خصائص مصابيح LED: لماذا هي مستقبل الإضاءة

مقدمة: ما هو الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)؟

الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) هو الصمام الثنائي الباعث للضوء الذي تطور على مر السنين كجهاز جديد من أشباه الموصلات التي حسنت بشكل كبير من تقنيات الإضاءة الشاملة في عالمنا المعاصر. ولفهم السمات الأساسية التي تشكل تقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء، يحتاج المرء إلى البدء بكيفية عمل الجهاز، وهي الوصلة الثنائية pn. من خلال تطبيق تدفق الطاقة عبر هذه الوصلة في اتجاه التحيز الأمامي، تنبعث الفوتونات التي بدورها تسمح بتوليد الضوء المرئي باستخدام عملية تُعرف باسم التلألؤ الكهربائي.

منذ ابتكار أول مصابيح LED في الستينيات، حدث تقدم كبير في تكنولوجيا مصابيح LED. وتشمل تكنولوجيا مصابيح الدايود المبتعث للضوء اليوم مجال فيزياء أشباه الموصلات، مما يسمح بإدارة دقيقة لشدة الضوء واستخدام الطاقة. يتضمن البناء الأساسي لمصباح LED عدة طبقات من مواد مختلفة من أشباه الموصلات التي تتمثل وظيفتها الأساسية في تحسين كفاءة انبعاث الضوء. علاوة على ذلك، سيكون هذا البرنامج التعليمي لمصابيح LED ناقصًا إذا لم يذكر أن مصابيح LED الحديثة يمكن تشغيلها بواسطة نطاق جهد من 2-4 مصابيح LED، مما يجعلها مفيدة للغاية في العديد من الطرق.

الخصائص الفيزيائية الرئيسية لمصابيح LEDs

الحجم وعامل الشكل

من أكثر الخصائص المميزة لمصابيح الدايودات الباعثة للضوء LED حجمها الصغير وتعدد استخداماتها في عامل الشكل. ويأتي الصمام الثنائي الباعث للضوء LED اليوم بأشكال وأحجام مختلفة ولكن أحجامها لا تزال تتراوح من مصابيح SMD LED الصغيرة المستخدمة في الهواتف المحمولة إلى وحدات أكبر ذات طاقة عالية مصممة لأنظمة إنارة الشوارع. لذا، فإن المواصفات الفيزيائية لمصابيح LED تفرض وجود مرونة معقولة في التصميم والتطبيق.

وقد أتاح التوسع في تكنولوجيا مصابيح الدايود المبتعث للضوء للموردين إمكانية إنشاء حزم خاصة بأحجام وأنواع مختلفة، والتي يمكن استخدامها بعد ذلك لإنتاج أنواع فريدة من الضوء غير ممكنة مع المصابيح التقليدية. وحسب تقديرات وزارة الطاقة الأمريكية، فقد أدى تصغير تكنولوجيا مصابيح LED إلى تقليص أحجام تركيبات الإضاءة بمقدار 75% مقارنةً بتركيبات الإضاءة التقليدية.

المتانة والمتانة

المتانة إلى جانب مقاومة الصدمات المادية موجودة في ميزات مصابيح LED. كما أنها أفضل بكثير من المصابيح المتوهجة أو الفلورسنت العادية لأنها لا تحتوي على مكونات زجاجية هشة أو خيوط. علاوة على ذلك، فإن المكونات الصلبة المضمنة في بنية مصابيح LED قوية صناعيًا، مما يسمح لها بتحمل قدر لا بأس به من الصدمات والاهتزازات.

- أقصى مقاومة للصدمات تصل إلى تسارع 100G

- قابل للتشغيل في نطاق درجات حرارة تتراوح بين -40 درجة مئوية حتى 85 درجة مئوية

- خالية من أي نوع من المكونات الضارة بما في ذلك الزئبق

- مقاومة شديدة للتغييرات المتكررة في الدورات

ناتج الضوء الاتجاهي

تتميّز مصابيح LED بمخرج ضوء اتجاهي يمكن تضمينه كميزة بارزة. على عكس مصابيح التنغستن القياسية أو المصابيح المتوهجة، بمساعدة مصابيح LED، لا حاجة إلى عاكس أو ناشر لأن الخرج اتجاهي على عكس المصابيح المذكورة سابقًا التي توزع الضوء في كل اتجاه؛ وبدلاً من ذلك، فإن المصابيح الاتجاهية مخصصة لإضاءة المهام في منطقة معينة، مما يعني أن بعض التطبيقات فقط تتطلب الخرج.

