لامپ‌های ال‌ای‌دی چگونه کار می‌کنند؟

معرفی لامپ ال‌ای‌دی + معایب و مزایای آن نسبت به لامپ های معمولی

لامپ‌های LED با استفاده از تکنولوژی دیودهای نورافشان و جایگزین‌کردن آن با رشته‌هایی که در گذشته باعث تولید روشنایی در لامپ‌ها می‌شد، نوع جدیدی از چراغ روشنایی را روانه بازار کرد. لامپ‌های ال‌ای‌دی مصرف انرژی بسیار پایین‌تر و عمر و دوام بسیار بالاتری نسبت به لامپ‌های رشته‌ای دارند.

ال‌ای‌دی‌ها بر خلاف لامپ‌های فلورسنت (مهتابی‌ها و لامپ‌های کم‌مصرف) نیازی به مدار راه‌انداز یا استارتر هم ندارند و بلافاصله بعد از ورود جریان برق به داخل آن‌ها روشن می‌شوند. هدررفت انرژی به‌صورت گرما نیز در این تکنولوژی به‌شدت پایین آمده و نزدیک صفر است. لامپ‌های ال ای دی در رنگ‌های و طیف‌های مختلفی در بازار موجود هستند. اگر در انتخاب رنگ لامپ‌های منزل یا محل کار خود تردید دارید، می‌توانید با مطالعه مقاله ؟ تصمیم مناسب‌تری بگیرید.

مزایا و معایب لامپ‌های LED

در خصوص مزایا و معایب لامپ‌های LED، می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• طول عمر طولانی: در حالت ایده‌آل لامپ‌های ال‌ای‌دی تا 100هزار ساعت عمر می‌کنند و در حالت کلی طول عمر لامپ کم مصرف بسیار بالا است.
• مصرف بسیار پایین: مصرف برق لامپ‌های ال‌ای‌دی یک‌دهم نوع‌های دیگر است.
• دوستدار محیط‌زیست: بر خلاف لامپ‌های فلورسنت، حاوی مواد سمی برای محیط‌زیست نیستند و موردی که نشان‌دهنده عوارض لامپ‌های ال‌ای‌دی باشد تابه‌حال گزارش نشده است.
• بازدهی بالا: میزان بیشتری از انرژی الکتریکی را به روشنایی تبدیل می‌کنند و هدررفت گرمایی کمتری دارند.
• قابل تعمیر بودن: تعمیر لامپ‌های ال‌ای‌دی به‌سرعت انجام شده و هزینه‌ی بالایی ندارد.
• قیمت گران در مقایسه با دیگر لامپ‌ها: درست است که ال ای دی ها قیمت بالاتری نسبت به سایر لامپ‌ها دارند، اما در طولانی‌مدت و با درنظرگرفتن میزان مصرف انرژی و عمر طولانی‌تر، خرید لامپ‌های ال‌ای‌دی توجیه اقتصادی دارد.

چگونگی روشن شدن لامپ‌های ال ای دی

لامپ‌های LED برای روشن شدن از رشته‌هایی که در لامپ‌های قدیمی وجود دارد، استفاده نمی‌کنند. در ال ای دی ها رشته‌ها جای خود را به نیمه‌رسانا یا نیمه‌هادی داده‌اند و شیوه‌ی کار به این صورت است که جریان الکتریکی از این نیمه‌رسانا عبور کرده و نور تولید می‌شود. سپس نور توسط پوشش فسفری داخل حباب جذب شده و باعث درخشندگی لامپ می‌شود.

در لامپ‌های ال ای دی از دو نیمه‌هادی مثبت و منفی استفاده می‌شود. اختلاف پتانسیلی که با جریان برق در نیمه‌هادی‌ها ایجاد می‌شود باعث ایجاد یک برانگیختگی در سمت منفی می‌شود. الکترون‌ها برای رهاکردن خودشان از این وضعیت به سمت مثبت حرکت می‌کنند و با رسیدن به محل تلاقی دو نیمه‌هادی مثبت و منفی نور تولید می‌کنند. برای روشن ماندن لامپ 10 وات از این نور تولید شده استفاده می‌شود.

ساختمان لامپ‌های ال‌ای‌دی از اجزای مختلفی مثل: سرپیچ یا پایه، سرامیک، خنک‌کننده، درایور، برد ال ای دی و حباب تشکیل شده است. هر یک از این اجزا وظیفه‌ی خاصی دارد. برق از طریق پایه یا سرپیچ وارد لامپ شده و به درایور می‌رسد. درایور وظیفه‌ی کاهش جریان برق و تبدیل جریان متناوب به مستقیم را با توجه ‌به نیاز برد LED برعهده دارد. انرژی الکتریکی تنظیم شده به برد ال ای دی منتقل شده و باعث روشنایی لامپ می‌شود. حباب، سرامیک و خنک‌کننده نیز وظیفه‌ی محافظت و طولانی‌تر کردن عمر لامپ را بر عهده دارند.

