LED چیست(ال ای دی)؟

شاید تا به حال مقالات زیادی درباره LED خوانده باشید و شاید بسیاری از این مقالات برای شما کارآمد بوده باشند ، لیکن در این مقاله و مقالات مرتبط در همین سایت سعی می شود توضیحاتی کامل و کاربردی در رابطه با لامپ LED به شما داده شود.

همانطور که می دانید LED مخفف کلمه Light Emitting Diode است.شاید برای شما باور نکردنی باشد ، اما تمام انواع دیود ها ، حتی همان دیود های یکسوساز مدارات رایانه شما نیز از خود نور ساطع می کنند،اما سوال اینجا است که پس این LED های موجود در بازار که می خواهید درباره آنها صحبت کنید چه تفاوت هایی دارند؟ باید بگویم که دیودهای غیر نورانی مورد استفاده در صنعت الکترونیک ، در یکی از موارد “فرکانس نور خروجی” ، “انتقال نور از جانکشن دیود به بیرون” و یا “پکیج مورد استفاده جهت آماده سازی دیود” نقص دارند ،و اینجا است که دیود های LED برجستگی پیدا می کنند.در تولید LED ها سعی می شود از کریستال ها و نیمه رساناهای شفاف ، دارای فرکانس تولید نورمناسب و یک پکیج مناسب استفاده شود.

اولین LED ساخته شده که دارای نور مرئی بود در سال 1962 و به وسیله نیک هولونیاک (Nick Holonyak) در موسسه جنرال الکتریک ساخته شد.البته پیش از او نیز افراد بسیاری توانسته بودند LED هایی با نور مادون قرمز بسازند، لیکن این اولین بار بود که نوری مرئی بوسیله LED تولید می شد.بعد از او شاگرد او توانست LED هایی با رنگ های زرد و نارنجی تیره تولید کند.البته باید متذکر شویم که این LED ها قیمت هایی بالا در حدود 200 دلار داشتند و عملاً فقط برای مصارف خاصی همچون انتقال دیتا از طریق فیبر نوری (البته بوسیله LED های شفاف که بعدها ساخته شدند) مورد استفاده قرار می گرفتند.

در سال های بعد کمپانی های مونسانتو (Monsanto Company) و اچ پی (Hewlett Packard (HP)) اقدام به تولید انبوده LED قرمز کردند و برای این کار از نیمه رسانای گالیوم ارسناید فسفاید ((GaASP)Gallium arsenide phosphide) استفاده می کردند.از این LED ها بیشتر در تولید حروف الفبایی یا ماشین حساب ها استفاده می شد. در سال 1970 شرکت نیمه رسانای Fairchild LED هایی ساخت که قیمتی کمتر از پنج سنت داشتند.در این دوران LED ها رنگ هایی همچون قرمز ، زرد ، نارنجی و نهایتا سبز داشتند و همانطور که می دانید ، با ترکیب این رنگ ها نمی شد به رنگ سفید دست یافت.لذا در این دوران LED ها (که معمولا پکیج های 3 میلی متری یا 5 میلی متری ، لنزدار یا بودن لنز داشتند) بیشتر نقش ساین (Sign) یا نشانگر و یا نقش نمایشگر را ایفا می کردند. از آنجا که برای تولید نور سفید ، حداقل به نور آبی نیاز بود ، تحقیقات بر روی تولید نور آبی ادامه یافت ، تا این که در سال های بعد (اواخر تابستان 1991) شرکت ژاپنی نیچیا (Nichia Corporation) با تلاش های آقای شوجی ناکامورا (Shuji Nakamura) توانست بوسیله نیمه های گالیوم نیتراید (GaN) اقدام به تولید LED پرنور با نور آبی بنماید.البته پیش از این نیز LED های آبی بوسیله اعمال ولتاژ بالا به نیمه هادی سیلیسم کربناید تولید شده بودند ، لیکن این اولین بار بود که LED آبی با این شدت نور (100 ها برابر نوع قبل) تولید می شد.در ادامه این تحقیقات محققین در سال 1995 توانستند با یک ابداع جدید ، شفافیت جانکشن (junction) یا محل اتصل نمیه رسانا را با به کارگیری ایندیوم تین اکساید(ITO) (تین به معنای روی است) بهبود دهند. لذا پس از این امکان تولید LED های سفید کاربردی فراهم شد.

اما این سوال مطرح است که LED چگونه نور تولید می کند؟ و نور سفید چگونه بوسیله LED تولید می شود؟در این جا جوابی ساده به این پرسش می دهیم.همانطور که در فیزیک و شیمی خوانده اید ،عناصر شیمیایی دارای لایه های از انرژی به نام مدار هستند ،که هر مدار دارای تعدادی الکترون است.هر یک از این مدار ها با مدارات دیگر اختلاف انرژی دارد والکترون برای رفت و برگشت به مدارات بالاتر نیاز به دریافت و از دست دادن این اختلاف انرژی دارد.لذا مثلا اگر الکترونی از بالاترین مدار طبیعی خود بخواهد یک یا چند مدار بالاتر رود ، باید انرژی از نوع الکتریکی یا گرمایی یا نور یا امثال آن دریافت نماید و پس از دریافت آن می تواند با از دست دادن انرژی خود (که این انرژی میتواند از نوع نور باشد) به مدارات پایین تر سقوط نماید.البته این سقوط برای رسیدن به حالت پایدار حتمی است.در LEDها و لامپ های فلورسنت ، الکترون ها با دریافت انرژی الکتریکی به سطوح بالاتر می روند و سپس با از دست دادن انرژی خود ،اقدام به تولیدنور می نمایند.این نور در LED های تک رنگ نوری با همان رنگ است ، ولی در لامپ های فلورسنت یا LED های سفید می تواند نور ماوراء بنفش یا آبی باشد.در LED های سفید می توان به چند روش اقدام به تولید نور سفید کرد :

• تولید نور سفید به صورت ترکیبی از چند LED با رنگ های مختلف.
• تولید نور سفید به صورت ترکیب نور آبی LED و اضافه کردن نور زرد (یا زرد ترکیبی) با استفاده از خاصیت فلورسنس
• تولید نور سفید به صورت اعمال یک نور ماوراء بنفش به مخلوط چند ماده فلورسنس و بدست آوردن نورترکیبی سفید از این مواد.

در عمل بیشتر دو مورد آخر در این فرآیند مورد استفاده قرار می گیرند، چرا که هزینه تولید پایین تری دارند، اما روش های فوق به ترتیب از بالا به پایین بازده بیشتری دارند.زیرا که مواد فلورسنس به صورت ناخواسته مقداری از انرژی را در هنگام تقلیل انرژی الکترون از دست می دهند.لازم به ذکر است که هر چقدر تعداد رنگ های بکار رفته در تولید نور سفید بیشتر باشد، نور سفید بهتر و با CRI بالاتری خواهیم داشت.

اما بگذارید  به صورت مکمل تعریفی مختصر نیز از پدیده فلورسنس داشته باشیم.این پدیده نیز همانند پدیده فوق الذکر ، بر مبنای ارتقاء و تقلیل سطح انرژی الکترون های ماده صورت می گیرد.این بار الکترون با دریافت نور به تراز بالاتر رفته و با از دست دادن انرژی به صورت نور (این انرژی کمتر از انرژی دریافتی است) به مدار پایین تر نزول می کند.