وبمساعدة العناصر البصرية المتقدمة وتصميم المشتت الحراري، يمكن للمصنعين تحسين نمط إخراج الضوء بفضل استثمارهم في تصميم أشباه الموصلات. ونتيجة لهذه الخصائص المميزة، ينخفض هدر الضوء بشكل كبير وتتحسن كفاءة النظام بأكمله.

الخصائص الكهربائية لمصابيح LEDs

تتأثر وظيفة تقنية الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) وتطبيقها بشكل كبير بخصائصها الكهربائية. يجب أن يكون لدى المرء معلمات الجهد والتيار كمتطلب لمصابيح LED لتطبيقها بشكل صحيح. مع إضافة اللون والنوع، يمكن أن يكون هناك بعض الاختلافات ولكن بشكل عام، تعمل مصابيح LED في نطاق جهد كهربائي يتراوح بين 2 إلى 4 فولت مع كون الاتجاه الأمامي هو الأكثر استخدامًا. يتميز تصميم مصباح LED بميزة أساسية وهي استخدام الجهد الأمامي.

عند تحديد الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، فإن أهم الجوانب الأساسية تشمل العلاقة بين التيار الأمامي وانخفاض الجهد عبر الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED). يعمل المصباح الكهربائي العادي من خلال توصيله مباشرة بالتيار الكهربائي، لكن الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) هو جهاز تيار ويحتاج إلى تيار كهربائي مستقر ليعمل. يمكن وضع المقاومات المحددة للتيار في تصميمات دوائر LED البسيطة أو أنواع أخرى من دوائر إمداد الطاقة بالحلول لتسهيل العملية. تتضمن الدوائر الأكثر تعقيدًا عادةً صمام ثنائي زينر الذي سيقلل من تيار الاتجاه العكسي لتلبية متطلبات الجهد الكهربائي في الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) بشكل مناسب.

الخصائص البصرية لمصابيح LEDs

طيف الانبعاث الضوئي وتباين الألوان

الخصائص الرابعة لتكنولوجيا مصابيح الدايود المبتعث للضوء (LED) هي أنها توفر تحكمًا غير مسبوق في طيف انبعاث الضوء. فمن خلال تعديل مواد أشباه الموصلات، يمكن للمصنعين صنع مصابيح LED تنبعث منها جميع الألوان المختلفة المرئية. إليكم كيف يمكن لمصابيح LED أن تكون ملونة بشكل رائع:

تركيب الألوان الأساسية:

- الأحمر - الطول الموجي 620 - 645 نانومتر

- أخضر - الطول الموجي 520 - 550 نانومتر

- أزرق - الطول الموجي 460 - 475 نانومتر

- عنبري - الطول الموجي 590 - 600 نانومتر

طرق توليد الضوء الأبيض:

تحويل الفوسفور:

- مصباح LED أزرق + مادة الفوسفور الأصفر

- إضاءة بيضاء دافئة إلى باردة

- شائعة في إضاءة الاستخدام العام

RGB الخلط:

- مصابيح LED باللون الأزرق/الأخضر/الأحمر

- المزيد من الألوان المتنوعة

- لإضاءة العرض والترفيه

هذا التنوع اللوني في الإنتاج هو إحدى السمات الرئيسية لتقنية LED. ووفقًا للأبحاث التي أجريت في الصناعة اليوم، فإن مصابيح الدايود المبتعث للضوء (LED) قادرة على تحقيق مؤشر تجسيد لوني (CRI) أعلى من 90، وهو أقل بدرجات قليلة من جودة أشعة الشمس الطبيعية الصافية.

