اصل نور LED

LED (دیود ساطع کننده نور)یک دستگاه نیمه هادی حالت جامد است که می تواند انرژی الکتریکی را به نور مرئی تبدیل کند. می تواند به طور مستقیم الکتریسیته را به نور تبدیل کند. قلب LED یک تراشه نیمه هادی است. یک سر تراشه به یک براکت، یک سر آن الکترود منفی و سر دیگر به الکترود مثبت منبع تغذیه متصل است، به طوری که کل تراشه در رزین اپوکسی محصور می شود.

ویفر نیمه هادی از دو قسمت تشکیل شده است. یک قسمت نیمه هادی نوع P است که در آن سوراخ ها غالب است و انتهای دیگر نیمه هادی نوع N است که الکترون ها عمدتاً در آن حضور دارند. اما هنگامی که این دو نیمه هادی به هم متصل می شوند، یک اتصال P-N بین آنها تشکیل می شود. هنگامی که جریان از طریق سیم روی ویفر تأثیر می گذارد، الکترون ها به ناحیه P رانده می شوند، جایی که الکترون ها با حفره ها دوباره ترکیب می شوند و سپس انرژی به شکل فوتون ساطع می شود. این اصل تابش نور LED است. طول موج نور، یعنی رنگ نور، توسط ماده تشکیل دهنده اتصال P-N تعیین می شود.

LED می تواند به طور مستقیم نور قرمز، زرد، آبی، سبز، فیروزه ای، نارنجی، بنفش و سفید ساطع کند.

در ابتدا، LED ها به عنوان منبع نور نشانگر برای ابزار استفاده می شدند. بعدها، ال‌ای‌دی‌هایی با رنگ‌های مختلف نور به‌طور گسترده در چراغ‌های راهنمایی و صفحه‌نمایش‌های بزرگ مورد استفاده قرار گرفتند که مزایای اقتصادی و اجتماعی خوبی را به همراه داشت. به عنوان مثال یک چراغ راهنمایی قرمز 12 اینچی را در نظر بگیرید. در ایالات متحده، یک لامپ رشته ای 140 واتی با بازده بصری کم نور با عمر طولانی به عنوان منبع نور استفاده می شود که 2000 لومن نور سفید تولید می کند. پس از عبور از فیلتر قرمز، 90 درصد نور از بین می رود و تنها 200 لومن نور قرمز باقی می ماند. در لامپ جدید طراحی شده، Lumileds از 18 منبع نور LED قرمز استفاده می کند که در مجموع 14 وات برق از جمله تلفات مدار مصرف می کند تا اثر نوری یکسان را ایجاد کند. چراغ های سیگنال خودرو نیز یک منطقه مهم برای کاربردهای منبع نور LED هستند.

برای روشنایی عمومی، مردم به منابع نور سفید نیاز دارند. در سال 1998، LED ساطع کننده نور سفید با موفقیت توسعه یافت. این نوع LED با بسته بندی تراشه های GaN و گارنت آلومینیوم ایتریوم (YAG) ساخته می شود. تراشه GaN نور آبی (λp=465nm، Wd=30nm) از خود ساطع می‌کند و فسفر YAG حاوی Ce3+ ساخته شده با تف جوشی در دمای بالا، پس از برانگیختن نور آبی، نور زرد را با حداکثر مقدار لامپ LED 550nm منتشر می‌کند. بستر LED آبی در یک حفره بازتابنده کاسه ای شکل نصب شده و با یک لایه نازک رزین مخلوط با YAG، حدود 200-500 نانومتر پوشانده شده است. بخشی از نور آبی ساطع شده از بستر LED توسط فسفر جذب می شود و قسمت دیگر نور آبی با نور زرد ساطع شده از فسفر مخلوط می شود تا نور سفید به دست آید.

برای ال ای دی های سفید InGaN/YAG با تغییر ترکیب شیمیایی فسفر YAG و تنظیم ضخامت لایه فسفر می توان نور سفید رنگ های متنوع با دمای رنگ 3500-10000K بدست آورد. این روش دریافت نور سفید از طریق ال ای دی آبی دارای ساختار ساده، هزینه کم و بلوغ تکنولوژیکی بالاست، بنابراین بیشترین استفاده را دارد.