بخش اول : ظهور میکرو دیود‌های نوری
Introduction of LEDs
توطئه دلال‌های آبی با ال ای دی!
ال‌ئی‌دی یا LED (Light-Emitting Diode) یا دیود نیمه رسانا ساطع کننده نور متولد سال ۱۹۲۷ (توی شناسنامه ۱۹۶۲ توسط Nick Holonyak) عبور جریان الکتریکی از خود را به صورت تابش نمایان می‌کند در واقع طی فرایند بازترکیب الکترونهای موجود در ماده نیم‌رسانا با حفره‌های الکترون انرژی خود را به شکل فوتون آزاد می‌کند (الکترولومینِسانس یا Electroluminescence). رنگ نور تابیده‌شده (مربوط به انرژی فوتون‌ها) بستگی به انرژی مورد نیاز الکترون‌ها برای عبور از شکاف انرژی نیم‌رسانا دارد. مثلا برای به‌دست آوردن نور سفید از چندین نیم‌رسانای مختلف استفاده می‌شود یا اینکه با لایه‌ای از فسفر بر روی سطح نیم‌رسانا، نور سفید تاباننده می‌شود یا ال‌ئی‌دی آبی-بنفش که با استفاده از نیترید گالیم با آلایش منیزیم و... ساخته می‌شود (شروع فناوری بلو-ری (Blu-ray) با لِیزِر آبی یا بِنفش) و زمانی آن را اوج فناوری مدرن ال ای دی معرفی می‌کردند و در بین بچه‌های قدیم ایران به عنوان یک کالای لوکس در مقابل رنگ‌های دیگر به قیمت کلانی می‌فروختند (تسخیر روح ال ای دی آبی در میکروشیپ)!
انتقام نوادگان LED
ال ای دی های اولیه می توانستند نور فروسرخ یا infrared (IR) ضعیفی را ساطع کند و با پیشرفت از کاربرد به‌جای لامپهای نشانگر یا رشته‌ای کوچک یا نمایشگرهای هفت‌بخشی (سون سگمنت یا Seven-Segment-Display) اکنون نوادگان LED قادر هستند خروجی‌های بالا و در کل طیف نور مرئی، فرابنفش، و امواج فروسرخ تولید کنند. امروزه ال‌ئی‌دی‌ها برای روشنایی اتاق و فضای‌باز (نور بالا و مناسب)، نمایشگرها (OLED , AMOLED) و حسگرهای جدید، فناوری‌ها و ارتباطات پیشرفته (به دلیل نرخ بالای کلیدزنی) مانند فیبر نوری ، کاربردهای تزئینی و تبلیغاتی، خودرو و لامپ هواپیما، فلش دوربین‌ها، لامپهای پرورش گیاه، تجهیزات پزشکی و هر چیزی که فکرش را بکنید استفاده می‌شوند!
ال ای دی ها مزایای زیادی نسبت به منابع نور رشته‌ای دارند، از جمله مصرف انرژی کمتر، طول عمر بیشتر (بیش از ۱۰۰۰۰۰ ساعت)، استحکام فیزیکی بهبود یافته، اندازه های کوچکتر و سوئیچینگ سریعتر. در ازای این ویژگی‌های عموماً مطلوب، معایب LEDها شامل محدودیت‌های الکتریکی برای ولتاژ پایین و به طور کلی برای کاربرد توان DC(نه AC)، ناتوانی در ارائه روشنایی ثابت از یک منبع تغذیه الکتریکی DC یا AC، حداکثر دمای عملیاتی و دمای نگهداری کمتر است.
دیود لیزر در مقابل ال‌ای‌دی!
برخلاف لیزر، نوری که از ال‌ئی‌دی های معمول تابش می‌شود نه از نظر طیفی منسجم (Coherence یا باریک با فرکانس(نپاشیدگی بسامد خروجی) و فاز(تغییرات در زمان) ثابت) است و نه حتی خیلی مونوکرومیک (تک‌فام یا تک‌رنگ) است. با این حال، طیف آن به اندازه کافی باریک است که در چشم انسان به عنوان یک رنگ خالص (اشباع) ظاهر می‌شود. همچنین برخلاف اکثر لیزرها، تابش آن از نظر مکانی منسجم نیست، بنابراین نمی‌تواند به روشنایی‌های بسیار زیاد مشخصه لیزرها نزدیک شود.
دی‌وی‌دی(4.7 تا 9.4 گیگابایت و غیره(اچ‌دی دی‌وی‌دی و...)) و سی‌دی(700MB) با اشعه قرمز (فروسرخ در حدود طول موج 650نانومتر) کار می‌کنند اما دیسک Blu-ray (بلو ری) (25 تا 50 گیگابایت(دولایه) در دیسک 12cm و 7.8 تا 15.6 در دیسک 8cm) با اشعه لیزر آبی (فرابنفش و اینها در حدود طول موج 405nm) کار می‌کند که با دیود لیزر آبی بنفش ساخته می‌شود.
انواع ال ای دی!
