LED чийдэнгийн цаад шинжлэх ухаан: Тэд хэрхэн ажилладаг вэ?

LED утаснууд нь гялалзсан гоо үзэсгэлэн, эрчим хүчний хэмнэлттэй орон зайг өөрчилдөг орчин үеийн гэрэлтүүлгийн технологийн гайхамшиг юм. Баярын арга хэмжээ, нам гүм үдэш эсвэл танай гэрт хүрээлэн буй орчны гэрэлтүүлэг гэх мэт эдгээр жижиг гэрлүүд нь гайхалтай сэтгэл татам байдаг. Гэхдээ та тэднийг юугаараа онцгой болгодог талаар бодож үзсэн үү? Эдгээр сэтгэл татам гэрэлтүүлгийн ард ямар шинжлэх ухаан байдаг вэ? LED чийдэнгийн гэрлийг маш үр дүнтэй, сэтгэл татам болгодог нууцыг олж мэдэхийн тулд тэдгээрийн дотоод үйл ажиллагааг гүнзгийрүүлцгээе.

LED гэж юу вэ?

LED чийдэнгийн гол цөм нь LED буюу Гэрэл ялгаруулах диод юм. Уламжлалт улайсгасан чийдэнгээс ялгаатай нь LED нь гэрэл үүсгэхийн тулд судал дээр тулгуурладаггүй. Харин хагас дамжуулагчийн шинж чанарт тулгуурлан ажилладаг. Цахилгаан гүйдэл нь хагас дамжуулагч материалаар дамжин өнгөрөхөд фотон буюу жижиг гэрлийн багцыг ялгаруулж, харагдахуйц гэрэлтүүлгийг үүсгэдэг.

LED-д ашигладаг хагас дамжуулагчийг ихэвчлэн галлий арсенид, галлийн фосфид гэх мэт материалаар хийдэг. Хагас дамжуулагчийн бүтэц нь түүний үйл ажиллагаанд чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Энэ нь pn уулзвараар бүтээгдсэн бөгөөд "p" тал нь эерэг цэнэг зөөгчөөр (нүх), "n" тал нь сөрөг цэнэг зөөгчөөр (электрон) дүүрсэн байдаг. Энэ уулзвараар цахилгаан гүйдэл урсах үед электронууд "n" талаас "p" тал руу шилжиж, нүхнүүдтэй дахин нэгдэж, гэрэл хэлбэрээр энерги ялгаруулдаг.

LED-ийн гол давуу талуудын нэг нь тэдний үр ашиг юм. Уламжлалт улайсгасан чийдэн нь дулааны хувьд ихээхэн хэмжээний энерги зарцуулдаг бол LED нь цахилгаан эрчим хүчний өндөр хувийг шууд гэрэл болгон хувиргах чадвартай. Энэ нь ижил түвшний гэрэлтүүлгийн хувьд бага эрчим хүчний зарцуулалтад хүргэдэг бөгөөд LED чийдэнг илүүд үздэг сонголт болгоход чухал хүчин зүйл болдог.

LED-ийн бас нэг онцлог шинж чанар нь урт наслалт юм. Улайсдаг чийдэн хэдхэн мянган цаг ажиллах боломжтой ч LED нь оновчтой нөхцөлд хэдэн арван мянган цагийн турш ажиллах боломжтой. Энэхүү бат бөх чанар нь бат бөх, эрчим хүчний хэмнэлттэй хослуулан LED чийдэнг богино болон урт хугацааны хэрэглээнд маш сайн хөрөнгө оруулалт болгодог.

LED чийдэн хэрхэн ажилладаг вэ?

LED чийдэнгийн функцийг ойлгохын тулд бүхэл бүтэн системийн үндсэн бүрэлдэхүүн хэсэг, ажиллагааг харах нь чухал юм. LED чийдэн нь уян хатан утсаар цуваа эсвэл зэрэгцээ хэлхээнд холбогдсон хэд хэдэн жижиг LED-ээс бүрддэг.

