لفهم ماهية LED ، تحتاج أولاً إلى فهم التسمية المقبولة عمومًا ، والممثلة باللغة الإنجليزية على أنها LED. مترجم ، هذا يعني حرفيًا "انبعاث مصابيح LED صغيرة". من وجهة نظر تقنية ، فهي عبارة عن أجهزة شبه موصلة تقوم بتحويل التيار الكهربائي إلى إشعاع ضوئي مرئي. يختلف هذا المنتج الأبسط في مظهره وتصميمه بشكل ملحوظ عن أجهزة الإضاءة النموذجية: المصابيح المتوهجة وما شابه ذلك.
تاريخ المنشأ
يسهل فهم الجهاز ومبدأ تشغيل بواعث LED إذا تعرفت على خلفية حدوثها. ولأول مرة وُلد هذا المنتج الباعث للانبعاثات في عام 1962 على شكل ديود أحمر أحادي اللون. على الرغم من وجود عدد من أوجه القصور ، فقد تم الاعتراف بتقنية التصنيع الخاصة بها على أنها واعدة. بعد عقد من عرض العينة الحمراء ، تم تقديم المصابيح الخضراء والصفراء لعامة الناس. نظرًا لانخفاض ارتدادها ، تم استخدام هذه المنتجات بشكل أساسي داخل المنزل كمؤشرات على اللوحات الأمامية للأجهزة الإلكترونية المنزلية.
بمرور الوقت ، زادت شدة التوهج عدة مرات ، وفي التسعينيات من القرن الماضي كان من الممكن عمل عينة بتدفق ضوئي يساوي 1 لومن. في عام 1993 ، ابتكر المهندس الياباني S. Nakamura أول صمام ثنائي أزرق على الإطلاق ، يتميز بمستوى متزايد من اللمعان. منذ تلك اللحظة ، تعلم مطوروها كيفية الحصول على أي لون في الطيف المرئي ، بما في ذلك اللون الأبيض.
بفضل الخصائص الرائعة لمنتجات LED ، أصبحت بمرور الوقت منافسًا جادًا للمصابيح المتوهجة المألوفة للكثيرين.
منذ عام 2005 ، أتقنت الصناعة إنتاج مصابيح LED البيضاء بتدفق ضوئي يصل إلى 100 لومن وأكثر. بالإضافة إلى ذلك ، تعلموا كيفية صنع عناصر الإضاءة بظلال مختلفة من الأبيض ("دافئ" و "بارد" ووهج آخر).
جهاز ومبدأ تكوين الإشعاع
لفهم كيفية عمل LED ، أولاً وقبل كل شيء ، عليك أن تأخذ في الاعتبار عددًا من النقاط المتعلقة بتصميمه:
- أساس عنصر LED هو بلورة أشباه الموصلات التي تمرر التيار في اتجاه واحد فقط ؛
- يفترض جهاز LED الكلاسيكي وجود ركيزة عازلة ؛
- يحمي الجسم الزجاجي للديود البلورة بشكل موثوق من التأثيرات الخارجية وهو في نفس الوقت عنصر تشتت ؛
- يوجد نوعان من جهات الاتصال في الجزء الخلفي من العلبة ، حيث يتم تزويد مؤشر LED بالطاقة الكهربائية.
لزيادة العمر التشغيلي لجهاز الانبعاث ، يتم ملء الفراغ بين العدسة المنتشرة والبلورة نفسها بمركب سيليكون شفاف.
في هيكل بعض مصابيح LED ، يتم توفير ركيزة خاصة من الألومنيوم ، وهي قاعدة الجهاز وفي نفس الوقت تزيل الحرارة الزائدة منه.
من الأسهل فهم كيفية عمل LED من خلال فحص تقاطع أشباه الموصلات ، والذي يسميه المحترفون تقاطع ثقب الإلكترون. يرتبط اسمها بالطبيعة المختلفة للحاملات الرئيسية في الطبقة الحدودية للهيكلين. في أحد أشباه الموصلات ، يوجد فائض من الإلكترونات عند حدود التلامس ، وفي المادة المجاورة توجد ثقوب زائدة.في عملية تصنيع تقاطع أشباه الموصلات ، تخترق الطبقة المجاورة ، وتشكل حاجزًا محتملاً يمنع تحيزها العكسي. تعتمد قيمة الجهد الأمامي على LED أثناء تشغيله على عرض التقاطع.
عندما يتم تطبيق إمكانات قطبية معينة وقيمة ناتجة عن مصدر تيار ثابت على الصمام الثنائي ، فمن الممكن إزاحة الوصلة في الاتجاه المطلوب. سيؤدي ذلك إلى فتحه وظهور تدفق معاكس للجسيمات المشحونة عكسيا. عندما تصطدم ، تنبعث كمية من الطاقة الضوئية - الفوتونات - داخل حدود الانتقال. اعتمادًا على معدل تكرار هذه النبضات ، يكتسب الإشعاع لونًا معينًا.
ما الذي يحدد لون LED
في تصنيع مصابيح LED ، يتم استخدام أنواع مختلفة من مواد أشباه الموصلات ، والتي يحدد اختيارها لون الظل الذي تنبعث منه.
القدرة على تمييز اللون هي خاصية فطرية للعين البشرية ، قادرة على التقاط تدرجاتها بدقة كبيرة. يرتبط ارتباطًا وثيقًا بطول موجة الإشعاع الكمومي الذي تحمله الموجات الكهرومغناطيسية لتردد معين معها. في هذه الحالة ، تتشكل نبضات ضوئية عند حدود تقاطع أشباه الموصلات في LED.
