لفهم ماهية LED ، تحتاج أولاً إلى فهم التسمية المقبولة عمومًا ، المقدمة باللغة الإنجليزية على أنها LED. المترجم ، هذا يعني حرفيا "انبعاث المصابيح الصغيرة". من وجهة نظر فنية ، فهي أجهزة شبه موصلة تقوم بتحويل التيار الكهربائي إلى إشعاع ضوئي مرئي. يختلف هذا المنتج الأبسط في مظهره وجهازه بشكل ملحوظ عن أجهزة الإضاءة النموذجية: المصابيح المتوهجة وما شابه.
تاريخ الحدوث
من السهل فهم الجهاز ومبدأ تشغيل بواعث LED إذا تعرفت على خلفية حدوثها. ولد هذا المنتج المشع لأول مرة في عام 1962 في شكل صمام ثنائي أحمر أحادي اللون. على الرغم من عدد من أوجه القصور ، تم الاعتراف بتكنولوجيا التصنيع الخاصة بها على أنها واعدة. بعد عقد من عرض العينة الحمراء ، تم تقديم مصابيح LED خضراء وصفراء للجمهور العام. نظرًا لانخفاض العائد ، تم استخدام هذه المنتجات بشكل أساسي داخل المنزل كمؤشرات على اللوحات الأمامية للأجهزة الإلكترونية المنزلية.
بمرور الوقت ، زاد السطوع عدة مرات ، وفي التسعينات من القرن الماضي ، كان من الممكن صنع عينة ذات تدفق مضيء يساوي 1 لومن. في عام 1993 ، قام المهندس الياباني S. Nakamura بإنشاء أول ديود أزرق في التاريخ ، يتميز بمستوى عالٍ من اللمعان. منذ تلك اللحظة ، تعلم مطوروهم الحصول على أي لون من الطيف المرئي ، بما في ذلك اللون الأبيض.
نظرًا للخصائص الرائعة لمنتجات LED ، أصبحت بمرور الوقت منافسًا جادًا للمصابيح المتوهجة المألوفة للكثيرين.
منذ عام 2005 ، أتقنت الصناعة إنتاج مصابيح LED البيضاء مع تدفق مضيء يصل إلى 100 lm أو أكثر. بالإضافة إلى ذلك ، تعلمنا كيفية صنع عناصر الإضاءة بظلال مختلفة من اللون الأبيض ("دافئ" و "بارد" وتوهجات أخرى).
جهاز ومبدأ تكوين الإشعاع
لفهم كيفية ترتيب LED ، أولاً وقبل كل شيء ، من الضروري مراعاة عدد من النقاط فيما يتعلق بتصميمه:
- أساس عنصر LED هو بلورة أشباه الموصلات ، تمر التيار فقط في اتجاه واحد ؛
- يفترض جهاز LED الكلاسيكي وجود ركيزة عازلة ؛
- يحمي الصندوق الزجاجي من الصمام الثنائي البلورة بشكل موثوق من التأثيرات الخارجية وفي نفس الوقت هو عنصر تشتت ؛
- يوجد على ظهر العلبة نوعان من جهات الاتصال يتم توفير الطاقة الكهربائية الخاصة بمصابيح LED.
لزيادة وقت استجابة الجهاز الذي ينبعث منه ، يتم ملء الفراغ بين عدسة التشتت والبلورة نفسها بمركب سيليكون شفاف.
في هيكل بعض المصابيح ، يتم توفير ركيزة ألمنيوم خاصة ، وهي قاعدة الجهاز وفي نفس الوقت تزيل الحرارة الزائدة منه.
من الأسهل فهم مبدأ تشغيل LED من خلال فحص تقاطع أشباه الموصلات ، والذي يسميه المحترفون انتقال ثقب الإلكترون. يرتبط اسمها بالطبيعة المختلفة لشركات النقل الرئيسية في الطبقة الحدودية لهيكلين. في أحد أشباه الموصلات ، يوجد فائض من الإلكترونات عند حدود التلامس ، وفي المواد المجاورة له توجد ثقوب زائدة. في عملية تصنيع تقاطع أشباه الموصلات ، فإنها تخترق الطبقة المجاورة ، وتشكل حاجزًا محتملاً يمنع انحيازها العكسي.يعتمد الجهد المباشر على LED أثناء تشغيله على عرض الانتقال.
عندما يتم توفير إمكانات قطبية معينة وقيمة ناتجة عن مصدر تيار مباشر إلى الصمام الثنائي ، فمن الممكن تحويل الانتقال في الاتجاه المطلوب. سيؤدي ذلك إلى فتحه وظهور تدفق مضاد للجسيمات المشحونة بالعكس. عندما تصطدم عند حدود الانتقال ، تنبعث كميات من الطاقة الضوئية - الفوتونات. 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 ، ويحدد اختيارك لون الظل المنبعث منها.
القدرة على تمييز اللون خاصية فطرية للعين البشرية ، قادرة على التقاط تدرجاتها بدقة كبيرة. يرتبط ارتباطًا وثيقًا بطول موجة الإشعاع الكمي التي تحملها الموجات الكهرومغناطيسية بتردد معين. في هذه الحالة ، يتم تشكيل نبضات الضوء عند حدود انتقال أشباه الموصلات من الصمام.
