تم تطبيق أول مصابيح LED ذات كفاءة إضاءة منخفضة GaP وGaAsP باللون الأحمر والأصفر والأخضر في السبعينيات على أضواء المؤشرات والشاشات الرقمية والنصية. منذ ذلك الحين، بدأ LED يدخل مجالات التطبيقات المختلفة، بما في ذلك الطيران والطائرات والسيارات والتطبيقات الصناعية والاتصالات والمنتجات الاستهلاكية وما إلى ذلك، مما يغطي قطاعات مختلفة من الاقتصاد الوطني وآلاف الأسر. بحلول عام 1996، وصلت مبيعات LED في جميع أنحاء العالم إلى مليارات الدولارات. على الرغم من أن مصابيح LED كانت محدودة بالألوان وكفاءة الإضاءة لسنوات عديدة، فقد تم تفضيل GaP وGaAsLED من قبل المستخدمين نظرًا لعمرها الطويل وموثوقيتها العالية وتيار التشغيل المنخفض وتوافقها مع الدوائر الرقمية TTL وCMOS والعديد من المزايا الأخرى.
في العقد الماضي، كان السطوع العالي والألوان الكاملة من المواضيع المتطورة في أبحاث مواد LED وتكنولوجيا الأجهزة. يشير السطوع العالي للغاية (UHB) إلى LED بكثافة إضاءة تبلغ 100mcd أو أكثر، والمعروف أيضًا باسم LED بمستوى Candela (cd). يعد التقدم في تطوير A1GaInP وInGaNFED عالي السطوع سريعًا للغاية، وقد وصل الآن إلى مستوى أداء لا تستطيع المواد التقليدية GaA1As وGaAsP وGaP تحقيقه. في عام 1991، قامت شركة Toshiba اليابانية وHP الأمريكية بتطوير InGaA1P620nm LED البرتقالي فائق السطوع، وفي عام 1992، تم وضع InGaA1P590nm LED الأصفر فائق السطوع موضع الاستخدام العملي. وفي نفس العام، طورت توشيبا مصابيح LED فائقة السطوع باللون الأصفر والأخضر مقاس InGaA1P573nm مع شدة إضاءة عادية تبلغ 2 سي دي. في عام 1994، طورت شركة Nichia اليابانية مصابيح LED فائقة السطوع باللون الأزرق (الأخضر) InGaN450nm. في هذه المرحلة، وصلت الألوان الأساسية الثلاثة المطلوبة لعرض الألوان، الأحمر والأخضر والأزرق بالإضافة إلى مصابيح LED البرتقالية والأصفر، إلى مستوى كثافة الإضاءة في مستوى كانديلا، وحققت سطوعًا فائقًا وشاشة عرض كاملة الألوان، مما يجعل الأماكن الخارجية كاملة الوضوح. عرض الألوان للأنابيب الباعثة للضوء حقيقة واقعة. بدأ تطوير LED في بلدنا في السبعينيات، وظهرت الصناعة في الثمانينيات. هناك أكثر من 100 شركة على الصعيد الوطني، حيث يعمل 95% من الشركات المصنعة في إنتاج ما بعد التغليف، ويتم استيراد جميع الرقائق المطلوبة تقريبًا من الخارج. من خلال العديد من "الخطط الخمسية" للتحول التكنولوجي، والاختراقات التكنولوجية، وإدخال المعدات الأجنبية المتقدمة وبعض التقنيات الرئيسية، اتخذت تكنولوجيا إنتاج LED في الصين خطوة إلى الأمام.