لقد أصبحت التقنيات المتقدمة للتحكم في الألوان متاحة بسهولة للمشترين والمستخدمين في الآونة الأخيرة، وتستفيد شركة Wosen إحدى الشركات المصنعة الرائعة من هذه الأنواع من التقنيات عند تطوير منتجاتها من مصابيح LED. وتأتي مصابيح السقف LED RGB الخاصة بنا لتضيف إلى هذه المجموعة الجديدة من الإمكانيات وتتميز بالتلاعب بمجموعة كبيرة من الألوان. تترجم هذه التركيبات ملايين الاحتمالات اللونية إلى العديد من إمكانيات السطوع ومزج الألوان، مما يسمح باستخدام تقنية مزج الألوان في أنظمة الإضاءة الحديثة.

فعالية الإضاءة ومستويات السطوع

تشمل خصائص تكنولوجيا الصمام الثنائي الباعث للضوء LED تحسينات ملحوظة في فعالية الإضاءة. فأحدث جيل من مصابيح الدايودات الثنائية الباعثة للضوء (LED) فعال للغاية في تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء مرئي مع عدم إنتاج أي أشعة تحت حمراء أو أشعة فوق بنفسجية كمخلفات.

كيف تتم مقارنة مصابيح LED بتقنيات الإضاءة التقليدية؟

مصابيح LED مقابل المصابيح المتوهجة

تبرز سمات مصابيح LED بشكل أكبر على النقيض من المصابيح المتوهجة على وجه الخصوص. تعمل المصابيح المتوهجة بطريقة يتم فيها تسخين خيوط المصباح أو السلك الموجود في المصباح إلى درجة توهج الباعث، بينما تستخدم مصابيح LED إعدادات محددة للتيار والجهد لإحداث وظيفة أكثر كفاءة.

تشير الدراسات التي أجرتها وزارة الطاقة الأمريكية إلى أن مصابيح LED تستهلك طاقة أقل بنسبة تصل إلى 75% مقارنةً بالضوء المتوهج ولكنها تدوم لفترة أطول بكثير.

يُعد الاستهلاك المنخفض للطاقة في تكنولوجيا مصابيح الدايود المبتعث للضوء أحد أبرز جوانبها. فعلى النقيض من المصابيح المتوهجة، التي تهدر حوالي 90 في المائة من الطاقة المدخلة في صورة حرارة، تستخدم مصابيح LED الطاقة المدخلة بشكل أساسي لإنتاج الضوء. وعند تشغيلها بشكل منفصل، تُترجم هذه التصاميم وعناصر التبريد الأفضل إلى انخفاض استهلاك الطاقة ومتطلبات التبريد.

مصابيح LED مقابل مصابيح الفلورسنت

وعلى عكس أشكال الإضاءة الأخرى، وخاصة مصابيح الفلورسنت، التي تحتوي على بعض المواد السامة، وخاصة الزئبق وبالتالي تتطلب إدارة خاصة في نهاية عمرها الافتراضي، تبرز مصابيح الدايود المبتعث للضوء كبديل أفضل لأنها تولد نفايات أقل بكثير. تأتي معظم الأنابيب مزودة بمصابيح LED بسيطة مدمجة في داراتها، والتي بدورها لا تتطلب الحاجة إلى كوابح ومكونات أخرى من هذا القبيل؛ وهذا يبسط عمليات التركيب والصيانة.

مصابيح الفلورسنت ومصابيح LED - أيهما أكثر كفاءة؟

مزايا الطاقة لمصابيح LED على ضوء الفلورسنت:

- لا يوجد أي تأخير في الإضاءة حيث يمكن أن تضيء بكامل طاقتها بمجرد تشغيلها

- يسهل التخلص منها بسهولة لأنها لا تحتوي على زئبق

- تُعد النطاقات التي تتجاوز 50 درجة مئوية مثالية لهذه الأجهزة لأنها تعمل بشكل أفضل في الأجواء الباردة

