چراغ های LED چگونه کار می‌کنند؟ چگونه ساخته می‌شوند؟

چگونه چراغ‌های LED کار می‌کنند

حال برای بررسی چگونگی کارکرد چراغ‌های LED، باید بگوییم که این همه به دلیل عدم تعادل الکترون‌ها بین دو لایه نیمه‌هادی و منطقه اتصال p-n است.

همانطور که قبلاً اشاره شد، الکترون‌ها در منطقه p-n با یکدیگر ترکیب می‌شوند. آن‌ها در اینجا باقی می‌مانند زیرا هیچ نیرویی آن‌ها را تحریک نمی‌کند تا حرکت کنند. اما وقتی یک منبع انرژی مانند باتری وارد می‌شود، الکترون‌ها تحریک شده و شروع به حرکت می‌کنند.

با حرکت کردن، الکترون‌ها به مناطقی می‌روند که در آن‌ها عدم تعادل الکترون‌ها وجود دارد. با این جهش، منطقه دیگر نیز دچار عدم تعادل الکترون می‌شود. این باعث می‌شود که آن‌ها همچنان به جهش ادامه دهند و هر بار که جهش می‌کنند، کمبود الکترون‌ها را پر کنند.

این جهش باعث می‌شود که الکترون‌ها انرژی تولید کنند. این انفجارها سپس فوتون‌های موجود در اتم‌ها را تحریک می‌کنند. این همان چیزی است که نور LED تولید می‌کند و این نور از خود LED در فضا پخش می‌شود.

چه چیزی باعث می‌شود چراغ‌های LED نسبت به سایر منابع نور مصنوعی برتر باشند؟

تمام اجزای یک چراغ LED با هم کار می‌کنند تا آن را نسبت به سایر منابع نور برتر کنند. نحوه تولید نور توسط آن‌ها مشابه نحوه تولید نور در لامپ‌های رشته‌ای نیست. لامپ‌های رشته‌ای با استفاده از برق، یک رشته نازک را درون لامپ گرم می‌کنند.

وقتی که رشته به اندازه کافی داغ می‌شود، هوا اطراف رشته را به سرعت شعله‌ور کرده و نور تولید می‌کند. به همین دلیل است که این لامپ‌ها دیگر نوری تولید نمی‌کنند وقتی که لامپ شکسته می‌شود. همچنین به همین دلیل است که این لامپ‌ها وقتی روشن می‌مانند، داغ می‌شوند.

چراغ‌های LED نیاز به استفاده از گرما برای تولید نور را از بین می‌برند. فوتون‌هایی که لامپ‌ها تولید می‌کنند فعال هستند و بدون گرما ناحیه را روشن می‌کنند. به همین دلیل است که لامپ‌های LED زمان بیشتری برای گرم شدن نیاز دارند.

این همچنین دلیل این است که لامپ‌های LED از منابع نور سنتی کارآمدتر هستند. زیرا آن‌ها گرما تولید نمی‌کنند، می‌توانند بیشتر از برقی که مصرف می‌کنند را به نور تبدیل کنند.

به دلیل عدم تولید گرما، این لامپ‌ها برای نگهداری گیاهان حساس به دما در داخل خانه ایده‌آل هستند. در واقع، لامپ‌های رشد LED با توجه به اینکه تعداد بیشتری از افراد به باغبانی در فضای داخلی روی آورده‌اند، محبوبیت بیشتری پیدا کرده‌اند.

چگونه چراغ‌های LED را نگهداری کنیم

با وجود تمام مزایای چراغ‌های LED، آن‌ها منابع نور کاملاً بی‌نقصی نیستند. برای اطمینان از طول عمر بیشتر آن‌ها، باید مراقبت‌های لازم را انجام دهید. در اینجا چند روش برای نگهداری آن‌ها آورده شده است.

خرید چراغ‌های LED با پوشش محافظ یا تمیز کردن آن‌ها به طور منظم

به دلیل ماهیت چراغ‌های LED، آن‌ها باید تا حد ممکن تمیز نگه داشته شوند. ذرات ریز گرد و غبار می‌توانند به نیمه‌هادی‌ها یا قاب‌های چراغ نفوذ کنند. این می‌تواند باعث کاهش کارایی چراغ در تولید نور شود.

بیشتر لامپ‌ها و تجهیزات LED با کیفیت از کارخانه به خوبی پوشیده و مهر و موم شده‌اند. بیشتر تجهیزات LED مصرفی باید اینطور باشند یا نگرانی ایجاد می‌کنند. به جز مواردی مانند نورپردازی LED سفارشی یا وسایل فروشگاه‌های هابی، نیازی به نگرانی در مورد تمیز کردن آن‌ها نیست.

