لامپ ال ای دی

 

دیود نور افشان یا لامپ ال ای دی مخفف عبارت Light Emmitting Diode و به معنای دیود ساطع کننده نور است. تولید نور در لامپ رشته ای از طریق عبور جریان الکتریکی از سیم یا فیلامنت صورت می گیرد. در این حالت گرما و حرارت ناشی از مقاومت الکتریکی رشته ها موجب تولید نور و روشنایی می گردد. این در حالی است که لامپ های LED بدون نیاز به وجود رشته، از طریق اعمال ولتاژ به ماده نیمه رسانا و آزاد شدن فوتون ها در اثر حرکت الکترون ها و ترکیب آن ها در ناحیه حفره ها یا ناحیه P ماده نیمه رسانا، نور تولید می نماید.

این دیودهای نوری به راحتی در مدارهای الکتریکی قرار می گیرند. البته باید گفت که همه دیودها به طور مؤثر نور منتشر نمی کنند. زیرا فوتون هایی که در نتیجه حرکت الکترون ها از لایه بالایی ماده با سطح انرژی بیشتر به لایه پایین تر با سطح انرژی کمتر، آزاد می شوند، تنها در برخی از مواد و آلیاژهای خاص قابل رؤیت هستند.

لامپ های دیودی یا لامپ LED اولین بار در سال 1962 در مقیاس صنعتی تولید و به بازار عرضه شدند. ابتدا تنها در رنگ های قرمز با ترکیب آلومینیوم، گالیم و آرسناید بودند. اوایل دهۀ 1970 میلادی، این لامپ ها در رنگ های سبز، آبی، زرد و نارنجی تولید شدند. در اوایل دهۀ 90 میلادی، کارآیی این لامپ ها به طور قابل توجهی افزایش پیدا کرد و به صورت گروهی به بازار عرضه شدند. در ادامه درباره انواع لامپ دیودی و طرز کار آن صحبت می کنیم.

منابع نوری هر چه کوچکتر، کاراتر و با طول عمر بالاتر باشند بهترند. دیودهای ساطع کننده نور یا لامپ LED تنها منابع نوری هستند که این ویژگی را دارند.

ابعاد آنها کوچکتر از تمام سایر انواع لامپ های موجود است، طول عمر آنها بسیار بالا است و راندمان آنها نیز بسیار خوب است. به همین دلیل در سال های اخیر توجه ویژه ای نسبت به استفاده از لامپ LED برای تامین روشنایی شده است و تحقیقات بسیاری نیز در این زمینه صورت گرفته است.

لامپ LED
                                لامپ دیودی
  • ساختمان و طرز کار لامپ ال ای دی

نور می تواند توسط ملتهب شدن یک رشته فيلامان و یا تخلیه الکتریکی در گاز منتشر گردد. یک روش دیگر برای تولید نور تشعشع کریستال ها است. در LED نور توسط تحریک کریستال ها که از عناصر نیمه هادی هستند، تولید می شود که به این روش الكترولومینانس (Elecctroluminance) نیز می گویند که در سال 1977 ابداع شد. ساختار داخلی لامپ LED دارای دو ناحیۀ n و است. ساختمان لامپ LED شامل دو ناحیه P و N است. در ناحیه N اتم های کریستال الکترونهای مازاد دارند و در ناحیه P کمبود الکترون وجود دارد. با اعمال ولتاژ دو سر LED، بین این دو ناحیه، یک ناحیه PN تشکیل می شود که به آن ناحیه تخلیه (Light Emiting Diodes) نیز می گویند.

در اثر عبور جریان الکتریکی، الکترون ها با اتم هایی که کمبود الکترون داشتند ترکیب می شوند و به این ترتیب نور تولید می شود. طیف نور منتشر شده توسط لامپ LED بسیار باریک است و اشعه ماوراء بنفش و مادون قرمز در آن وجود ندارد و رنگ نور بستگی به جنس کریستال دارد.

