خيوط LED

مصباح LED ذو الفتيل هو مصباح LED مصمم ليُشبه المصباح المتوهج التقليدي بخيوط مرئية لأغراض جمالية وتوزيع الضوء، ولكنه يتميز بكفاءة عالية بفضل الثنائيات الباعثة للضوء (LED). يُستمد اسمه من سلاسل الثنائيات الموصولة على التوالي والمتقاربة، والتي تُشبه خيوط المصابيح المتوهجة بشكل أكبر من المصابيح السابقة ذات الثنائيات الباعثة للضوء المتعددة. يُصنع هذا المصباح كبديل مباشر للمصابيح المتوهجة التقليدية، حيث يُصنع بنفس الشكل، ويستخدم نفس القواعد التي تتناسب مع نفس المقابس ، ويعمل بنفس جهد التغذية. يمكن استخدامه لمظهره، الذي يُشبه المصباح المتوهج الشفاف عند إضاءته، أو لزاوية توزيع الضوء الواسعة التي تصل عادةً إلى 300 درجة. كما أنه أكثر كفاءة من العديد من مصابيح LED الأخرى. ^{[ 1 ]}

بنية خيط نموذجي

صورة مقربة لخيط عند طاقة 5%، تُظهر بقع ضوء LED الفردية.

أنتجت شركة أوشيو للإضاءة في عام 2008 مصباحًا بتصميم خيطي من نوع LED ، ^{[ 2 ]} بهدف محاكاة مظهر المصباح الكهربائي التقليدي . ^{[ 1 ]} كانت المصابيح الحديثة تستخدم عادةً مصباح LED واحدًا كبيرًا أو مصفوفة من مصابيح LED متصلة بمشتت حراري كبير . ونتيجة لذلك، كانت هذه المصابيح تُنتج عادةً شعاعًا ضوئيًا بزاوية 180 درجة فقط. ^{[ 1 ]} وبحلول عام 2015 تقريبًا، طرحت العديد من الشركات المصنعة مصابيح LED خيطية. استخدمت هذه التصاميم عدة باعثات ضوئية خيطية من نوع LED، تشبه في مظهرها عند إضاءتها خيط المصباح المتوهج التقليدي الشفاف، ^{[ 1 ]} وتتشابه في تفاصيلها إلى حد كبير مع الخيوط المتعددة لمصابيح إديسون المتوهجة القديمة . ^{[ 1 ]}

حصلت شركتا أوشيو وسانيو على براءة اختراع لمصابيح LED المتوهجة في عام 2008. ^{[ 2 ]} وفي عام 2013، وصفت باناسونيك تصميمًا مسطحًا بوحدات مشابهة للمصابيح المتوهجة. ^{[ 3 ]} وقُدِّم طلبان مستقلان آخران لبراءات الاختراع في عام 2014، لكنهما لم يُمنحا. ^{[ 4 ] [ 5 ]} تضمنت براءات الاختراع الأولى نظامًا لتصريف الحرارة أسفل مصابيح LED. في ذلك الوقت، كانت كفاءة الإضاءة لمصابيح LED أقل من 100 لومن/واط . وبحلول أواخر العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، ارتفعت هذه الكفاءة إلى ما يقارب 160 لومن/واط. ^{[ 6 ]}

يتكون فتيل LED من عدة مصابيح LED موصولة على التوالي على ركيزة شفافة، تُعرف باسم رقاقة على زجاج (COG). تُصنع هذه الركائز الشفافة من الزجاج أو الياقوت . تسمح هذه الشفافية للضوء المنبعث بالانتشار بشكل متساوٍ ومنتظم دون أي تداخل. يعمل طلاء متساوٍ من الفوسفور الأصفر في مادة رابطة من راتنج السيليكون على تحويل الضوء الأزرق الناتج عن مصابيح LED إلى ضوء أبيض تقريبًا بدرجة حرارة اللون المطلوبة - عادةً 2700  كلفن لمطابقة اللون الأبيض الدافئ للمصباح المتوهج. ^{[ 1 ]} يُعد تدهور مادة السيليكون الرابطة وتسرب الضوء الأزرق من مشكلات التصميم في مصابيح فتيل LED.