برای انتخاب لامپی که در خانه یا محل کار از آن استفاده می‌کنید باید نهایت دقت را به خرج دهید تا نور ساطع شده از لامپ، آسیبی به ‌سلامتی شما نرساند. در این ‌خصوص می‌توانید مقاله ؟ را مطالعه کنید.

انواع لامپ ال‌ای‌دی

لامپ‌های ال‌ای‌دی در شکل‌ها و نوع‌های مختلفی روانه‌ی بازار شده‌اند که در ادامه مهم‌ترین و پرکاربردترین آن‌ها را معرفی خواهیم کرد.

لامپ ال‌ای‌دی حبابی

لامپ ال‌ای‌دی حبابی از نظر ظاهر شبیه به لامپ‌های قدیمی است و توان نوردهی مستقیم را دارد. ظاهر گلابی‌شکل لامپ باعث ایجاد زاویه‌ی حدود ۱۳۰ درجه شده و مناسب استفاده در مکان‌هایی است که به نور مستقیم نیاز دارند.

لامپ شمعی ال‌ای‌دی

لامپ‌های شمعی LED ظاهری مشابه به لامپ‌های شمعی پرمصرف قدیمی دارند و بیشترین موارد استفاده از آن‌ها در لوسترها است. البته موارد مصرف این نوع لامپ‌ها فقط لوسترها نیستند و در انواع چراغ‌های مطالعه، چراغ‌خواب و آباژورها نیز استفاده می‌شوند.

لامپ ال‌ای‌دی سقفی

اگر وارد مکان‌هایی با سقف‌های کاذب شده باشید به ‌احتمال زیاد یک پنل نورانی را در سقف دیده‌اید. این پنل‌ها در واقع همان لامپ‌های ال‌ای‌دی سقفی هستند. این‌گونه از لامپ‌های ال‌ای‌دی به دلیل نوردهی بالا و زاویه پرتاب نور بیشتر، گزینه‌ی مناسبی برای هتل‌ها، فروشگاه‌ها، مصارف خانگی و اداری هستند.

لامپ هالوژن ال‌ای‌دی

بیشتر موارد استفاده از لامپ‌های هالوژن LED در تزئینات و نورپردازی است. نوردهی این لامپ‌ها به‌ صورت متمرکز است و در مقایسه با هالوژن‌های قدیمی مصرف بسیار کمتر و عمر بسیار بیشتری دارند.

ریسه ال‌ای‌دی

ریسه ال‌ای‌دی نوارهای باریکی هستند که بیشتر در تزئینات و به‌عنوان نور مخفی کاربرد دارند. ریسه‌های ال‌ای‌دی به دلیل مقاومت بالا در برابر شرایط محیطی و طول عمر بیشتر مورد توجه بسیاری از مصرف‌کنندگان قرار گرفته است

ساختمان و طرز کار لامپ ال ای دی

نور می تواند توسط ملتهب شدن یک رشته فیلامان 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 الکترولومینانس (Elecctroluminance) نیز می گویند که در سال ۱۹۷۷ ابداع شد. ساختار داخلی لامپ LED دارای دو ناحیۀ n وp  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.

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 ۴۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰۰۰ 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 های دیودی یا LED نسل جدید با هدف استفاده در صنایع روشنایی به بازار عرضه شده اند که در توان های ۱، ۳، ۵، ۱۰، ۳۰، ۵۰، ۶۰ و ۱۰۰ وات در بازار موجود هستند. مبنای ساخت LED های توان بالا (بیشتر از ۱۰ وات)، استفاده از چند LED Chip و اتصال آنها به هم است. ولتاژ کارکرد این LED ها، ۳ تا ۳۳ ولت مستقیم و جریان های راه اندازی از ۳۵۰ تا ۳۰۰۰ میلی آمپر در طراحی ها لحاظ می شود. در شکل زیر نمونه ای از لامپ LED توان بالا را مشاهده می کنید.

دیگر 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 ۲۰ میکرو ثانیه) روشن می شوند؛ در حالی که لامپ های گازی به زمانی در حدود ۴ دقیقه نیاز دارند؛ یعنی لامپ های گازی، ۱۲۰ میلیون بار کندتر عمل می کنند.

انواع لنزهای مورد استفاده در چراغ های LED

– 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.

– بهرۀ نوری: بهره ی نوری LED ها در حال حاضر ۱۱۰ 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 ۱۰% 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 (۵۰ برابر لامپ رشته ای و ۱۰ 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 ۸۵+ تا ۴۰- ، 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.

رنج گستردۀ ولتاژ ورودی از ویژگی های منحصر به فرد این چراغ هاست که از ۱۰۰ تا ۳۰۰ 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 علایم 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.

 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 ۳۰ لومن بر وات بوده و بهره نوری LED های رنگی تا ۵۰ لومن بر وات نیز می رسد و پیش بینی می شود بهره نوری آنها تا ۱۰۰ لومن بر وات نیز برسد. 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.

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.

۳– 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.

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.

منبع : dunelm.com