زمانی که گرد و غبار یا زباله‌ها وارد تجهیزات LED شما می‌شوند، دو اتفاق می‌تواند بیفتد. چراغ‌های LED شما ممکن است شروع به چشمک زدن کنند. این ممکن است نگران‌کننده باشد زیرا به این معناست که زمان تعویض آن‌ها نزدیک است. بدتر از آن این است که اکثر افراد فکر می‌کنند چراغ‌ها تمام شده و آن‌ها را دور می‌اندازند و جایگزین می‌کنند. برای جلوگیری از این امر، بهترین کار این است که منطقه را تمیز نگه دارید. آن‌ها را در مکان‌های بلند آویزان کنید تا گرد و غبار کمتری روی آن‌ها بنشیند. همچنین هر از گاهی آن‌ها را به خوبی پاک کنید.

دوری از دماهای بالا

دلیل دیگری که چراغ‌های LED گرما تولید نمی‌کنند، این است که گرما می‌تواند چسب‌ها را از قدرت خود بیندازد. زمانی که این اتفاق می‌افتد، چراغ‌های LED شما ممکن است اصلاً کار نکنند.

به همین دلیل است که هنگام خرید چراغ‌های LED باید محیط را در نظر بگیرید. آن‌ها را از نور مستقیم خورشید و منابع گرمایی قوی دور نگه دارید. این کار کمک می‌کند تا عمر مفید چراغ‌های شما بیشتر شود.

اگر مجبورید آن‌ها را در معرض نور مستقیم خورشید قرار دهید، محصولات LED دیگری مانند چراغ‌های LED خورشیدی را در نظر بگیرید. این محصولات طراحی خاصی دارند که به دیودها کمک می‌کند تا مقاومت بیشتری در برابر گرما پیدا کنند. این همچنین یک راه عالی برای کمک به پایدارتر شدن کسب‌وکار شما است.

چراغ LED خود را خشک نگه دارید

ممکن است فکر کنید که خیس کردن یک منبع نور اصلاً منطقی نیست. شما باید فقط مطمئن شوید که چراغ LED شما نزدیک منبع آب نباشد. آنچه که ممکن است به آن توجه نکرده باشید، تشکیل قطرات آب روی خود چراغ است.

این ممکن است به دلیل رطوبت اتفاق بیفتد. اگر محیط به اندازه کافی مرطوب باشد، ممکن است مشاهده کنید که سطوح مختلف خیس می‌شوند. این می‌تواند برای چراغ‌های شما نیز اتفاق بیفتد.

اگر آب وارد چراغ‌های LED شما شود، باید با آن خداحافظی کنید. این ممکن است باعث اتصال کوتاه شود و ممکن است باعث قطع برق در کل ساختمان شود. برای اطمینان از اینکه چراغ‌های شما به طور کامل ضد آب هستند، بهتر است از نورپردازی صنعتی با درجه حفاظتی IP65 یا بالاتر استفاده کنید.

چراغ‌های LED چگونه ساخته می‌شوند؟

یک دیود ساطع‌کننده نور (LED) برای عملکرد خود به تعدادی قطعه نیاز دارد. اجزای اصلی آن شامل ویفرهای نیمه‌هادی و خود دیودها هستند.

تمام فرآیند از تولید ویفرهای نیمه‌هادی آغاز می‌شود که با مخلوط کردن عناصری مختلف ساخته می‌شوند. اولین جزء که به این مخلوط اضافه می‌شود، گالیوم است.

گالیوم انتخاب خوبی است زیرا به راحتی با فلزات دیگر آلیاژ می‌شود. این کمک می‌کند تا اجزای دیگر نیمه‌هادی‌ها به خوبی با هم کار کنند. همچنین این همان چیزی است که رنگ خاکستری فلزی به این نیمه‌هادی‌ها می‌دهد.

گالیوم به دلیل ویژگی‌های مشابهی که با جیوه دارد، توسط تولیدکنندگان ترجیح داده می‌شود. این اغلب به این دلیل است که گالیوم یک جایگزین کمتر سمی برای جیوه است.

پس از آن، آرسنیک، آلومینیوم و فسفر به مخلوط اضافه می‌شوند. این مواد به تابش نور دیود کمک می‌کنند. این‌ها همچنین نقشی در عملکرد LED دارند، اما در مورد آن‌ها بیشتر در ادامه توضیح خواهیم داد.

این مواد سپس تصفیه می‌شوند تا مطمئن شوند که چیزی در فرآیند مخلوط کردن اختلال ایجاد نمی‌کند. مواردی ساده مانند گرد و غبار روی این اجزا می‌تواند باعث شود که نیمه‌هادی به درستی کار نکند. سپس این مواد مخلوط شده و به یک محلول متمرکز مایع تبدیل می‌شوند.