 

چگونگی-عملکرد-لامپ-LED

 

همچنین جریان عبوری از LED، مستقیم بوده و پلاریتۀ ولتاژ اعمالی به آنها باید مناسب باشد. طول عمر این لامپ ها بر حسب نور، از 40000 تا 100000 ساعت متفاوت است. 

همانطور که گفته شد LED ها نور را در باند باریکی از طول موج ها ساطع می کنند اما به جهت استفاده این لامپ ها در روشنایی، ایجاد نور سفید ضرورت پیدا کرده است. از آنجا که نور سفید، طیف گسترده ای از نورها را شامل می شود لذا دو روش ایجاد این نور استفاده می شود. روش اول، استفاده  از ترکیب سه رنگ قرمز، سبز و آبی بوده و روش دیگر، استفاده از فسفر برای تبدیل بخشی از نور به رنگ های دیگر است. البته روش دوم هزینۀ کمتری داشته و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد.

 

برای محافظت نیمه هادی ها، یک لایه محافظ بر روی نیمه هادی قرار می گیرد. از آنجا که معمولاً نیمه هادی ها بر روی یک صفحه قرار می گیرند، لذا نور تنها در نیم صفحه بالایی منتشر می شود، در نتیجه هدایت نور در LED آسانتر از سایر انواع لامپ است که به طور معمول در تمامی جهات نور را منتشر می کنند.

جریان عبوری از لامپ LED باید مستقیم (DC) باشد. همچنین پلاریته ولتاژ اعمالی به دو سر LED ها اهمیت زیادی دارد. چنانچه پلاریته به صورت معکوس باشد LED روشن نمی شوند، ضمن اینکه اگر دامنه ولتاژ اعمالی بالا باشد، ممکن است باعث آسیب رسیدن به LED و از بین رفتن ساختار کریستال ها گردد.

مقدار و رنگ نور منتشر شده از LED به میزان زیادی به جریان عبوری از آنها بستگی دارد، در نتیجه به طور معمول از منابع جریان برای تغذیه LED استفاده می شود.

 

  • انواع لامپ ال ای دی

به طور کلی انواع لامپ دیودی یا ای ای دی به دو گروه توان پایین و توان بالا تقسیم می شوند. لامپ های LED توان پایین با جریان هایی در حدود چند ده میلی آمپر راه اندازی می شوند که بیشتر کاربرد آنها در وسایل برقی و الکترونیکی به عنوان چراغ های چشمک زن و نمایشگرها است. در شکل زیر نمونه هایی از LED های توان پایین را مشاهده می کنید.لامپ دیودی توان پایین

نمونه ای از لامپ LED توان پایین 

 

لامپ های دیودی یا LED نسل جدید با هدف استفاده در صنایع روشنایی به بازار عرضه شده اند که در توان های 1، 3، 5، 10، 30، 50، 60 و 100 وات در بازار موجود هستند. مبنای ساخت LED های توان بالا (بیشتر از 10 وات)، استفاده از چند LED Chip و اتصال آنها به هم است. ولتاژ کارکرد این LED ها، 3 تا 33 ولت مستقیم و جریان های راه اندازی از 350 تا 3000 میلی آمپر در طراحی ها لحاظ می شود. در شکل زیر نمونه ای از لامپ LED توان بالا را مشاهده می کنید.

لامپ دیودی توان بالا

نمونه ای از لامپ LED توان بالا

 

 

  • مزایا و معایب انواع لامپ دیودی یا ال ای دی

لامپ های دیودی دارای مشخصات زیر هستند:

توان مصرفی کم

اندازۀ کوچک

دوام و قابلیت بالا

وابسته نبودن طول عمر به تعداد دفعات روشنی و خاموشی

ضریب وضوح رنگ بالا (CRI): وضوح و تشخیص رنگ بالا در چراغ های LED نسبت به چراغ های HPS بیشتر است.