Утасны тохиргоо нь гэрэл хэрхэн ажиллахад чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Цуврал тохиргоонд гүйдэл нь LED тус бүрээр дараалан урсдаг. Энэ нь хэрэв нэг LED ажиллахгүй бол энэ нь бүхэл утсанд нөлөөлж, бусад LED унтарна гэсэн үг юм. Гэсэн хэдий ч LED технологийн дэвшлийн улмаас орчин үеийн олон LED чийдэнгийн гэрлүүд нь гүйдэл нь бүтэлгүйтсэн LED-ийг тойрч гарах боломжийг олгодог шунт механизмтай бөгөөд үлдсэн LED нь үргэлжлүүлэн ажиллах боломжийг олгодог.

Зэрэгцээ тохиргоонд LED бүрийг тэжээлийн эх үүсвэрт бие даан холбодог. Энэ нь хэрэв нэг LED ажиллахгүй бол бусад нь тасалдалгүйгээр ажиллана гэсэн үг юм. Зэрэгцээ хэлхээ нь хэрэгжүүлэхэд илүү төвөгтэй, өртөг зардал ихтэй байж болох ч найдвартай байдал нь илүү өндөр байдаг бөгөөд ихэвчлэн өндөр чанартай LED чийдэнгийн гэрлийг илүүд үздэг.

LED чийдэнгийн тэжээлийн эх үүсвэр нь янз бүр байж болно. Зарим утаснууд нь ханын залгуурт шууд залгахад зориулагдсан байдаг бол зарим нь зөөврийн зориулалттай батерейгаар ажилладаг. LED-ийг ажиллуулахад шаардагдах хүчдэл нь харьцангуй бага бөгөөд ихэвчлэн нэг LED-д 2-3 вольт байдаг. Өрхийн цахилгааны ердийн залгуурт залгагддаг утсуудын хувьд трансформатор эсвэл Шулуутгагчийг ихэвчлэн 120 вольтын хувьсах гүйдлийн хүчдэлээс LED-д шаардагдах зохих тогтмол гүйдлийн хүчдэл хүртэл бууруулахад ашигладаг.

Орчин үеийн LED чийдэн нь ихэвчлэн бүдэгрэх чадвар, өнгө өөрчлөх горим, алсын удирдлагатай ажиллах зэрэг нэмэлт функцуудтай байдаг. Эдгээр функцууд нь микроконтроллерууд болон бусад электрон эд ангиудыг утсан гэрэлд оруулснаар боломжтой болж, хэрэглэгчид гэрэлтүүлгийг янз бүрийн тохиргоо, сонголтод тохируулан өөрчлөх боломжийг олгодог.

LED технологийн дэвшил

LED чийдэнгийн технологи нь үүссэн цагаасаа хойш ихээхэн хувьсан өөрчлөгдсөн. Эрт үеийн LED нь бага эрчимтэй улаан гэрлээр хязгаарлагддаг байсан бол өнөөдөр тэдгээр нь олон тооны өнгө, эрчимтэй байж, хэрэглэгчдэд илүү олон сонголтыг өгдөг. Өнгөний спектрийн энэхүү өргөжилт нь голчлон хагас дамжуулагчийг бүтээхэд ашигласан материалын дэвшил, фосфор бүрэх технологийг хөгжүүлсэнтэй холбоотой юм.

Ихэнх цагаан LED гэрлүүд нь фосфорын давхарга бүхий цэнхэр LED ашиглан бүтээгдсэн. LED-ээс ялгарах цэнхэр гэрэл нь фосфорыг өдөөдөг бөгөөд энэ нь шар гэрлийг ялгаруулдаг. Цэнхэр, шар өнгийн гэрлийн хослол нь цагаан гэрлийг үүсгэдэг. Энэ арга нь үр ашигтай, олон талт бөгөөд фосфорын найрлагыг өөрчилснөөр дулаан цагаан, хүйтэн цагаан, өдрийн гэрлийн LED үйлдвэрлэх боломжийг олгодог.

Өндөр үр ашиг бол LED технологи нь дэвшилтэт үсрэлт, хязгаартай өөр нэг салбар юм. Илүү үр дүнтэй дулаан шингээгч ашиглах, илүү үр ашигтай хагас дамжуулагч материалыг хөгжүүлэх зэрэг шинэлэг зүйл нь LED-ийн эрчим хүчний хэмнэлтийн хил хязгаарыг түлхэж байна. Өндөр үр ашигтай LED нь илүү их цахилгаан энергийг дулаан болгон бага зарцуулдаг гэрэл болгон хувиргах чадвартай бөгөөд энэ нь эрчим хүчний зардлыг бууруулж, нүүрстөрөгчийн ул мөрийг багасгадаг.

