آشنایی با تکنولوژی‌های LED

نسل سوم تکنولوژی روشنایی موسوم به ال‌ای‌دی مبتنی بر فن‌آوری نیمه‌هادی‌های الکترونیک بوده و در دهه اخیر دارای رشد پرشتابی بوده‌اند. این محصولات قابلیت جایگزینی لامپ‌های روشنایی متداول در کلیه بخش‌های خانگی، اداری و تجاری را دارا می‌باشند. مزایای شاخص محصولات ال‌ای‌دی عبارتند از:

– صرفه‌جویی اقتصادی، راندمان بالا
– طول عمر بالا، 25 برابر لامپ‌های رشته‌ای و 3 برابر لامپ‌های کم‌مصرف
– گستره وسیع ولتاژ ورودی از 100 تا 240 ولت
– استحکام مکانیکی و آسیب‌پذیری کم
– نور مناسب و کنترل‌پذیر برای نورپردازی متمرکز و موضعی
– حساسیت کم نسبت به نوسانات و تغییرات ولتاژ شبکه از طریق بهره‌گیری از راه‌انداز الکترونیک جریان ثابت مبتنی بر IC
– عدم حساسیت نسبت به قطع و وصل کردن مکرر و کلیدزنی
– گستره وسیع رنگ نور و امکان ترکیب رنگ‌ها بدون نیاز به فیلترهای رنگی ثانویه
– دوستدار محیط زیست به دلیل فقدان جیوه، سرب و گازهای شیمیایی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای
– برخورداری از مشخصه عملکرد بسیار مطلوب در گستره دمایی متفاوت
– روشن شدن آنی و پاسخ بسیار سریع
– نور ایمن، سالم و فاقد سوسو
– نور پاک و عاری از پرتوهای فرا بنفش و فروسرخ
– رتبه انرژی A++ ، A+ ، A
– زوایای تابش متنوع (30 درجه تا 330 درجه) و نفوذ و توزیع نور مختلف

نسل‌های تکنولوژی‌های LED

انتخاب یک تکنولوژی ال‌ای‌دی همانند انتخاب یک لباس مناسب است. مدل‌های مختلفی از ال‌ای‌دی وجود دارد که هر کدام دارای ویژگی‌های مخصوص و مشخصاتی می‌باشند که بسته به نیاز می‌توانند انتخاب شوند. تکنولوژی ال‌ای‌دی بر مبنای روش پیاده‌سازی چیپ‌ها و پکیج آن، به سه دسته کلی SMD ،DIP و COB تقسیم می‌شوند. تکنولوژی DIP جزء اولین تکنولوژی‌هایی بود که به تولید انبوه و تجاری رسید و در ادامه تکنولوژی‌های SMD و COB به کاربری‌های تجاری صنعت روشنایی اضافه گردید. در ادامه به معرفی و بررسی مدل و تکنولوژی ال‌ای‌دی‌هایی می‌پردازیم که امروزه به صورت تجاری موجود می‌باشند.

DIP (Dual In-Line Package)

تکنولوژی ال‌ای‌دی DIP  که در برخی موارد تحت عنوان T-Type نیز شناخته می‌شود، سابقه‌ای بیش از پنجاه سال دارد و احتمالاً اولین تصویری که از ال‌ای‌دی در ذهن متبادر می‌شود DIP است. ال‌ای‌دی DIPم5 میلیمتری، از قدیمی‌ترین و شناخته‌شده‌ترین نوع ال‌ای‌دی هستند که در بازار ایران به نام ۵ میلی‌متری، کلاهی و … شناخته می‌شوند و در سال‌های ابتدائی کاربرد زیادی در تولیدات روشنایی و نورپردازی داشتند. این نوع از ال‌ای‌دی‌ها از یک پکیج پلاستیکی کپسول مانند تشکیل شده است که چیپ ال‌ای‌دی در داخل آن تعبیه شده و دو پایه بلند فلزی به عنوان اتصال از آن خارج شده است. برخی از این نوع ال‌ای‌دی‌ها دارای یک برجستگی پلاستیکی اضافه هستند که کار یک لنز ساده را انجام می‌دهد. پوشش پلاستیکی و اپوکسی رویه این نوع ال‌ای‌دی باعث تمرکز نور شده و همانند یک لنز عمل و نور ناشی از دیود را متمرکز می‌کند. پوشش بیرونی ال‌ای‌دی‌های DIP هم شامل یک لبه صاف می‌شود که معرف پایه کاتد ال‌ای‌دی‌های DIP می‌باشد.

اگرچه طول عمر این محصول نسبت به سایر تکنولوژی‌ها کمتر می‌‌باشد، اما کماکان استفاده از آن‌ها در نمایشگرهای بزرگ، تابلوها، علائم و کمابیش در تجهیزات الکترونیکی به‌عنوان نمایشگر مورد استفاده قرار می‌گیرند که دلیل اصلی آن هزینه پایین، درخشندگی بالا و سهولت در استفاده آن‌ها در بِرد می‌باشد.

امروزه از این نوع ال‌ای‌دی‌ها کمتر در صنعت روشنایی استفاده می‌شود، چرا که محصولات ساخته‌شده با استفاده از این تکنولوژی نسبت به محصولات با تکنولوژی‌های جدید SMD وCOB نور خروجی و بازده کمتر، افت شار نوری بیشتر و شاخص نمود رنگ کمتری دارند. علت اصلی کاهش نور این ال‌ای‌دی‌ها وجود ساختار پلاستیکی عایق در اطراف ال‌ای‌دی است که مانع از خروجی گرمای تولید شده توسط چیپ ال‌ای‌دی به بیرون و افزایش دمای آن می‌شود که در طولانی مدت باعث کاهش نور آن‌ها می‌گردد.