زمان پاسخگویی بسیار سریع: لامپ های LED به محض رسیدن ولتاژ آنها (در حدود 20 میکرو ثانیه) روشن می شوند؛ در حالی که لامپ های گازی به زمانی در حدود 4 دقیقه نیاز دارند؛ یعنی لامپ های گازی، 120 میلیون بار کندتر عمل می کنند.

کنترل نور و زاویه تابش: با استفاده از لنزهای مختلف طراحی شده برای لامپ LED، می توان به پخش نورهای متفاوتی دست یافت. این قابلیت کنترل، برای دیگر لامپ ها به سختی ممکن است. برای مثال اگر بخواهیم به نور عمق داده و دیوار بلندی را روشن کنیم، باید از لنزهای باریک استفاده کنیم و اگر بخواهیم مساحت زیادی را روشن کنیم از لنزهای عریض استفاده می کنیم. در شکل زیر انواع لنزهای مورد استفاده در چراغ های LED را مشاهده می کنید.      انواع لنز های لامپ دیودی

انواع لنزهای مورد استفاده در چراغ های LED

 

بهرۀ نوری: بهره ی نوری LED ها در حال حاضر 110 لومن بر وات است که با توجه به رشد صنعت و بهبود تکنولوژی ساخت LED ها، در حال افزایش است.

سازگاری با محیط زیست: این گونه لامپ ها، نسبت به سایر منابع روشنایی، سازگاری بیشتری با محیط زیست دارند. این لامپ ها 10% لامپ های رشته ای، گاز دی اکسید کربن تولید می کنند و در ساخت آنها از جیوه استفاده نمی شود. همچنین LED ها، اشعۀ مادون قرمز و اشعه ی مضر فرابنفش تولید نمی کنند.

سازگاری با سیستم های تغذیه خورشیدی: با استفاده  از این لامپ ها، نیاز به استفاده از مبدل اینورتر (سیستم تغذیۀ DC به AC) از بین می رود. پس به کمک این چراغ ها و سیستم های خورشیدی می توان یک مجموعۀ فتوولتائیک با ویژگی های خاص ایجاد کرد.

– از دیگر مزایای لامپ دیودی می توان به طول عمر فوق العاده زیاد (50 برابر لامپ رشته ای و 10 برابر لامپ های کم مصرف) ، خلوص و تنوع در رنگ های تولید شده بدون نیاز به هرگونه فیلتر رنگی، درخشندگی چند برابر نسبت به لامپ های معمولی، طیف نور کامل بطور پیوسته (عدم لرزش نور)، ایمنی عمومی بالا به علت استفاده از ولتاژهای بسیار پایین، قابل استفاده در دماهای متغیر از دمای 85+ تا 40- ، عدم تولید پرتوهای فرابنفش (UV) و مادون قرمز (IR)، گریز حشرات از نور LED و غیره  اشاره کرد.

از معایب لامپ دیودی می توان به قیمت نسبتاً بالا و شار نوری بی کیفیت آن اشاره کرد.

 

  • اجزای لامپ ال ای دی

از اجزاء معمول تشکیل دهنده لامپ دیودی می توان به قسمت های ، عدسی، مجموعۀ قاب و هیت سینک، برد مدار چاپی و منبع تغذیه نام برد. منبع تغذیه ی مورد استفاده برای این نوع چراغ ها، از نوع سوئیچینگ است و رنج ولتاژ ورودی کاملی را پوشش می دهد. انواع بدون فریم آن در تیوب های LED استفاده می گردد و همچنین در چراغ های خیابانی و نورافکن ها ازLED  هایی با درجه حفاظت IP65 استفاده می شود.

 

اجزای-لامپ-LED
                                                 اجزای لامپ LED

 

رنج گستردۀ ولتاژ ورودی از ویژگی های منحصر به فرد این چراغ هاست که از 100 تا 300 ولت متناوب متغیر است. همچنین بسیاری از آن ها دارای ویژگی های حفاظت در مقابل اضافه ولتاژ و افزایش دما، حفاظت در مقابل اضافه بار و اتصال کوتاه، حفاظت در مقابل موج ضربه و ایجاد اعوجاج هارمونیکی بسیار کم و دارا بودن سیستم اصلاح ضریب قدرت هستند.

