آشنایی با ال ای دی و کاربردهایش :

ال ای دی ها همان دیود نورافشان یا دیود نورانی می باشد که کاربرد وسیعی درمصارف خانگی و صنعتی دارند. LED در مراجع گوناگون، دیود گسیل نور ودیود نور دهنده نیز نامیده می شود.
اولین ال‌ ای‌ دی‌ های تولید صنعتی در ۱۹۶۲ میلادی و تنها با رنگ قرمز (ترکیب آلومینیم، گالیم و آرسناید) وارد بازار شدند.انواع ال‌ ای‌ دی‌ های سبز، آبی، زرد و نارنجی نیز در دهه ۷۰ میلادی تولید و وارد بازار شدند. توان نوری ال‌ای‌دی‌ها رفته‌ رفته افزایش یافت تا اینکه در دهه ۸۰ و اوایل دهه ۹۰ میلادی ال‌ ای‌ دی‌ ها به صورت گروهی و با کارایی بسیار بالا وارد بازار شدند. ال‌ای‌دی ‌های اولیه به علت بهره پایین شان تنها درمدارات الکترونیکی استفاده می‌شدند.توان نوری ال‌ای‌دی ‌های سفید امروزی تا ۷۰ لومن بر وات و ال‌ ای‌ دی‌ های رنگی تا ۵۰ لومن بر وات است و پیش‌بینی می‌شود تا ۲۰۰ لومن بر وات نیز برسد.

Led ها دیوهای نور گسیل حالت جامد هستند که انرژی الکتریکی را مستقیما به نور یک رنگ تبدیل می کنند فن آوری تولید نور نور در ال ای دی ها (نور سرد) است که در آن بیشتر انرزی در طیف مرئی تحویل می شود.

رنگ نور ی که توسط منابع روشنایی led تولید می شود عموما در ناحیه (نور سفید) و دمای رنگ 2700k-6500k از سفید گرم تا سفید خنک قرار دارد .

نور سفید در واقع از تمام رنگهای رنگین کمان ساخته شده است زیرا تمام طیف طول موج را در خود جای داده است و از آن به عنوان نور چند رنگ یاد میشود .نور خورشید نمونه خوبی از این نور است اما تولید رنگ نور سفید در led بطور مستقیم امکان پذیر نیست.

برخلاف نور سفید ال ای دی در تولید نور رنگی خالص بسیار کارامد است زیرا امکان استخراج کل خروجی نور آنها در طول موج واحد وجود دارد.

 

ساختمان و عملکرد LED :

رنگ نور ال ای دی ها بستگی به جنس کریستال تشکیل دهنده آنها دارد و با تغییر ذر ساختار فیزیکی و مواد تشکیل دهنده  led نور در رنگ ها و شدت های مختلف و با طول موج مشخص با رنگ کاملا خالص تولید می شود.

Led ها از مواد نیمه هادی مرکب تشکیل شده اند که از عناصر گروه III و گروه V جدول تناوبی تشکیل شده اند.

نمونه هایی از مواد III-V که معمولا برای ساخت LED استفاده می شود عبارتند از:گالیم آرسنید GaAs و گالیم فسفید GAP

وقتی دو عنصر از دو گروه مجاور جدول تناوبی کنار هم قرار می گیرند بویژه اگر دوپینگ هم شده باشند ترازهای انرژی متفاوت آنها باعث تشکیل band gap می شود. در واقع در داخل ماده نیمه هادی led  الکترون ها و حفره ها در باند های انرژی قرار دارند که به باند های هدایت و ظرفیت شناخته میشوند .

 

طول موج نور مرئی عبارتند از:

بنفش:380-450 نانومتر

آبی:450-495 نانومتر

سبز:495-570 نانومتر

زرد:570-590 نانومتر

نارنجی:590-620 نانومتر

قرمز:620-750 نانومتر

نور بنفش کمترین طول موج را دارد به این معنی که بیشترین فرکانس و انرژی را دارد قرمز دارای طولانی ترین طول موج کمترین فرکانس و کمترین انرزی است.

 

موضوع اصلی برای تولید هر رنگ از طیف مرئی این است که باید ترکیبی از عناصر گروه IV  (نیمه هادیها) با عناصر گروه های مجاور یعنی گروه III و V را یافت که انرژی EG معادل با طول موج نور مورد نظر را داشته باشد .

مواد اصلی نیمه هادی که امروزه در ساخت LED ها مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از :

نیترید گالیم ایندیم INGAN) : LED) های روشنایی آبی سبز و ماوراء بنفش بالا

فسفید آلمینیوم گالیم ایندیم ALGALNAP) : LED) های قرمز و مادون قرمز

گالیم فسفیدGAP) :LED)های زرد و سبز

ال ای دی ها در حال حاضر کل طیف نور از جمله قرمز،نارنجی،زرد،سبز،آبی و سفید را پوشش می دهد. اگر چه نور رنگی برای تاسیسات خلاقانه تر مفید است ،نور سفید همچنان قبر مقدس فن آوری LED است.

 

تولید نور رنگی با LED:

اولین ال ای دی های تجاری قابل استفاده تجاری در دهه1960 با ترکیب سه عنصر اصلی تولید شد :گالیم ،آرسنیک و فسفر برای به دست آورد

با پیشرفت فن آوری LED تا دهه 1970 رنگ ها و طول موج های اضافی در دسترس قرار گرفت .متداول ترین مواد GAP سبز و قرمز ،GAASP  نارنجی یا کارایی بالا قرمز و GAASP با رنگ زرد بود که همگی امروزه هنوز مورد استفاده قرار می گیرند.

تولید نور سفید:

ساده ترین روش برای تولید نور سفید این است که سه ال ای دی مجزا که سه رنگ اصلی قرمز و سبز و آبی را منتشر می کنند را در یک ال ای دی مجتمع کرد. در این روش اولا بازده پایین است ثانیا کیفیت رنگ سفید بعلت عدم پوشش طیف و وجود سه قله کاملا مجزا پایین است.

ال ای دی آبی رنگ آخرین پیشرفت مورد نیاز برای ساخت ال ای دی سفید بود دانشمندان برای ساخت ال ای دی سفید از نور آبی برای تحریک یک ماده شیمیایی فلوئورسان و ساخت نور سفید استفاده می کنند.