LEDهای مورد استفاده در مدارهای الکترونیکی ما عمدتا نوع THD (تکنولوژی THT(Through-Hole Technology) برای Through-Hole Device (THD) پایه‌دار عموما 3,5,8,10 میلی‌متری برای مونتاژ از طریق سوراخ‌های مدار‌چاپی(PCB) که رایج شده به اینگونه پکیج‌ها (یا برخی به همه قطعات پادار دیپ میگویند!) دیپ یا DIP(Dual in-line package) میگویند (و نسبت به میکرونواده‌های خود شبیه به قرص سنگینی که باید قورت داده شود یا گلوله لیزری میکروشیپی هستند که بر روی برد لانچ می‌شوند) درست یا غلط به شخصه از دیپ به یاد تراشه‌های مجتمع میافتم.. یا SMD (تکنولوژی SMT(Surface Mount Technology) یا نصب سطحی قطعات (Surface Mount Device) بر روی برد بدون نیاز به سوراخ‌کاری) هستند و رایج‌ترین آنها smd 3528، smd 5050 و smd 2835 می‌باشد.
انواع LED : آتنوگرافی (Ethnography)!
اگر یک چیپ یا افزاره LED را یک پیکسل در نظر بگیریم در انواع سنتی(Traditional یا همان دوپایه‌های مأنوس قدیمی) و صنعتی! ، تک رنگ ، دو یا چند رنگ و برنامه‌پذیر (RGB) در ولتاژ‌ها(خود‌رنگ : 1.8 تا 3.3) و توان‌ها (مثال PowerLED:1W,3W,10W و Simple: 60mW) و شدت‌های مختلف نوری و ابعاد و انواع مختلف موجود هستند. LED هفت رنگ هم داریم مثل برخی آدمها!
در مدارهای الکترونیکی معمول صرف نظر از نوع و ابعاد هر رنگ محدوده ولتاژ تعریف شده‌ای دارد (ولتاژ کاری ال ای دی های سبز، آبی و سفید در محدوده ۳ ولت و ولتاژ کاری ال ای دی قرمز در محدوده ۲ ولت و LED های 3mm در حدود 1.8 ولت است و سرجمع ال ای دی های متداول در مدارهای الکترونیکی میکروشیپ با جریانی در حدود 10 تا 25 میلی‌آمپر می‌تابند. بقیه ماجرا را می‌توان از دیتاشیت سازنده دید.
LED های شفاف با نور متمرکز (معروف به لیزری) یا High Brightness امروزی برعکس درخشش خیره‌کننده‌ای که دارند جریان کمی مصرف می‌کنند در مدارهای نشانگر کوچک مثلا 230ولت معرفی شده در میکروشیپ برای افزایش کارکرد و کاهش تلفات گرمایی میتوانید مقاومت را افزایش دهید و با حداقل جریان نور کافی دریافت نمایید در عوض تلفات گرمایی کاهش میابد.. در مطالب میکروشیپ محاسبات ساده LED شرح داده می‌شود.
آرایه‌های ال ای دی!
با ترکیب پیکسل‌های LED چیزهای جالبی ساخته می‌شود، سرهم شدن SMDها در لامپهای ال‌ای‌دی، نوارهای نورپردازی، تابلو‌های تبلیغاتی، آرایه‌های تراشه سرخود COB (Chip on board) و تفاوتشان با DOB (Driver On Board) و...
COB در ظاهر یک قطعه واحد است و در واقع از تعدادی چیپ LED به صورت آرایه‌ای جمع و جور قرنطینه‌شده در رزین‌اپوکسی شفاف (شبیه همان آی‌سی‌های OnBoard که میگویند IC قیری!) و با ثبات تشکیل شده است. هنگامی که COB روشن می شود، تک تک تراشه‌های داخل آن قابل مشاهده نیست، و بر خلاف SMD و DIP ها مانند یک پانل روشنایی منفرد ظاهر می‌درخشد (با اینکار کنترل حرارتی بهتری هم نسبت به فقط یک واحد LED پرقدرت خواهیم داشت)
برخی بردهای لامپهای LED که از تعدادی LED SMD سری موازی تشکیل شده به برد درایور خارجی متصل شده را COB می‌نامند و اگر قطعات درایور روی همان برد LEDها مونتاژ شود آن مجموعه را DOB خطاب می کنند.
کاربردهای COB
Applications of COB LED
از طیف گسترده‌ی کاربرد این LED ها می‌توان برای تامین روشنایی‌های اصلی، روشنایی رو به پایین از ارتفاع بالا و چراغ‌های خیابانی و چراغ‌های مسیر و چراغ‌های میکروشیپ‌های مورد استفاده در Cobra11 اشاره کرد.
روشنایی و بهره‌وری انرژی
Brightness and Energy Efficiency
لامپهای LED COB با lumen-to-watt بهتر شناخته شده‌اند یعنی با انرژی کمتر در مقایسه با SMD و DIP ها شار_نوری (لومن یا انتشار مقدار نور از یک چشمه در واحد زمان) بیشتری تولید می‌کنند. علاوه بر آن COB ها از بازتابنده‌ها (رفلکتور‌ها) برای تابش قابل کنترل‌تر و متمرکز‌تر نور بهره می‌برند.
