إضاءة LED

إن الإضاءة بواسطة الصمامات الثنائية الباعثة للضوء (LED)، بوصفها جيلاً جديداً من مصادر الضوء الخضراء، قد اكتسبت تطبيقات واسعة في إضاءة الطرق، والإضاءة التجارية، والإضاءة الصناعية، وإضاءة المركبات بفضل مزاياها المتمثلة في الكفاءة العالية في إصدار الضوء، واستهلاك الطاقة المنخفض، وطول العمر الافتراضي. ومع ذلك، فإن رقائق LED هي في جوهرها أجهزة شبه موصلة باعثة للضوء، ولا تكون كفاءة استخدامها للطاقة الكهربائية بنسبة 100%. فحوالي 60% إلى 70% من الطاقة المدخلة تتحول إلى حرارة. وإذا لم يتم التخلص من هذه الحرارة بشكل سريع وفعال، فإن ذلك يؤدي إلى ارتفاع درجات حرارة الوصلة، ما يسبب انخفاضاً في الكفاءة الضوئية، وتسارع تدهور الإضاءة، وانحراف درجة حرارة اللون، بل وحتى فشل كامل لمصدر الضوء. وتؤثر هذه المشكلات تأثيراً كبيراً على عمر المصباح وتجربة المستخدم. وبالتالي، فإن نظام إدارة الحرارة يُعد عنصراً حاسماً في تصميم مصابيح LED، ويحدد مباشرةً أداء المنتج وموثوريته.

تشمل التحديات الرئيسية في إدارة الحرارة في الإضاءة LED: الحجم الصغير وكثافة القدرة الحرارية العالية لرقائق LED، التي تُركّز الحرارة باستجابات عابرة سريعة، مما يتطلب استخلاصاً حرارياً سريعاً؛ والأبعاد المحدودة للجهاز الخفيف—خاصة في تطبيقات الإضاءة الداخلية والتطبيقات المرورية—التي تحد من مساحة مشتت الحرارة المتاحة؛ ويجب أن تلبي الأجهزة الخفيفة الخارجية متطلبات العزل ضد الماء والغبار ومقاومة التآكل وحماية الأشعة فوق البنفسجية في آنٍ واحد، مما يعقّد التصميم أكثر. فعلى سبيل المثال، في إضاءة الطرق: يجب أن تعمل الأجهزة الخفيفة بثبات لفترات طويلة ضمن نطاق درجات حرارة يتراوح بين -40°م و+50°م، مما يستدعي استخدام مشتتات حرارة تجمع بين التوصيلية الحرارية العالية ومقاومة الطقس الاستثنائية.

يمكن اختيار حلول مختلفة لإدارة الحرارة للثريات عبر نطاقات طاقة متفاوتة. قد تستخدم مصابيح LED منخفضة القدرة ركيزة ألومنيوم بسيطة مع زعانف مبردة مطبوعة، مما يوفر فعالية من حيث التكلفة؛ أما الإنارات المدمجة متوسطة إلى عالية القدرة، وأضواء الصناعات/المناجم، والأنوار الكاشفة، فتستخدم في الغالب مشتّات حرارة مخرطة أو مُشكَّلة على البارد لتحقيق مساحة سطح أكبر ومقاومة حرارية أقل. ولأضواء الشوارع عالية القدرة أو إضاءة المسارح، غالباً ما يتم دمج تقنيات أنابيب نقل الحرارة أو ألواح نشر الحرارة لتوزيع الحرارة بسرعة إلى مجموعة الزعانف، ثم تبددها عبر التوصيل الطبيعي أو تبريد الهواء القسري. وتُعد مشتّات الحرارة ذات الزعانف المشذبة، التي تتميز بكثافة زعانف عالية وكفاءة حرارية متفوقة، مناسبة للحالات التي تتطلب أداءً حرارياً صعباً. أما مشتّات الحرارة المسبوكة بالقوالب، والتي تُدمج كوحدة واحدة مع هيكل الثريا، فهي توازن بين الجماليات والمتانة الهيكلية، ما يجعلها خياراً شائعاً للإضاءة الخارجية.

المعالجة السطحية مهمة بنفس القدر. التأين z إن التصنيع، وتفجير الرمل، أو الطلاء بالبودرة لا يحسّنان المظهر البصري فحسب، بل يحسّنان أيضًا مقاومة التآكل بشكل كبير، مما يطيل العمر الافتراضي في البيئات الخارجية. وفي البيئات شديدة التآكل مثل المناطق الساحلية أو المصانع الكيميائية، يُوصى بعمليات التأكسد الصلبة z أو طلاء الفلوروكربون. كما يجب أن تراعي اعتبارات التصميم ضمان مسارات الحمل الحراري غير المعترضة، وتقليل مقاومة الهواء، ومنع تراكم الغبار الذي يؤدي إلى تدهور الأداء الحراري. z تقليل مقاومة الهواء، ومنع تراكم الغبار الذي يؤدي إلى تدهور الأداء الحراري.