1. أداء LED عالي السطوع:
بالمقارنة مع GaAsP GaPLED، يتمتع A1GaAsLED الأحمر عالي السطوع بكفاءة إضاءة أعلى، وكفاءة الإضاءة للتباين المنخفض الشفاف (TS) A1GaAsLED (640 نانومتر) قريبة من 10lm/w، وهو أكبر 10 مرات من GaAsP GaPLED الأحمر. يوفر السطوع الفائق InGaAlPLED نفس الألوان مثل GaAsP GaPLED، بما في ذلك: الأصفر الأخضر (560 نانومتر)، والأخضر الفاتح الأصفر (570 نانومتر)، والأصفر (585 نانومتر)، والأصفر الفاتح (590 نانومتر)، والبرتقالي (605 نانومتر)، والأحمر الفاتح (625 نانومتر). ، أحمر عميق (640 نانومتر)). بمقارنة كفاءة الإضاءة للركيزة الشفافة A1GaInPLED مع هياكل LED الأخرى ومصادر الإضاءة المتوهجة، تبلغ كفاءة الإضاءة للركيزة الممتصة (AS) InGaAlPLED 101 م/ث، وكفاءة الإضاءة للركيزة الشفافة (TS) هي 201 م/ث، وهي 10 -20 مرة أعلى من GaAsP GaPLED في نطاق الطول الموجي 590-626 نانومتر؛ في نطاق الطول الموجي 560-570، يكون أعلى بمقدار 2-4 مرات من GaAsP GaPLED. يوفر سطوع InGaNFED الفائق الضوء الأزرق والأخضر، مع نطاق طول موجي يتراوح بين 450-480 نانومتر للأزرق، و500 نانومتر للأزرق والأخضر، و520 نانومتر للأخضر؛ كفاءة الإضاءة هي 3-151m/w. لقد تجاوزت كفاءة الإضاءة الحالية لمصابيح LED فائقة السطوع كفاءة المصابيح المتوهجة ذات المرشحات، ويمكن أن تحل محل المصابيح المتوهجة بقدرة أقل من 1 واط. علاوة على ذلك، يمكن لمصفوفات LED أن تحل محل المصابيح المتوهجة بقدرة أقل من 150 واط. بالنسبة للعديد من التطبيقات، تستخدم المصابيح المتوهجة المرشحات للحصول على الألوان الأحمر والبرتقالي والأخضر والأزرق، في حين أن استخدام مصابيح LED فائقة السطوع يمكن أن يحقق نفس اللون. في السنوات الأخيرة، جمعت مصابيح LED فائقة السطوع المصنوعة من مواد AlGaInP وInGaN عدة شرائح LED فائقة السطوع (الأحمر والأزرق والأخضر) معًا، مما يسمح بألوان مختلفة دون الحاجة إلى مرشحات. بما في ذلك الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق، تجاوزت كفاءتها المضيئة كفاءة المصابيح المتوهجة وقريبة من مصابيح الفلورسنت الأمامية. لقد تجاوز السطوع المضيء 1000mcd، مما يمكنه تلبية احتياجات العرض الخارجي بالألوان الكاملة وفي جميع الأحوال الجوية. يمكن لشاشة LED الكبيرة الملونة أن تمثل السماء والمحيط، وتحقق رسومًا متحركة ثلاثية الأبعاد. حقق الجيل الجديد من مصابيح LED فائقة السطوع باللون الأحمر والأخضر والأزرق إنجازًا غير مسبوق

2 、 تطبيق LED فائقة السطوع:
إشارة إشارة السيارة: أضواء مؤشر السيارة الموجودة على الجزء الخارجي من السيارة هي بشكل أساسي مصابيح الاتجاه والمصابيح الخلفية وأضواء الفرامل؛ يعمل الجزء الداخلي للسيارة بشكل أساسي كإضاءة وعرض لمختلف الأدوات. تتمتع مصابيح LED فائقة السطوع بالعديد من المزايا مقارنة بالمصابيح المتوهجة التقليدية لأضواء مؤشرات السيارات، ولها سوق واسع في صناعة السيارات. يمكن لمصابيح LED أن تتحمل الصدمات والاهتزازات الميكانيكية القوية. متوسط ​​العمر التشغيلي MTBF