- مرونة في مواجهة الكسر والعقاب

- يسمح استخدام تعديل عرض النبضة بالتحكم بشكل أكبر

التخصيص والجوانب الجمالية لإضاءة LED

خيارات درجة حرارة اللون

كما يستند استخدام مصابيح LED أيضًا إلى تحكم لا مثيل له في درجة حرارة اللون، بدءًا من الأبيض الدافئ إلى ضوء النهار البارد. وقد مكّنت نظرية LED الحالية الشركات المصنعة من صنع منتجات LED بيضاء من أي نطاق تقريبًا من درجة حرارة اللون المرغوب فيها، بدءًا من المنازل الدافئة المريحة إلى المساحات الساطعة. وقد أتاحت هذه التقنيات الحديثة تصميم وإنتاج مصابيح LED مناسبة عبر الطيف لكل الاحتياجات والأنشطة تقريبًا.

وبالإضافة إلى ذلك، تتوفر مصابيح LED اليوم بأشكال مختلفة، مثل المصابيح الشريطية، وهي تسمح بمزج الألوان ومزج درجة حرارة الألوان لتوفير حلول إضاءة أفضل لمختلف الأغراض. أصبح من الممكن تعتيم الأضواء وفقًا للتأثير المطلوب بسهولة إلى جانب تعديل الألوان بدرجة أكبر بكثير.

ميزات التعتيم والتحكم في التعتيم

تأتي بعض التطورات التكنولوجية في مصابيح LED مع القدرة على التحكم في مستوى السطوع أو درجة الحرارة حسب تفضيل الشخص. وفي حين أن المصابيح الأخرى يجب أن تستخدم مخفتات الضوء، يمكن تعتيم مصابيح LED باستخدام طرق مختلفة بما في ذلك تعديل عرض النبضات وهذه الطريقة توفر تغييرًا موحدًا فعالاً في اللون في جميع أنحاء نطاق التعتيم. وهذه ليست سوى مجموعة الصمام الثنائي لمبات LED في شكل قيادة تسمح بضبط نسبة الضوء.

عندما يتعلق الأمر بحلول إضاءة (ليد) المخصصة، فإن شركة Wosen LED قادرة على تقديم خدمات إضاءة (ليد) المخصصة للشركات. قد يكون لدى أي شركة تطبيقات مختلفة لحلول الإضاءة الخاصة بها، وبالتالي قد يكون للتطبيق مجموعة كافية تمامًا من المواصفات وهذا هو السبب في قدرتنا على تقديم العديد من الخيارات. تشتمل عروضنا من مصابيح (ليد) على أحجام متنوعة ونطاق درجة حرارة ألوان قابل للضبط بدقة من الأبيض الدافئ (2700 كلفن) إلى ضوء النهار (6500 كلفن +)، بالإضافة إلى مجموعة كبيرة من تصنيفات الإضاءة المناسبة لتطبيقات الإضاءة الزخرفية والعامة وعالية السطوع. بالنسبة للتطبيقات التي تحتاج إلى إعادة إنتاج ألوان دقيقة، تتوفر مواصفات ذات معدل CRI > 70 و80 و90. لدينا أيضًا إمكانات RGB لمصابيحنا أيضًا، والتي تسمح بتغيير اللون والتأثيرات.

الخاتمة

إن الخصائص المختلفة التي تمتلكها تقنية LED تجعل من السهل فهم سبب كون هذه الأجهزة هي المستقبل لأجهزة الإضاءة. بدءًا من التصميم الأساسي لصمام ثنائي الوصلة pn، تتمتع مصابيح LED بجميع ميزات التحكم في الإضاءة والأداء الاستثنائي لكل من المقاييس. تجمع هذه التقنية بين الكفاءة الحرارية العالية، والعمر الطويل، وتعدد استخدامات ناتج الضوء الجيد، وأجهزة التحكم عن بُعد التي تضمن المزيد من التطوير لتقنية الإضاءة.

إن الملمس الهائل والجودة البصرية الاستثنائية والتخصيص الذي لا مثيل له لمصادر إضاءة LED تجعل تكنولوجيا الإضاءة المتطورة. ومن خلال البحث والتحسين التكنولوجي يتم إدخال المزيد من التحسينات على مصابيح LED لتعزيز تطبيقها في الإضاءة المستقبلية بشكل شامل.