Ухаалаг технологийг LED утастай гэрлээр нэгтгэсэн нь бас нэг чухал дэвшил юм. Ухаалаг LED-ийг ухаалаг гар утасны програмаар удирдаж, цагийн хуваарь гаргах, өнгө тохируулах, ухаалаг гэрийн экосистемтэй нэгтгэх зэрэг функцуудыг санал болгодог. Энэ нь зөвхөн тав тухтай байдлыг хангаад зогсохгүй хэрэглэгчийн туршлагыг сайжруулж чадах функциональ давхаргыг нэмж өгдөг.

Цаашилбал, Органик LED (OLEDs) болон Quantum Dot LED (QD-LED)-ийн чиглэлээр хийсэн судалгаа, хөгжүүлэлт нь илүү их нээлтийг амлаж байна. OLED нь уян хатан бөгөөд илүү байгалийн харагдах гэрлийг гаргаж чаддаг бол QD-LED нь илүү тод, өнгөлөг гэрэлтүүлгийг санал болгож, LED технологийн боломжит хэрэглээг шинэ, сэтгэл хөдөлгөм аргаар өргөжүүлдэг.

Байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл ба тогтвортой байдал

LED чийдэнгийн гол борлуулалтын цэгүүдийн нэг нь уламжлалт гэрэлтүүлгийн сонголттой харьцуулахад байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөлөл багатай байдаг. LED нь эрчим хүч бага зарцуулаад зогсохгүй илүү бат бөх, удаан эдэлгээтэй байдаг тул солих нь бага, хог хаягдал бага байдаг. Энэ нь үйлдвэрлэл, зайлуулахтай холбоотой нүүрстөрөгчийн ялгаруулалтыг бууруулахад хувь нэмэр оруулдаг.

Жил ирэх тусам LED үйлдвэрлэл нь байгаль орчинд ээлтэй болсон. Хоргүй материалыг ашиглах, флюресцент гэрэлд ихэвчлэн байдаг мөнгөн ус зэрэг аюултай химийн бодисыг багасгах нь үйлдвэрлэлийн тогтвортой практикт чиглэсэн чухал алхам юм. Түүгээр ч зогсохгүй олон LED үйлдвэрлэгчид илүү ногоон арга, материалыг ашиглаж, эдгээр гэрлийн хүрээлэн буй орчны ул мөрийг улам бүр багасгаж байна.

LED эд ангиудыг дахин боловсруулах чадвар нь тэдний тогтвортой байдлын дүр төрхийг нэмэгдүүлдэг. Металл гэр, зарим төрлийн хагас дамжуулагч гэх мэт LED гэрлийн олон хэсгийг дахин боловсруулж, дахин ашиглах боломжтой бөгөөд ингэснээр хог хаягдлыг багасгадаг. LED гэрлийг дахин боловсруулах хөтөлбөрүүд улам өргөн хүрээтэй болж, хэрэглэгчид хуучин эсвэл гэмтэлтэй LED-ийг хариуцлагатайгаар устгах боломжийг олгож байна.

LED утас чийдэн нь эрчим хүчний хэмнэлтээрээ тогтвортой байдлыг дэмждэг. Эрчим хүчний хэрэглээ буурснаар цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхийн тулд шатдаг түлш багасна гэсэн үг. Энэ нь хүлэмжийн хийн ялгаруулалтыг бууруулаад зогсохгүй эрчим хүчний сүлжээн дэх ачааллыг, ялангуяа ашиглалтын оргил үед бууруулахад тусалдаг. Жишээлбэл, сая сая байшин, нийтийн эзэмшлийн талбайг гэрлээр чимэглэх баярын үеэр LED-ийн ашиглалтын үр дүнд эрчим хүчний хэмнэлт их байх болно.

Нэмж дурдахад LED-ийн ашиглалтын хугацаа нь багасч, солих нь багасч, байнга үйлдвэрлэх нь байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг улам бүр бууруулдаг. LED нь улайсдаг чийдэнгээс 25 дахин, авсаархан флюресцент чийдэнгээс (CFL) 10 дахин удаан ажиллах боломжтой гэж үздэг. Энэхүү урт наслалт нь нөөцийг хэмнэж, хог хаягдлыг багасгаж, гэрэлтүүлгийн илүү тогтвортой хандлагыг дэмждэг.