لمصابيح الفرامل LED أعلى بعدة مرات من المصابيح المتوهجة، وهو ما يتجاوز بكثير العمر التشغيلي للسيارة نفسها. ولذلك، يمكن تعبئة مصابيح الفرامل LED ككل دون النظر في الصيانة. تتميز الركيزة الشفافة Al GaAs وAlInGaPLED بكفاءة إضاءة أعلى بكثير مقارنة بالمصابيح المتوهجة ذات المرشحات، مما يسمح لمصابيح الفرامل LED وإشارات الانعطاف بالعمل عند تيارات قيادة منخفضة، عادةً ما تكون 1/4 المصابيح المتوهجة فقط، وبالتالي تقليل المسافة التي يمكن أن تقطعها السيارات. يمكن أن يؤدي انخفاض الطاقة الكهربائية أيضًا إلى تقليل حجم ووزن نظام الأسلاك الداخلية للسيارة، مع تقليل ارتفاع درجة الحرارة الداخلية لمصابيح إشارة LED المدمجة، مما يسمح باستخدام المواد البلاستيكية ذات المقاومة المنخفضة لدرجة الحرارة للعدسات والعلب. وقت استجابة مصابيح الفرامل LED هو 100ns، وهو أقصر من المصابيح المتوهجة، مما يترك وقت رد فعل أطول للسائقين ويحسن سلامة القيادة. يتم تحديد إضاءة ولون أضواء المؤشرات الخارجية للسيارة بوضوح. على الرغم من أن عرض الإضاءة الداخلية للسيارات لا يتم التحكم فيه من قبل الإدارات الحكومية ذات الصلة مثل أضواء الإشارة الخارجية، إلا أن شركات تصنيع السيارات لديها متطلبات تتعلق بلون وإضاءة مصابيح LED. لقد تم استخدام GaPLED منذ فترة طويلة في السيارات، وسوف تحل AlGaInP وInGaNFED ذات السطوع العالي للغاية محل المزيد من المصابيح المتوهجة في السيارات نظرًا لقدرتها على تلبية متطلبات الشركات المصنعة من حيث اللون والإضاءة. من منظور السعر، على الرغم من أن مصابيح LED لا تزال باهظة الثمن نسبيًا مقارنة بالمصابيح المتوهجة، إلا أنه لا يوجد فرق كبير في السعر بين النظامين ككل. ومع التطوير العملي لمصابيح TSAlGaAs وAlGaInP LED فائقة السطوع، انخفضت الأسعار بشكل مستمر في السنوات الأخيرة، وسيكون حجم الانخفاض أكبر في المستقبل.

إشارة إشارة المرور: انتشر الآن استخدام مصابيح LED فائقة السطوع بدلاً من المصابيح المتوهجة لأضواء إشارات المرور وأضواء التحذير وأضواء الإشارة في جميع أنحاء العالم، مع وجود سوق واسعة وطلب متزايد بسرعة. ووفقا لإحصائيات وزارة النقل الأمريكية عام 1994، كان هناك 260 ألف تقاطع في الولايات المتحدة تم تركيب إشارات المرور فيها، ويجب أن يحتوي كل تقاطع على 12 إشارة مرور حمراء وصفراء وزرقاء وخضراء على الأقل. تحتوي العديد من التقاطعات أيضًا على علامات انتقالية إضافية وأضواء تحذيرية لعبور المشاة لعبور الطريق. بهذه الطريقة، يمكن أن يكون هناك 20 إشارة مرور عند كل تقاطع، ويجب أن تضاء في وقت واحد. ويمكن الاستدلال على أن هناك ما يقرب من 135 مليون إشارة مرور في الولايات المتحدة. في الوقت الحاضر، حقق استخدام مصابيح LED فائقة السطوع لتحل محل المصابيح المتوهجة التقليدية نتائج مهمة في تقليل فقدان الطاقة. تستهلك اليابان حوالي مليون كيلووات من الكهرباء سنويًا على إشارات المرور، وبعد استبدال المصابيح المتوهجة بمصابيح LED فائقة السطوع، أصبح استهلاكها للكهرباء 12% فقط من الأصل.
