مبدأ ضوء LED

LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء)هو جهاز أشباه الموصلات ذو الحالة الصلبة يمكنه تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء مرئي. يمكنه تحويل الكهرباء مباشرة إلى ضوء. قلب LED عبارة عن شريحة من أشباه الموصلات. يتم توصيل أحد طرفي الشريحة بقوس، وأحد الطرفين هو القطب السالب، والطرف الآخر متصل بالقطب الموجب لمصدر الطاقة، بحيث يتم تغليف الشريحة بأكملها براتنج الإيبوكسي.

تتكون رقاقة أشباه الموصلات من جزأين. جزء واحد هو شبه موصل من النوع P، حيث تهيمن الثقوب، والطرف الآخر هو شبه موصل من النوع N، حيث توجد الإلكترونات بشكل رئيسي. ولكن عندما يتم توصيل هذين أشباه الموصلات، يتم تشكيل تقاطع PN بينهما. عندما يؤثر التيار على الرقاقة عبر السلك، سيتم دفع الإلكترونات إلى المنطقة P، حيث ستتحد الإلكترونات مرة أخرى مع الثقوب، ومن ثم تنبعث الطاقة على شكل فوتونات. هذا هو مبدأ انبعاث ضوء LED. يتم تحديد الطول الموجي للضوء، أي لون الضوء، بواسطة المادة التي تشكل الوصلة P-N.

يمكن أن ينبعث LED مباشرة الضوء الأحمر والأصفر والأزرق والأخضر والسماوي والبرتقالي والأرجواني والأبيض.

في البداية، تم استخدام مصابيح LED كمصادر لإضاءة المؤشرات للأجهزة. وفي وقت لاحق، تم استخدام مصابيح LED ذات الألوان الضوئية المختلفة على نطاق واسع في إشارات المرور وشاشات العرض ذات المساحة الكبيرة، مما أدى إلى تحقيق فوائد اقتصادية واجتماعية جيدة. خذ إشارة مرور حمراء مقاس 12 بوصة كمثال. في الولايات المتحدة، يتم استخدام مصباح متوهج ذو عمر طويل وذو كفاءة بصرية منخفضة الإضاءة بقدرة 140 واط كمصدر للضوء، والذي ينتج 2000 لومن من الضوء الأبيض. بعد المرور عبر الفلتر الأحمر، يتم فقدان 90% من الضوء، مما يترك 200 لومن فقط من الضوء الأحمر. في المصباح المصمم حديثًا، تستخدم Lumileds 18 مصدر ضوء LED أحمر، والتي تستهلك إجمالي 14 واط من الطاقة بما في ذلك فقد الدائرة لإنتاج نفس تأثير الضوء. تعد مصابيح إشارة السيارات أيضًا مجالًا مهمًا لتطبيقات مصدر ضوء LED.

للإضاءة العامة، يحتاج الناس إلى مصادر الضوء الأبيض. في عام 1998، تم تطوير مصابيح LED الباعثة للضوء الأبيض بنجاح. يتم تصنيع هذا النوع من مصابيح LED عن طريق تعبئة رقائق GaN وعقيق ألومنيوم الإيتريوم (YAG). تنبعث شريحة GaN من الضوء الأزرق (465nm، Wd=30nm)، ويصدر فوسفور YAG الذي يحتوي على Ce3+ المصنوع من التلبيد بدرجة حرارة عالية ضوءًا أصفر بعد إثارة الضوء الأزرق، بقيمة ذروة تبلغ 550nLED m. تم تركيب الركيزة LED الزرقاء في تجويف عاكس على شكل وعاء ومغطاة بطبقة رقيقة من الراتنج الممزوج بـ YAG، حوالي 200-500 نانومتر. يمتص الفوسفور جزءًا من الضوء الأزرق المنبعث من الركيزة LED، ويتم خلط الجزء الآخر من الضوء الأزرق مع الضوء الأصفر المنبعث من الفوسفور للحصول على الضوء الأبيض.

بالنسبة لمصابيح InGaN/YAG البيضاء، من خلال تغيير التركيب الكيميائي لفوسفور YAG وضبط سمك طبقة الفوسفور، يمكن الحصول على ضوء أبيض بألوان مختلفة مع درجة حرارة لون تتراوح بين 3500-10000 كلفن. تتميز هذه الطريقة للحصول على الضوء الأبيض من خلال LED الأزرق ببنية بسيطة، وتكلفة منخفضة، ونضج تكنولوجي عالي، لذا فهي الأكثر استخدامًا.