پس از مخلوط شدن، یک میله تخصصی مواد را از مخلوط‌کن استخراج می‌کند. این مواد سپس به صورت کریستالی استخراج می‌شوند. در پایان، این مواد به شکل یک شمش استوانه‌ای بیرون می‌آید.

یک دستگاه شمش را به قطعات کوچک برش می‌دهد و سپس آن‌ها را صیقل می‌کند. این کار اطمینان می‌دهد که سطح آن‌ها به اندازه کافی صاف است تا بعداً به راحتی مورد استفاده قرار گیرد. این همچنین تضمین می‌کند که از گرد و غبار و مواد آلی دیگر پاک هستند.

دُوپینگ نیمه‌هادی‌ها

پس از تمیز شدن نیمه‌هادی‌ها، مواد نیمه‌هادی بیشتری به آن‌ها اضافه می‌شود. این فرایند که تولیدکنندگان آن را دُوپینگ می‌نامند، جایی است که نواحی مختلف نیمه‌هادی بارهای منفی و مثبت دریافت می‌کنند. این فرایند به طور کلی به نام “رسوب بخار شیمیایی فلزآلی” (MOCVD) شناخته می‌شود.

یک سمت نیمه‌هادی با ناخالصی‌های پذیرنده دُوپ می‌شود. این‌ها الکترون‌های کمتری دارند و اجازه می‌دهند تا الکترون‌های بیشتری از اتم‌های مجاور جذب کنند. نیمه‌هادی‌هایی که این ویژگی را دارند، به آن‌ها لایه‌های نیمه‌هادی نوع P گفته می‌شود.

لایه‌های نیمه‌هادی نوع N نوع دیگری هستند که نسبت به نوع P الکترون‌های بیشتری دارند. این به این دلیل است که آن‌ها با ناخالصی‌های اهداکننده دُوپ شده‌اند. این‌ها پنج الکترون اطراف نوار خود دارند، در حالی که ناخالصی‌های پذیرنده فقط سه الکترون دارند.

تنظیم نیمه‌هادی

پس از اینکه لایه‌ها بارگذاری شدند، مرحله بعدی ساخت نیمه‌هادی است. این کار با قرار دادن لایه‌ها در مناطق مناسب آغاز می‌شود. این لایه‌ها در طرفین مقابل نیمه‌هادی قرار می‌گیرند.

اما آن‌ها به هم نمی‌رسند، چون در این صورت نیمه‌هادی دچار بار اضافی می‌شود. هرچند برای دستگاه‌های حفاظتی در برابر اضافه بار LED حق ثبت اختراع وجود دارد، اما هنوز بهتر است که این کار انجام نشود. جدا نگه داشتن آن‌ها باعث می‌شود که نیمه‌هادی پایدار بماند و طول عمر چراغ LED حفظ شود.

به جای این کار، منطقه‌ای به نام “منطقه تخلیه” بین آن‌ها قرار می‌گیرد. این منطقه که به نام “اتصال p-n” نیز شناخته می‌شود.

پس از اینکه این اجزا به نیمه‌هادی ادغام شدند، الکترون‌ها از لایه نوع N شروع به مهاجرت می‌کنند. آن‌ها الکترون‌های گمشده در لایه نوع P را پر می‌کنند. الکترون‌ها به عقب و جلو حرکت می‌کنند و باعث می‌شوند که نیمه‌هادی انرژی تولید کند.

با این کار، ورق نیمه‌هادی برای استفاده آماده است. تنها چیزی که لازم است، اتصال دیود به لایه‌های مناسب است.

ساخت دیودها

مرحله بعدی ساخت دیودها است. این‌ها فلزات دندانه‌دار هستند که به نیمه‌هادی‌ها متصل می‌شوند و از ورق بیرون می‌زنند. هر دیود حدود ۵ میلی‌متر طول دارد، و برای ساخت یک لامپ LED معمولاً به ده‌ها یا حتی صدها دیود نیاز است تا چراغ روشن شود.

ساخت دیودها با پر کردن قالب‌ها با آلومینیوم مذاب آغاز می‌شود. این آلومینیوم به شکل قطعات کوچکی که به لایه‌های نیمه‌هادی متصل می‌شوند، شکل داده می‌شود. آلومینیوم بهترین فلز برای این کار است، زیرا نرم است و می‌تواند به راحتی انرژی را هدایت کند.