من مزايا تصميم الخيوط إمكانية تحقيق كفاءة أعلى بفضل استخدام عدد أكبر من باعثات LED ذات تيارات تشغيل أقل. ومن أهم مزايا هذا التصميم سهولة الحصول على إضاءة "شاملة" (360 درجة) تقريبًا من مصفوفات الخيوط، ^{[ 1 ]} إلا أن منطقتين تُصدران ضوءًا أقل تظهران بشكل قطري بالنسبة للركيزة. ^{[ 7 ]}

يقل عمر مصابيح LED مع ارتفاع درجات حرارة التشغيل. تحتوي مصابيح LED الخيطية على العديد من رقائق LED الأصغر حجمًا والأقل استهلاكًا للطاقة مقارنةً بالأنواع الأخرى، مما يُغني عن الحاجة إلى مشتت حراري، ولكن مع ذلك، يجب مراعاة إدارة الحرارة ؛ إذ يلزم وجود مسارات متعددة لتبديد الحرارة لضمان التشغيل الموثوق. قد يحتوي المصباح على مزيج من غاز عالي التوصيل الحراري ( الهيليوم ) لتحسين نقل الحرارة من خيط LED إلى المصباح الزجاجي. ^{[ 1 ]} يمكن ترتيب خيوط LED لتحسين تبديد الحرارة. يرتبط العمر الافتراضي لرقائق LED بدرجة حرارة الوصلة (Tj)؛ حيث ينخفض ​​ناتج الضوء بسرعة أكبر مع مرور الوقت عند درجات حرارة الوصلة المرتفعة. يتطلب تحقيق عمر افتراضي يصل إلى 30,000 ساعة مع الحفاظ على تدفق ضوئي بنسبة 90% الحفاظ على درجة حرارة الوصلة أقل من 85  درجة مئوية. ^{[ 1 ]} قد تحترق خيوط LED بسرعة إذا فُقدت كمية الغاز المُتحكم بها لأي سبب من الأسباب.

يجب أن يكون مصدر الطاقة في المصباح الشفاف صغيرًا جدًا ليناسب قاعدة المصباح. ^{[ 8 ]} يُبسط العدد الكبير من مصابيح LED (عادةً 28 مصباحًا لكل فتيل) مصدر الطاقة مقارنةً بمصابيح LED الأخرى، حيث يتراوح الجهد لكل مصباح LED أزرق بين 2.48 و3.7  فولت تيار مستمر. قد تستخدم بعض الأنواع أيضًا مصابيح LED حمراء (من 1.63  فولت إلى 2.03  فولت). وبالتالي، فإن فتيلين بمزيج من الأحمر والأزرق يُنتجان جهدًا قريبًا من 110  فولت، وأربعة فتيلات تُنتج جهدًا قريبًا من 220-240  فولت، مقارنةً بانخفاض جهد التيار المتردد الرئيسي إلى ما بين 3  و12  فولت اللازم لمصابيح LED الأخرى. عادةً ما تُستخدم أربعة فتيلات، ويكون مظهرها مشابهًا لمصباح فتيل الكربون المُفرَّغ. عادةً ما يُستخدم مزيج من الفوسفورات لإعطاء مؤشر تجسيد لوني أعلى (مختلف عن درجة حرارة اللون) من مصابيح LED الزرقاء القديمة ذات الفوسفور الأصفر. ^{[ 9 ]} تستخدم ثمانية خيوط عند جهد ~10 فولت واثنا عشر خيطًا عند جهد ~15 فولت مكثفات لتقليل الكمية وزيادة العمر الافتراضي إلى 25000 ساعة [غير واضح]؛ هذه الطرازات، المصنعة من قبل شركة فيليبس ، متوفرة فقط في الإمارات العربية المتحدة. ^{[ 10 ]}

سيؤدي منظم الجهد الخطي البسيط المستخدم في بعض المصابيح الأرخص ثمناً إلى حدوث بعض الوميض بتردد ضعف تردد التيار المتردد الرئيسي، والذي قد يكون من الصعب اكتشافه، ^{[ 8 ]} ولكنه قد يساهم في إجهاد العين والصداع.

• 
  مصباح LED خيطي ذو غلاف زجاجي بلون كهرماني والعديد من الخيوط لتحسين التأثيرات البصرية
• 
  تم ترتيب الخيوط بنمط متقاطع لتقليل الظلال وتوفير إضاءة أكثر تجانسًا.
• 
  نفس المصباح ذو الأربع خيوط عند النظر إليه من الأعلى

• وسائط متعلقة بمصابيح LED الخيطية على ويكيميديا ​​كومنز