LED чийдэнгийн хэрэглээ ба ирээдүйн боломж

LED чийдэнгийн олон талт байдал нь тэдгээрийг өргөн хүрээний хэрэглээнд тохиромжтой болгодог. Баярын чимэглэл, онцгой арга хэмжээнээс эхлээд архитектур, ландшафтын гэрэлтүүлэг хүртэл LED нь хосгүй уян хатан байдал, бүтээлч байдлыг санал болгодог. Тэдний жижиг хэмжээтэй, тод, хурц гэрэл ялгаруулах чадвар нь гоо зүйн сэтгэл татам, эрчим хүчний хэмнэлттэй аль ч нөхцөлд LED чийдэнг төгс болгодог.

LED чийдэнгийн өсөн нэмэгдэж буй зах зээлийн нэг бол ухаалаг гэрийн технологийн салбарт юм. Ухаалаг функцуудыг нэгтгэснээр хэрэглэгчид дуут команд, програм, тэр ч байтугай автоматжуулалтын системээр дамжуулан утсан гэрлээ удирдах боломжтой. Энэ нь улирал, өдрийн цаг, тэр ч байтугай тухайн үйл явдлын уур амьсгалаас хамаарч өөрчлөгддөг хувийн гэрэлтүүлгийн схемийг зөвшөөрдөг. Жишээлбэл, LED чавхдасыг хөгжимтэй синхрончлох чадвар нь үдэшлэг, цугларалтуудад гайхалтай мэдрэмжийг бий болгодог.

Өөр нэг шинээр гарч ирж буй хэрэглээ бол хөдөө аж ахуй, ялангуяа LED ургах гэрлүүд юм. Эдгээр гэрлүүд нь хүлэмж болон доторх аж ахуйд байгалийн нарны гэрлийг нөхөж, фотосинтез хийхэд шаардлагатай гэрлийн долгионы уртыг хангахад ашиглагддаг. LED-ийн үр ашиг, тохируулга хийх чадвар нь тэдгээрийг энэ зорилгод бүрэн нийцүүлж, ургамал эрүүл ургаж, ургацыг оновчтой болгодог.

Ирээдүйд бид LED технологид илүү их шинэчлэлийг хүлээж чадна. LED-ийн бат бөх чанар, үр ашгийг дээшлүүлэх, түүнчлэн илүү дэвшилтэт удирдлага, функцуудыг хөгжүүлэх судалгаа үргэлжилж байна. Интернэт зүйлсийн (IoT) хөгжихийн хэрээр LED чийдэнгийн гэрлүүд нь улам бүр хоорондоо уялдаа холбоотой болж, гэрэлтүүлгийн орчинтойгоо харилцах, өөрчлөх шинэ арга замыг санал болгож байна.

Түүгээр ч зогсохгүй материаллаг шинжлэх ухаан, инженерчлэлийн дэвшил нь илүү өндөр эрчим хүчний хэмнэлттэй, удаан эдэлгээтэй, бидний хараахан төсөөлөөгүй шинэ хэрэглээ бүхий LED гэрлийг хөгжүүлэхэд хүргэж болзошгүй юм. Микро-LED гэх мэт шинээр гарч ирж буй технологиуд болон хагас дамжуулагчийн дизайны дэвшил нь илүү авсаархан, үр ашигтай гэрэлтүүлгийн шийдлүүдийг амлаж, ирээдүйн инновацийн замыг засаж байна.

Дүгнэж хэлэхэд, LED чийдэн нь гэрэлтүүлгийн технологийн томоохон үсрэлт юм. Тэдний цаад шинжлэх ухааныг ойлгосноор бид үр ашиг, урт наслалт, олон талт байдлын хувьд тэдний давуу талыг илүү сайн үнэлж чадна. LED технологийн тасралтгүй дэвшил нь эдгээр гэрлүүд нь олон жилийн турш гэрэлтүүлгийн шийдлүүдийн тэргүүн эгнээнд үлдэх болно. Гэрийн засал чимэглэлийг сайжруулах, арга хэмжээ зохион байгуулах уур амьсгалыг бий болгох, тэр байтугай хөдөө аж ахуйн үйлдвэрлэлд туслах гэх мэт LED чийдэн нь хүний ​​оюун ухаан, тогтвортой байдлын гэрч болж тод гэрэлтдэг.