پس از خنک شدن آلومینیوم داخل قالب، آن‌ها را در مواد شیمیایی خاصی شستشو می‌دهند تا هرگونه کثیفی که به آن‌ها چسبیده است پاک شود. پس از آن، به آن‌ها زمان داده می‌شود تا خشک شوند و قاب‌ها آماده مرحله بعدی شوند.

چسباندن قاب‌ها به نیمه‌هادی‌ها

این مرحله نیاز به دقت بسیار بالایی دارد تا اطمینان حاصل شود که قاب‌ها به درستی به نیمه‌هادی‌ها متصل می‌شوند. به همین دلیل است که ابتدا یک دستگاه قاب‌ها را برداشته و آن‌ها را در یک ردیف منظم قرار می‌دهد.

سپس مقدار کمی چسب روی قاب‌ها ریخته می‌شود. این چسب به قاب‌ها کمک می‌کند تا در مراحل بعدی به نیمه‌هادی‌ها متصل شوند.

قبل از این که این اتفاق بیفتد، نیمه‌هادی‌ها ابتدا باید از هم جدا شوند. زیرا پس از تولید، بسیاری از نیمه‌هادی‌ها به طور فشرده در یک ورق واحد به نام “دی LED” جمع می‌شوند. دستگاهی این دی‌ها را با دقت برش می‌دهد تا آن‌ها را برای اتصال به قاب‌های فردی آماده کند.

مقدار کمی چسب نیز روی نیمه‌هادی‌ها ریخته می‌شود. این چسب ملایم‌تر است تا از آسیب به نیمه‌هادی جلوگیری شود.

با قرار گرفتن این قطعات، یک کارگر زیر میکروسکوپ کار می‌کند تا قاب‌ها را به نیمه‌هادی‌ها متصل کند. قطعه‌ای که به لایه P-type متصل می‌شود، آند نام دارد، در حالی که قطعه‌ای که روی لایه N-type قرار می‌گیرد، کاتد است.

نیمه‌هادی‌ها به قاب‌ها می‌چسبند زیرا چسب‌های قوی‌تری به آن‌ها اعمال شده‌اند. پس از این مرحله، دیود آماده سیم‌کشی است.

سیم‌کشی دیودها

زمانی که به سیم‌کشی دیودهای LED می‌پردازند، تنها یک دستگاه می‌تواند به دقت مورد نیاز تولیدکنندگان عمل کند. این به این دلیل است که آن‌ها با یک فیلمنت طلایی که به اندازه مو نازک است، سروکار دارند. یک انسان احتمالاً آن را خواهد شکست یا آن را بیش از حد خم خواهد کرد.

طلا فلز انتخابی است به دلیل خواص هدایتی آن. این فلز می‌تواند به خوبی گرما و برق را هدایت کند و از آسیب به طلا جلوگیری می‌کند. در یک لامپ، می‌توانید تصور کنید که این انتخاب چقدر اهمیت دارد.

دستگاه سیم طلایی را روی نیمه‌هادی قرار می‌دهد و آن را به سر آند وصل می‌کند. سپس منتظر می‌مانند تا چسب‌ها خشک شوند و سپس لنز پلاستیکی را روی قاب‌ها نصب می‌کنند.

این مرحله به عنوان آخرین جزئیات است و اغلب جایی است که طراحان بیشترین آزادی را برای طراحی دارند. درب‌ها معمولاً از اپوکسی ساخته می‌شوند به دلیل اینکه وقتی خشک می‌شود، بسیار مقاوم است. همچنین بعد از اینکه از مراحل مختلف تصفیه عبور می‌کند، به اندازه کافی شفاف است.

بیشترین سفارشی‌سازی که در این مرحله وجود دارد، مربوط به رنگ لنز است. آن‌ها فلزات خاصی را به لنز اضافه می‌کنند تا در حین تولید رنگ لنز تغییر کند. این حد تغییرات در طراحی نور است، زیرا خود دیودها نمی‌توانند تغییرات زیادی داشته باشند.

چگونه چراغ‌های LED کار می‌کنند و چگونه ساخته می‌شوند؟

چراغ‌های LED چگونه کار می‌کنند؟ با راهنمای بالا، خواهید آموخت که آن‌ها چگونه ساخته می‌شوند و چه عواملی باعث تولید نور در آن‌ها می‌شود.

آن‌ها فوق‌العاده هستند و می‌توانند مزایای زیادی برای شما به ارمغان بیاورند. درک اینکه چه چیزی آن‌ها را عالی می‌کند، کلید فهمیدن این است که چگونه به شما کمک می‌کنند. امروز یاد بگیرید که چراغ‌های LED چگونه کار می‌کنند و آن‌ها را در اطراف محیط خود نصب کنید!