 

  • رنگ نور لامپ ال ای دی

رنگ نور منتشر شده از LED بستگی به نوع کریستال به کار رفته و ترکیبات آن دارد. جدول زیر، نوع مواد به کار رفته در ساختمان LED و رنگ نور ناشی از این مواد را به همراه علايم اختصاری آنها نشان می دهد.

امروزه با تغییر در ساختار فیزیکی و مواد تشکیل دهنده لامپ LED، می توان به نور در رنگ های خالص متنوع با شدت های متفاوت و فرکانس و طول موج مشخص دست پیدا کرد. هم چنین دست یابی به طیف رنگی متفاوت، با ترکیب رنگ لامپ LED های متفاوت امکان پذیر است.

همان طور که اشاره شد رنگ نور  لامپ LED به نوع کریستال و ترکیبات آن در ماده نیمه هادی دیود نوری وابسته است. به طور مثال در صورتی که ماده نیمه هادی از ایندیم، گالیم و نیتروژن تشکیل شده باشد، رنگ نور سبز و آبی می شود.

 

مواد به کار رفته در ساختمان لامپ LED و رنگ نور ناشی از آنها

نوع ماده نیمه هادی

علامت اختصاری

رنگ نور

آلومینیوم، گالیم، آرسناید

AlGaAs

قرمز

آلومینیوم، ایندیم، گالیم، فسفر

AllnGaP

قرمز، نارنجی، زرد

گالیم، آرسناید، فسفر

GaAsP

قرمز، نارنجی، زرد

ایندیم، گالیمف نیتروژن

lnGaN

سبز، آبی

 

به دلیل این که لامپ های LED دارای توان مصرفی پایینی هستند، می توان از مدل های رنگی آن ها مانند رنگ قرمز و سبز، به منظور علائم اضطراری، هشدار و نشانگرهایی از این قبیل استفاده کرد.

 


بیشتر بخوانید:

مفاهیم و تعاریف در طراحی روشنایی

انواع لامپ پر کاربرد را بشناسیم

لامپ بخار جیوه

لامپ بخار سدیم

بالاست لامپ فلورسنت

انواع لامپ فلورسنت


 

  • کاربرد لامپ LED

لامپ LED برای اولین بار در سال ۱۹۶۲ در مقیاس صنعتی تولید و به بازار عرضه شد. در آن سال LED تنها به رنگ قرمز و با ترکیب آلومینیوم، گالیم آرسناید بود.

اوایل دهه هفتاد میلادی، LED در رنگ های دیگر (سبز، آبی، زرد، نارنجی) تولید شدند. در این سال ها کارایی LED و بهره نوری آنها مرتب در حال افزایش بود. در سال های دهه ۸۰ و اوایل دهه نود میلادی، کارایی LED به میزان قابل توجهی افزایش یافت و به صورت گروهی ماجولار (Modular) به بازار عرضه شدند.

در سال ۱۹۹۷ LED هایی که نور سفید را به روش الکترولومینانس تولید می کردند به بازار معرفی شدند. در سال های اولیه بهره نور LED ها پایین بود و تنها در مدارات الکترونیکی مورد استفاده قرار می گرفتند.

امروزه بهره نوری LED های سفید در حدود 30 لومن بر وات بوده و بهره نوری LED های رنگی تا 50 لومن بر وات نیز می رسد و پیش بینی می شود بهره نوری آنها تا 100 لومن بر وات نیز برسد.

"<yoastmark

با توجه به طول عمر بسیار بالای LED پیش بینی می شود از آن در روشنایی عمومی به میزان گسترده ای استفاده شود.  برخی از کاربردهای LED ها عبارتند از:

١- روشنایی دکوراتیو 

با توجه به اینکه لامپ های LED رنگ نورهای مختلفی را تولید می کنند، می توان از آنها برای خلق فضای دکوراتیو و نورپردازی تزیینی استفاده نمود. همچنین با قرار دادن ماجول های LED در فضاهایی نظیر زیر پله ها، روی دیوار راهرو، کف اتاق و … می توان فضاهای زیبایی ایجاد نمود.