ال ای دی های نصب سطحی (SMD) در فضاهای داخلی روشن‌تر از دیپ‌ها هستند و انرژی کارآمدتری دارند و منطقه بیشتری را پوشش می‌دهند اما به اندازه COB ها توجیه فنی یا اقتصادی ندارند.
هنگامی که صحبت از استفاده در فضای باز یا زیر نور مستقیم خورشید می شود، LEDهای DIP روشن‌تر از SMDها به نظر می‌رسند.
طول عمر و عملکرد حرارتی
Longevity and Thermal Performance
لامپ های COB از لحاظ کنترل حرارتی بهبود یافته و خنک کننده بزرگتری دارند. اجزای کمتر و بسته بندی کارآمدتر باعث تولید گرمای کمتر می‌شود و در مقایسه با smds و dips گرما را به هیت سینک ها انتقال می دهند. LED های COB دارای بستر سرامیکی خنک کننده تراشه ها نیز هستند که کاهش دما را بهبود داده است. از این رو، دوام بیشتری نسبت به پیشینیان خود دارند.
ال ای دی های SMD هم نسبت به DIPها (یا THD LED ها) انتقال حرارت بهتر و واپاشی کمتر نوری و طول عمر بیشتری دارند. من حتی در نسخه‌های اولیه میکروشیپ از COB ها بهره جستم.
حد و اندازه
Size and Weight
دیپ ال‌دی‌ها فضای بیشتری را اشغال می‌کنند و سنگین‌تر هستند، اما در شرایط آب و هوایی دوام بهتری دارند! با این حال با SMD و COB های کوچک و سبکتر که رنگ یکنواخت‌تری در کلاس میکروشیپ و تعداد بیشتری LED در فضای کمتری ارائه می‌دهند قابل قیاس نیستند!
بقیه ماجرا : لیدر‌های نورانی!
طیفهای رنگی متنوعی برای LED ها ساخته شده است اما لامپهای LEDهای COB عموما در رنگ‌های (آبی، سبز، صورتی، قرمز، سفید خالص، سفید طبیعی و سفید گرم و میکروشیپی) موجود هستند.
COB LEDs چون انرژی کمتری در مقابل کارایی خود مصرف می‌کنند و سرویس و نگهداری کمتری نیاز دارند و همین ها باعث افزایش کارکرد مفید و طول عمرشان است، مقرون به صرفه هستند جان چینی‌ها علاوه بر این، قیمت اولیه آن نیز در مقایسه با SMDs و DIPs پایین‌تر است گوش دلال رجیم کر.
حکایت همچنان باقیست، سایر پیشرفت‌های فناوری نوری (LED Eugenics) که ممکن است در آینده در مورد آن بشنویده باشید از چیپ‌های چندگانه و چندلایه روی برد (MCOP,MCCOB و شرکا) مورد استفاده در لامپهای حبابی یا تیوپ‌های روشنایی تا (مثلا سوئیچ از تیتاپ به های بای!) و وسایل بزرگ‌تر و نورافشانی‌های وسیع‌تر ، چیپ‌های روی برد Stereoscopic (استریوسکوپی یا SCOB) و ETP FC (Flip-Chip) ، فناوری‌های جدید برای کاهش تلفات حرارتی ، عمر بیشتر در مقابل استهلاک کمتر و فضای کمتر در مقابل بازدهی و نوردهی بیشتر..
تکنولوژی نه منحصرا ال ای دی ها و شرکا پیوسته پیشرفت می‌کند و با گذشت زمان، روش‌ها و طرح‌های جدیدتری ابداع می‌شود برای تولید محصولات بهتر و با کیفیت‌تر و روشن‌تر، در حالی که انرژی هسته‌ای کمتر و کمتری در میکروشیپ به هدر می‌رود.
اما ما میخواستیم در مورد پیکسل‌های LED کوچولو در مدارهای الکترونیکی خودمان حرف بزنیم..
در بخش بعدی ادامه دارد...
مرتبط :
آشنایی با دیودها (دیود معمولی ، زنر و...)
ال‌ای‌دی (LED) را قورت بده (بخش اول : احضار)
ال‌ای‌دی (LED) را قورت بده (بخش دوم : درایو!)
ال‌ای‌دی (LED) را قورت بده (بخش سوم : به خاطر یک بیت بیشتر!)
میکرو فلاشر 220 ولت LED بدون ترانزیستور بدون ترانس بدون باتری!
عمده منابع : ویکی‌پدیا و فایده چراغ‌های ال‌ای‌دی! بقیه داخل متن لینک داده شده با کمی بهبود یا برداشت آزاد و تجارب میکروشیپ!
برگرفته از: ال‌ای‌دی (LED) را قورت بده (بخش اول : احضار)
برگرفته از: ال‌ای‌دی (LED) را قورت بده (بخش اول : احضار)
