذو طاقة تعسفية.
وبسبب هذه الميزات، تستهلك مصابيح LED طاقة قليلة جدًا. بأخذ استهلاك الطاقة لمصباح الشارع كمثال، تتم مقارنة مصباح الصوديوم عالي الضغط ومصباح الشارع LED ومصباح الشارع LED بالطاقة الشمسية.
إذا كان مصدر الطاقة اليومي 10 ساعات، من بينها مصباح الشارع الشمسي ساعتين بالإضافة إلى 8 ساعات من الطاقة الشمسية، فإن استهلاك الطاقة السنوي للمصابيح الثلاثة هو 54750KW/h، 21900KW/h و4380KW/h، على التوالي. يبلغ استهلاك الكهرباء السنوي لمصباح LED حوالي 40% فقط من استهلاك مصابيح الصوديوم عالي الضغط، ويبلغ استهلاك الكهرباء السنوي لمصباح الشارع LED بالطاقة الشمسية حوالي 8% فقط من استهلاك مصابيح الصوديوم عالي الضغط.
وفي المقابل، فإن استخدام الأخير كإضاءة للشوارع سيوفر الطاقة بشكل كبير ويوفر فواتير الكهرباء. الآن تم وضع مصابيح الشوارع LED واسعة النطاق ذات الطاقة العالية ونظام مصابيح الشوارع LED بالطاقة الشمسية قيد الاستخدام في بلدنا.
- تتميز حبة LED المفردة بحجم صغير وعمر خدمة طويل ويمكنها تحقيق الإضاءة الذكية.
حجم LED صغير، راتنج التغليف بدلاً من الزجاج، ليس من السهل إتلافه، مرن ومريح في الاستخدام، عمر مختبر مصباح LED يصل إلى 100000 ساعة، الاستخدام العادي يصل إلى 5000000 ساعة أعلاه، وطالما في النطاق الحالي المقدر، تبديل إمدادات الطاقة بشكل متكرر أو من خلال نظام التحكم لضبط التيار، لا يوجد تأثير على عمر LED.
نظرًا لأنه يمكن التحكم في تيار العمل بمصدر ضوء LED، لذلك من خلال تصميم الدائرة، يمكن أيضًا التحكم في سطوع المصابيح المصنوعة، ويمكن تحقيق التحكم الذكي في الإضاءة، وفقًا للخصائص المذكورة أعلاه يمكن تحويلها إلى مجموعة متنوعة من مصابيح LED المزخرفة والأنماط الديناميكية وما إلى ذلك. بالنسبة لمصابيح قاعدة LED، وفقًا للسطوع المختلف المطلوب في أوقات مختلفة تحت حالة العمل، يمكن ضبطها لضبط السطوع في أوقات مختلفة، والتي لا يمكنها فقط توفير الطاقة بشكل أفضل، ولكن أيضًا لا تؤثر على حياتها.
بالمقارنة مع مصابيح العمل الأخرى، فإنها تقلل بشكل كبير من معدل الاستبدال، وتقلل من تكلفة الصيانة وسهولة التركيب والصيانة.
- لا يوجد وميض أو ضوء فوق بنفسجي أو إشعاع حراري منخفض جدًا ولا يسبب ضررًا للعين البشرية.
يتم استخدام مصباح LED للإضاءة الداخلية وأماكن العمل والدراسة، مما يمكنه حماية العينين. ضوء LED أحادي اللون، اتجاه قوي، استجابة سريعة، مناسب بشكل خاص لإضاءة العمل ومصابيح السيارة وأضواء الرصيف ومصابيح المسرح وما إلى ذلك.
(3) تطبيق أضواء LED
نظرًا للمزايا التي لا تضاهى لمصابيح LED، فإن مصابيح العمل LED تتطور بسرعة كبيرة جدًا وتحل محل مصابيح العمل الأخرى تدريجيًا.
الآن تم استخدام ضوء العمل LED على نطاق واسع في مجالات إضاءة العمل المختلفة. نظرًا لصغر حجمه وتطبيقه المرن، يمكن ترتيب LED في أشكال مختلفة والتحكم فيها بواسطة برامج الكمبيوتر، بحيث يمكنه عرض أنماط ثابتة وديناميكية مثل النص والصور والرسوم المتحركة والأفلام والتلفزيون.
في حفل افتتاح دورة الألعاب الأولمبية في بكين عام 2008، أظهرت أضواء LED سحرها ومزاياها التي لا نهاية لها. يستخدم LED على نطاق واسع في شاشات العرض العامة، مثل مجموعة متنوعة من أضواء الإشارة، وإضاءة المناظر الطبيعية، وتجميل الشوارع المربعة، وتجميل الترفيه العام، وإضاءة تأثير المسرح، وإضاءة المباني، وما إلى ذلك.
في شاشات الكريستال السائل، يتم استخدام مصابيح LED كإضاءة خلفية لشاشات العرض مثل أجهزة الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون والهواتف المحمولة. على طريق المرور، تم استخدام LED لإضاءة الشوارع الموفرة للطاقة التي يمكن التحكم فيها، وإضاءة الأنفاق، وإضاءة الجسور، وأضواء إشارات المرور وما إلى ذلك.