 

استفاده-از-لامپ-LED-در-نورپردازی-منزل

 

۲- روشنایی موزه ها 

با توجه به اینکه در نور منتشر شده از LED اثری از امواج مخرب ماوراء بنفش و مادون قرمز نیست، از آنها برای روشنایی اشیا قیمتی در موزه ها استفاده می کنند تا اثر مخرب اشعه های یاد شده بر اشیا قدیمی و قیمتی آسیب نرساند.

 

نورپردازی-موزه ها-با-استفاده-از-لامپ-LED

 

 

3- روشنایی اضطراری و علایم نجات 

با توجه به توان مصرفی بسیار پایین لامپ LED، از آنها می توان به عنوان روشنایی اضطراری و علائم نجات استفاده کرد.

 

۴- چراغ های راهنمایی و رانندگی 

با توجه به اینکه در چراغ های راهنمایی و رانندگی طول عمر منبع نور اهمیت بسیاری دارد، امروزه از LED ها در چراغ های راهنمایی و رانندگی استفاده می شود. در مورد چراغ های راهنمایی و رانندگی، طول عمر بالای LED باعث می شود قابلیت اطمینان افزایش یابد ضمن اینکه به دلیل درخشندگی بالاتر لامپ LED، امکان دید در روز بهتر می شود و در مصرف انرژی نیز به میزان زیادی صرفه جویی می گردد.

 

استفاده-از-لامپ-LED-در-چراغ-راهنمایی-رانندگی

 

۵- چراغ های اتومبیل

در حال حاضر اغلب شرکت های معتبر خودرو سازی دنیا در چراغ های راهنما و چراغ های خطر عقب و برخی چراغ های داخلی خودروها از لامپ LED استفاده می کنند و پیش بینی می شود تا سال ۲۰۱۰ راندمان LED تا اندازه ای افزایش یابد که در چراغ های جلو (Head Lights) اتومبیل نیز از LED استفاده شود.

 

  • تفاوت لامپ کم مصرف فشرده CFL با لامپ LED

1- جنس تیوب لامپ های CFL از شیشه است. در واقع لامپ های CFL، لامپ های فلورسنت با بالاست الکترونیکی سرخود هستند و دارای مقدار کمی جیوه هستند. لامپ های LED از گروه لامپ های کم مصرفی هستند که شامل چیپ های نیمه هادی LED، هیت سینک و حباب هستند.

2- از نظر نوردهی، لامپ های LED نسبت به لامپ های CFL نور بیشتری دارند.

3- روشن و خاموش شدن لامپ های LED بدون تأخیر و فوری است. این در حالی است که لامپ های CFL نیاز به کمی زمان دارند تا به طور کامل روشن شوند.

4- طول عمر لامپ های CFL با روشن و خاموش شدن های مکرر کاهش می یابد در حالی که لامپ های LED نسبت و خاموش و روشن شدن مقاوم هستند.

 

نکته:

اطلاعات بیشتر در مورد جای گزینی لامپ LED به جای تیوب های فلورسنت اینجا کلیک کنید.

 

مراحل-جای گزینی-تیوب-T8-LED-به-جای-لامپ-فلورسنت-در-مدار

 

 


بیشتر بخوانید:

مزایای استفاده از لامپ کم مصرف

لامپ های تخلیه گازی

لامپ های هالوژن تنگستن

لامپ متال هالید

 

در صورتی که سؤالی در خصوص مطالب بیان شده دارید می توانید در قسمت نظرات از ما بپرسید یا با ارائه پیشنهادات خود، ما را در بالا بردن کیفیت مقالات یاری کنید. 

مقالات مرتبط

نظرات