يجب على السلطات المختصة في كل دولة وضع اللوائح المناسبة لإشارات المرور الضوئية، مع تحديد لون الإشارة والحد الأدنى لكثافة الإضاءة ونمط التوزيع المكاني للشعاع ومتطلبات بيئة التثبيت. على الرغم من أن هذه المتطلبات تعتمد على المصابيح المتوهجة، إلا أنها قابلة للتطبيق بشكل عام على مصابيح إشارة المرور LED فائقة السطوع المستخدمة حاليًا. بالمقارنة مع المصابيح المتوهجة، تتمتع إشارات المرور LED بعمر تشغيلي أطول، يصل عمومًا إلى 10 سنوات. وبالنظر إلى تأثير البيئات الخارجية القاسية، ينبغي تقليل العمر المتوقع إلى 5-6 سنوات. في الوقت الحاضر، تم تصنيع مصابيح LED ذات السطوع العالي جدًا AlGaInP باللون الأحمر والبرتقالي والأصفر وهي غير مكلفة نسبيًا. إذا تم استخدام وحدات مكونة من مصابيح LED حمراء فائقة السطوع لتحل محل رؤوس إشارات المرور المتوهجة الحمراء التقليدية، فيمكن تقليل التأثير على السلامة الناجم عن الفشل المفاجئ للمصابيح المتوهجة الحمراء. تتكون وحدة إشارة المرور LED النموذجية من عدة مجموعات من مصابيح LED المتصلة. بأخذ وحدة إشارة المرور LED الحمراء مقاس 12 بوصة كمثال، في 3-9 مجموعات من مصابيح LED المتصلة، يكون عدد مصابيح LED المتصلة في كل مجموعة 70-75 (إجمالي 210-675 مصباح LED). عندما يفشل مصباح LED واحد، فإنه سيؤثر فقط على مجموعة واحدة من الإشارات، وسيتم تقليل المجموعات المتبقية إلى 2/3 (67%) أو 8/9 (89%) من الأصل، دون التسبب في فشل رأس الإشارة بالكامل مثل المصابيح المتوهجة.
المشكلة الرئيسية في وحدات إشارة المرور LED هي أن تكلفة التصنيع لا تزال مرتفعة نسبيًا. بأخذ وحدة إشارة المرور LED الحمراء TS AlGaAs مقاس 12 بوصة كمثال، تم تطبيقها لأول مرة في عام 1994 بتكلفة 350 دولارًا. بحلول عام 1996، بلغت تكلفة وحدة إشارة المرور AlGaInP LED مقاس 12 بوصة ذات الأداء الأفضل 200 دولار.

من المتوقع أن يكون سعر وحدات إشارة المرور LED ذات اللون الأزرق والأخضر InGaN مشابهًا لسعر AlGaInP في المستقبل القريب. على الرغم من أن تكلفة رؤوس إشارات المرور المتوهجة منخفضة، إلا أنها تستهلك الكثير من الكهرباء. استهلاك الطاقة لرأس إشارة المرور المتوهجة بقطر 12 بوصة هو 150W، واستهلاك الطاقة لضوء تحذير المرور الذي يعبر الطريق والرصيف هو 67W. وبحسب الحسابات، يبلغ استهلاك الطاقة السنوي لمصابيح الإشارة المتوهجة عند كل تقاطع 18133 كيلوواط ساعة، أي ما يعادل فاتورة كهرباء سنوية قدرها 1450 دولارًا؛ ومع ذلك، فإن وحدات إشارة المرور LED تتميز بالكفاءة في استخدام الطاقة، حيث تستهلك كل وحدة إشارة مرور LED حمراء مقاس 8-12 بوصة 15 وات و20 وات من الكهرباء على التوالي. يمكن عرض لافتات LED عند التقاطعات باستخدام مفاتيح الأسهم، مع استهلاك طاقة يبلغ 9 وات فقط. وبحسب الحسابات فإن كل تقاطع يمكن أن يوفر 9916 كيلوواط ساعة من الكهرباء سنويا، أي ما يعادل توفير 793 دولارا من فواتير الكهرباء سنويا. استنادًا إلى متوسط ​​تكلفة 200 دولار لكل وحدة إشارة مرور LED، يمكن لوحدة إشارة المرور LED الحمراء استرداد تكلفتها الأولية بعد 3 سنوات باستخدام الكهرباء الموفرة فقط، والبدء في تلقي عوائد اقتصادية مستمرة. لذلك، فإن استخدام وحدات معلومات حركة المرور AlGaInLED حاليًا، على الرغم من أن التكلفة قد تبدو مرتفعة، إلا أنها لا تزال فعالة من حيث التكلفة على المدى الطويل.