DIP‌ها شار نوری بین 3 الی 4 لومن برای هر ال‌ای‌دی تولید می‌کنند. محدوده عملکرد ولتاژ آن‌ها بین 5 تا 24 ولت (بسته به ساخت هر کدام) می‌باشد که ولتاژ معمول در این نوع ال‌ای‌‌دی‌ها 12 ولت می‌باشد. هر کدام از ال‌ای‌دی‌های DIP دارای توان مصرفی بین 0.08تا 0.05وات می‌باشد

SMD (Surface Mounted Device)

چیپ‌های تکنولوژی SMD یا “قطعه نصب شونده بر روی سطح” از طریق اتصال بر روی (Printed Circuit Board) PCB طراحی شده‌اند. پکیج‌های SMD بر خلاف DIP‌ ها که دارای دو پایه‌اند و کاتد بر روی برد بودند، می‌تواند 2، 4 یا 6 اتصال بر روی برد داشته باشند که این بستگی به تعداد چیپ‌های داخل پکیج دارد. در طراحی SMD برای هر دیود یک مدار جداگانه وجود دارد.

چیپ‌های SMD به دلیل تنوع و کاربردشان بسیار محبوب شده‌اند و تاثیر شگرفی در توسعه صنعت ال‌ای‌دی داشته‌اند که یکی از مهمترین دلایل آن توان بهره‌گیری از سه چیپ بر روی یک پکیج است. هنگامی که پکیج شامل سه چیپ قرمز، سبز و آبی باشد، قابلیت تولید تمامی رنگ‌ها را خواهد داشت. با تنظیم سطح خروجی هر چیپ بر روی پکیج می‌توان نورهای مختلفی پدید آورد که مورد استقبال گسترده‌ای قرار گرفته است. این ال‌ای‌دی‌ها دارای دو یا چند پایه برای لحیم‌کاری به اضافه یک پد مخصوص برای انتقال حرارت هستند. تکنولوژی SMD با توجه به قابلیت انعطاف‌پذیری در پیاده‌سازی، جایگزین مناسبی برای لامپ‌‌‌های التهابی و فلورسنتی به شمار می‌آیند. این نوع چیپ‌ها در مقایسه با DIP بسیار کوچکتر هستند که باعث کاربری‌های گسترده‌تر SMD می‌شود و طراحی‌های مختلف را امکان‌پذیر می‌سازد. SMD توانایی بسیار زیادی در ترکیب رنگ‌های نوری دارد که از جمله ویژگی‌های بارز این تکنولوژی به شمار می‌آید.
تکنولوژی ال‌ای‌دی SMD امکان تولید اتوماتیک، افزایش کنترل کیفیت ساخت، توزیع حرارتی بهتر، خروجی نور بالا و طول عمر بالاتر را میسر می‌سازد.

COB (Chips On Board)

تکنولوژی COB طی سالیان اخیر توسعه زیادی در صنعت ال‌ای‌دی داشته است. COB به معنی چیپ (تراشه) هایی بر روی برد می‌باشد. در این فناوری، تعدادی LED به صورت چیپ بر روی یک برد سوار شده و به صورت یک دیسک روشن دیده می‌شوند.

COB و SMD را می‌توان به‌دلیل بهره‌گیری از دیودهای چندگانه بر روی برد مشابه هم تصور کرد. اما ساختار مداری سبب پدید آمدن تفاوت‌ها می‌شود. در واقع پکیج COB متشکل از چیپ‌های متعدد با تعداد 9 عدد یا بیشتر است. بر خلاف SMD که برای هر چیپ یک مدار در نظر گرفته شده بود، چیپ‌های COB دارای یک مدار و 2 نقطه اتصال بر روی بردها هستند. با وجود مزیت‌های استفاده از یک مدار واحد نظیر مصرف پایین‌تر، استفاده از همین مدار واحد، یک ضعف بزرگ را پدید می‌آورد و آن عدم توانایی در ایجاد تغییر رنگ است. این بدان معناست که تکنولوژی COB علی‌رغم قدرت و کارایی در تامین یک نور، توانایی استفاده در مصارف تولید و تغییر نور رنگ های متفاوت را ندارد.
استفاده از مدار واحد و بهره‌گیری از چیپ‌های متعدد امکان تولید نور بیشتر و همگن توسط تکنولوژی COB را پدید می‌آورد. در واقع این روش امکان استفاده بیشتر از فضا را امکان‌پذیر می‌سازد که منجر به شدت و تراکم بیشتر نور می‌شود.

همانطور که از تصویر مشخص است، تعداد چیپ‌های بکار رفته در تکنولوژی COBی38 برابر DIP و 8.5 برابر SMD می‌باشد که منجر به روشنایی بیشتر در فضای یکسان (10 میلیمترمربع ) می‌گردد.
یکی از روش‌های پیاده‌سازی تکنولوژی COB از طریق بکارگیری چندین بسته COB با عنوان MCOB (Multi-Chips On Board)  یا (Multiple Chips and Cups On Board) MCCOB می‌باشد. تکنیک پیاده‌سازی در این روش استفاده از تعداد زیاد چیپ‌های ال‌ای‌دی به‌ صورت یکپارچه در قسمت‌های جداگانه بزرگ است. این روش قابلیت دستیابی به وات‌های بالا را فراهم می‌سازد.