فيما يتعلق بمصابيح السيارات، بدأت الآن العديد من مصابيح فرامل السيارات، وأضواء الموضع، وأضواء إشارة الانعطاف، ومصابيح الضباب الخلفية، والأضواء العكسية والمصابيح الأخرى في استخدام مصدر ضوء LED.
كما أضواء البناء ، مع التحسين المستمر لتقنية LED، يستمر حل المشكلات التقنية، وسيكون الظهور المستمر لمصابيح LED عالية الطاقة ومصابيح LED في الإضاءة الداخلية ومصابيح السيارات والاستوديوهات وأضواء المشاهدة ومجالات التطبيق الأخرى أكثر شيوعًا.
(4) بعض المشاكل الفنية التي تواجه مصابيح LED
- تقنية LED عالية الطاقة.
يعاني LED من اختناق الأداء ومشاكل تبديد الحرارة مثل تلف إطلاق الكهرباء الساكنة ومعامل التمدد الحراري، بحيث لا يمكن أن تكون قوته كبيرة جدًا ويكون سطوعه منخفضًا.
في الوقت الحاضر، رقائق LED عالية الطاقة شائعة الاستخدام ذات أداء مستقر نسبيًا هي 1W و3W. يمكن تحسين طاقة LED عن طريق شريحة مدمجة، لكن التكنولوجيا الحالية ليست ناضجة، وتحتاج بشكل أساسي إلى حل مشكلة تبديد الحرارة، ويمكن أيضًا تحقيق مصابيح LED عالية الطاقة من خلال سلسلة LED متعددة الخرز، متوازية أو هجينة.
الأخيران أقل كفاءة وأقل استخدامًا. سلسلة LED متعددة الخرز هي التطبيق السائد لمصابيح LED في مجال الإضاءة.
ولكن سلسلة حبة واحدة لديها كعب أخيل. إذا تضررت حبة واحدة، فسيتم حظر الطريق بأكمله. وهذا هو عنق الزجاجة الرئيسي الذي يقيد تطبيق مصابيح LED عالية الطاقة في مجال الإضاءة.
لتحسين قوة مصابيح LED، أحدهما هو تحسين الطاقة من الشريحة، والآخر هو تحسين تصميم الدائرة لتحسين الطاقة.
- تكنولوجيا تبديد الحرارة
تعد درجة الحرارة عاملاً مهمًا يؤثر على LED، فزيادة درجة الحرارة ستؤدي إلى تسريع توهين ضوء LED، وتؤثر درجة الحرارة في عقدة الرقاقة بشكل مباشر على عمر LED، لذا فإن قدرة LED وتبديد الحرارة محدودة بقوة طاقة LED.
يتم توليد الحرارة داخل LED عندما تعمل شريحة LED ولوحة الدوائر المطبوعة. بالنسبة لمصابيح LED منخفضة الطاقة، يمكن تبديد الحرارة عن طريق التوصيل الطبيعي والحمل الحراري، ولكن بالنسبة لمصابيح LED عالية الطاقة، فمن الضروري مراعاة تبديد الحرارة المتنوع.
في تصميم تبديد الحرارة، عادة ما يتم أخذ تبديد الحرارة لحزمة LED ولوحة الدائرة وإضافة مكونات تبديد الحرارة في الاعتبار. مع تغليف سيليكون جيد التوصيل الحراري، لوحة دوائر مطبوعة بطبقة عازلة للحرارة، قاعدة معدنية، إلخ. للطاقة العالية أضواء قفص الاتهام LED ، لحل مشكلة تبديد الحرارة، بالإضافة إلى هيكل تبديد الحرارة الجيد لمصباح LED نفسه، يجب استخدام غلاف مصابيح الرصيف كقناة لتبديد الحرارة.
تم تصميم الغلاف كسطح لتبديد الحرارة فوق الجانب وزعنفة لتبديد الحرارة لتسهيل الحمل الحراري للهواء، أو تم تصميم الغلاف ليكون بمثابة تبديد حراري من نوع فتحة الهواء، وتبريد الهواء بمساعدة المروحة وتبريد المياه الشعرية وطرق أخرى لا تزال في مرحلة الاختبار، ومصباح الضباب الأمامي LED للسيارة، والمصابيح الأمامية والمصابيح الأخرى في تصميم لوحة دوائر الألومنيوم، والقوس، وما إلى ذلك، لتسريع تبديد الحرارة.
في التصميم الهيكلي لمصابيح LED، طرح بعض الناس تبديد الحرارة بواسطة أنبوب الحرارة في المصابيح. من أجل تحسين تأثير تبديد الحرارة، يجب مراعاة العديد من العوامل عند تصميم المصابيح، مثل ترتيب وترتيب مشعاع جسم المصباح مع مراعاة التباعد والاتجاه والمعالجة السطحية وما إلى ذلك، على الغلاف المعدني للمصابيح والفوانيس وطلاء تبديد الحرارة.
في الوقت الحاضر، يركز تطوير صناعة LED على الطاقة العالية، والسطوع العالي، والمنتجات الصغيرة الحجم، وذلك باستخدام قيود تبديد الحرارة الخزفية كوسيلة لتبديد حرارة الحبوب LED.