عند دراسة خصائص أشباه الموصلات المختلفة في مرحلة مبكرة من دراستهم ، حدد العلماء مواد مثل فوسفيد الغاليوم ، بالإضافة إلى المركبات الثلاثية AlGaAs و GaAsP. عند استخدامها ، كان من الممكن الحصول على إشعاع أحمر وأصفر أخضر. اليوم ، من أجل الحصول على تركيبات ألوان مختلفة ، يتم استخدام تركيبات أكثر تعقيدًا من الألومنيوم مع الإنديوم والغاليوم (AllnGaP) أو نتريد إنديوم الغاليوم (InGaN). إن أشباه الموصلات هذه قادرة على تحمل التيارات الكبيرة ، مما يسمح لها بتلقي ناتج ضوئي عالي.
تقنية خلط الألوان
أشرطة الصمام الثنائي الحديثة ومجموعات وحدات الصمام قادرة على إعطاء ظلال مختلفة من نطاق الضوء. بالنظر إلى أن انتقالًا واحدًا يشكل إشعاعًا أحادي اللون ، فسيكون هناك حاجة إلى جهاز متعدد الرقائق لإنشاء توهج متعدد الألوان. يعمل هذا المنتج المعقد مثل شاشة الكمبيوتر ، حيث يمكن الحصول على أي ظل تقريبًا (لهذا ، يتم استخدام وحدة RGB خاصة).
باستخدام مبدأ تكوين الظل هذا ، كان من الممكن الحصول على توهج أبيض ، يستخدم على نطاق واسع في الأضواء الكاشفة LED ، على سبيل المثال. للقيام بذلك ، تم خلط الألوان المصدر أو الأساسية الثلاثة بنسب متساوية.
من الممكن أيضًا الحصول عليه عن طريق الجمع بين هياكل الصمام الثنائي للأشعة فوق البنفسجية أو الزرقاء مع طلاء أصفر من نوع الفوسفور.
ملامح تصنيع المصابيح
لفهم كيفية عمل مصابيح LED ، ستحتاج إلى التعرف على الميزات الهيكلية من حيث التقنيات المستخدمة في التصنيع. لذلك ، عند النظر في تفاصيل إنتاجها ، تؤخذ النقاط التالية بعين الاعتبار في المقام الأول:
- طريقة محددة لتشكيل لون الإشعاع (مصفوفة أو فوسفور) ؛
- كم فولت مصمم لمصابيح LED ، وما هو الحجم الحالي الذي يمكنهم تحمله ؛
- ما هي التكنولوجيا التي تسمح لك بالحصول على أفضل جودة للتوهج وأرخص.
سيكلف صنع الرقائق في دائرة مصفوفة الشركة المصنعة أكثر ، مما يؤتي ثماره بإشعاع عالي الجودة. تشمل عيوب الفوسفور ناتج الضوء المنخفض ، وكذلك عدم إشعاع اللون النقي تمامًا. بالإضافة إلى ذلك ، لديهم موارد عمل أصغر وغالبا ما تفشل.
في تصنيع الثنائيات ذات المؤشر البسيط بجهد مباشر من 2-4 فولت ، يتم حساب انتقالها للتيارات الصغيرة (حتى 50 مللي أمبير). لإنشاء أجهزة إضاءة عالية الجودة ودوائر جسر LED ، ستكون هناك حاجة إلى أجهزة بمؤشرات تيار كبيرة (حتى 1 أمبير). إذا كانت الثنائيات متصلة في سلسلة واحدة ، فإن الجهد الكلي عند تقاطعاتها يصل إلى 12 أو حتى 24 فولت.في تصنيع المنتجات ، يتم تمييز علامة زائد لكل LED بطريقة خاصة (يتم صنع حافة صغيرة على الساق المقابلة).
نطاقات وإدارة التألق
نظرًا لمجموعة متنوعة من التعديلات ، يتم استخدام منتجات LED على نطاق واسع في مختلف المجالات:
- في تصنيع المصابيح الموفرة للطاقة المثبتة في الثريا النموذجية ، على سبيل المثال ، أو في شمعدان الحائط التقليدي ؛
- للاستخدام كمنارات في المصابيح اليدوية المصغرة واسعة الانتشار ، وكذلك في الهياكل الأكبر مثل "مصابيح التخييم السياحية" ؛
- إذا لزم الأمر ، إضاءة زخرفية للغرف على شكل شرائط طويلة بألوان مختلفة.
يرجع استخدامها إلى درجة مقاومة الجهاز للعوامل المناخية ، والتي يتم تقييمها بواسطة فئة حماية المنتج. اعتمادًا على التصميم ، يتم استخدامها فقط في الداخل أو تكون قادرة على العمل في المساحات المفتوحة (كتصميم للوحات الإعلانات أو مطر LED ، على وجه الخصوص).
يمكنك التحكم في مستوى السطوع في مصباح عادي أو ثريا بطرق مختلفة. لهذا ، يتم استخدام الدوائر الإلكترونية الخاصة غالبًا لتعديل السعة والمعلمات الأخرى للنبضات الضوئية. من أجل راحة العمل مع المعدات المنزلية ، يتم تصنيع هذه الوحدة على شكل لوحة تحكم قياسية.