عند دراسة خصائص أشباه الموصلات المختلفة في مرحلة مبكرة من دراستهم ، حدد العلماء مواد مثل فوسفيد الغاليوم ، وكذلك المركبات الثلاثية AlGaAs و GaAsP. عند استخدامها ، كان من الممكن الحصول على الإشعاع الأحمر والأصفر والأخضر. اليوم ، من أجل الحصول على مجموعات ألوان مختلفة ، يتم استخدام تركيبات أكثر تعقيدًا من الألومنيوم مع الإنديوم والغاليوم (AllnGaP) أو نيتريد الإنديوم الغاليوم (InGaN). هذه أشباه الموصلات قادرة على تحمل التيارات الكبيرة ، مما يجعل من الممكن الحصول على كفاءة إضاءة عالية منها.
تقنية خلط الألوان
شرائط الصمام الثنائي الحديثة ومجموعات وحدات LED قادرة على إنتاج ظلال مختلفة من نطاق الضوء. بالنظر إلى أن انتقالًا واحدًا يولد إشعاعًا أحادي اللون ، يلزم وجود جهاز متعدد الشرائح لإنشاء توهج متعدد الألوان. يعمل هذا المنتج المعقد مثل شاشة الكمبيوتر ، حيث يمكن الحصول على أي ظل تقريبًا (لهذا الغرض ، يتم استخدام وحدة RGB خاصة).
من خلال الاستفادة من مبدأ تشكيل التظليل ، كان من الممكن الحصول على توهج أبيض ، والذي يستخدم على نطاق واسع في مصابيح LED الكاشفة ، على سبيل المثال. للقيام بذلك ، تم خلط الألوان الثلاثة الأصلية أو الأساسية بنسب متساوية.
يمكن الحصول عليه أيضًا من خلال الجمع بين هياكل الصمام الثنائي للأشعة فوق البنفسجية أو الزرقاء مع طلاء من نوع الفوسفور الأصفر.
ميزات تصنيع LED
لفهم كيفية تصنيع مصابيح LED ، تحتاج إلى التعرف على الميزات الهيكلية من حيث التقنيات المستخدمة في التصنيع. لذلك ، عند النظر في تفاصيل إنتاجهم ، أولاً وقبل كل شيء ، تؤخذ النقاط التالية في الاعتبار:
- طريقة محددة لتشكيل لون الإشعاع (مصفوفة أو فوسفور) ؛
- كم عدد الفولتات التي تم تصميمها من أجلها ، وما هي القيمة الحالية التي تتحملها ؛
- ما هي التكنولوجيا التي تتيح لك الحصول على أفضل جودة للتوهج وأرخص سعرًا.
سيكلف تصنيع الرقائق باستخدام مخطط المصفوفة الشركة المصنعة أكثر ، مما يؤتي ثماره من خلال الجودة العالية للإشعاع. تشمل عيوب الفوسفور ناتج الإضاءة المنخفضة ، فضلاً عن عدم وجود لون نقي تمامًا للإشعاع. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم حياة عمل أقصر ومن المرجح أن يفشلوا.
في تصنيع الثنائيات ذات المؤشر البسيط بجهد مباشر من 2-4 فولت ، يتم حساب انتقالها للتيارات الصغيرة (حتى 50 مللي أمبير). لإنشاء أجهزة إضاءة كاملة ودوائر جسر LED ، ستكون هناك حاجة إلى أجهزة ذات معدلات تيار عالية (تصل إلى 1 أمبير). إذا تم توصيل الثنائيات في وحدة واحدة في سلسلة متسلسلة ، فإن الجهد الإجمالي عند تقاطعاتها يصل إلى 12 أو حتى 24 فولت.عند صنع المنتجات ، يتم تمييز علامة الجمع لكل LED بطريقة خاصة (يتم عمل نتوء صغير على الساق المقابلة).
التطبيقات والتحكم في التوهج
نظرًا لتنوع التعديلات ، تُستخدم منتجات LED على نطاق واسع في مختلف المجالات:
- في صناعة المصابيح الموفرة للطاقة المثبتة في ثريا نموذجية ، على سبيل المثال ، أو في شمعدان حائط عادي ؛
- لاستخدامها كإضاءة في الفوانيس المصغرة المنتشرة ، وكذلك في الهياكل الأكبر مثل "مصابيح التخييم" ؛
- إذا لزم الأمر ، الإضاءة الزخرفية للغرف على شكل شرائط طويلة بألوان مختلفة.
يرجع استخدامها إلى درجة مقاومة الجهاز للعوامل المناخية ، التي يتم تقييمها حسب فئة الحماية للمنتج. اعتمادًا على التصميم ، يتم استخدامها فقط في الداخل أو يمكنهم العمل في المساحات المفتوحة (كديكور للوحات الإعلانات أو مطر LED ، على وجه الخصوص)
يمكنك التحكم في مستوى الإنارة في المصباح العادي أو الثريا بعدة طرق. لهذا الغرض ، غالبًا ما يتم استخدام الدوائر الإلكترونية الخاصة ، والتي تسمح بتعديل السعة والمعلمات الأخرى لنبضات الضوء. لتوفير الراحة للعمل مع المعدات المنزلية ، يتم تصنيع هذه الوحدة في شكل لوحة تحكم قياسية.
