اصل کارکرد لامپ LED

LED 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 یک قطب منفی و سر دیگر به قطب مثبت منبع تغذیه متصل است، به طوری که کل تراشه توسط رزین اپوکسی محصور شده است.

تراشه نیمه هادی از دو قسمت تشکیل شده است. یک قسمت نیمه هادی نوع P است که در آن سوراخ ها غالب هستند و انتهای دیگر نیمه هادی نوع N است که الکترون ها در آن غالب هستند. 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 بر روی تراشه 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 را به شکل فوتون ساطع می کنند. این اصل استچراغ LEDانتشار طول موج نور، یعنی رنگ نور، توسط ماده ای تعیین می شود که اتصال P-N را تشکیل می دهد.

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

در ابتدا از LED به عنوان منبع نور نشانگر ابزار و متر استفاده می شد. بعدها، ال ای دی های مختلف رنگ روشن به طور گسترده در چراغ های راهنمایی و نمایشگرهای بزرگ مورد استفاده قرار گرفت و مزایای اقتصادی و اجتماعی خوبی را به همراه داشت. به عنوان مثال چراغ قرمز 12 اینچی را در نظر بگیرید. در ایالات متحده، لامپ رشته ای 140 وات با عمر طولانی و بازده نوری کم در ابتدا به عنوان منبع نور استفاده می شد که 2000 لومن نور سفید تولید می کرد. پس از عبور از فیلتر قرمز، افت نور 90 درصد است، تنها 200 لومن نور قرمز باقی می ماند. در لامپ جدید طراحی شده، Lumileds از 18 منبع نور LED قرمز، از جمله افت مدار استفاده می کند. توان مصرفی کل 14 وات است که می تواند همان اثر نورانی را ایجاد کند. لامپ سیگنال خودرو نیز یک زمینه مهم در کاربرد منبع نور LED است.

برای روشنایی عمومی، افراد به منابع نور سفید بیشتری نیاز دارند. در سال 1998، LED سفید با موفقیت توسعه یافت. این LED با بسته بندی تراشه GaN و گارنت آلومینیوم ایتریم (YAG) در کنار هم ساخته شده است. تراشه GaN نور آبی را ساطع می کند (λ P=465nm، Wd=30nm)، فسفر YAG حاوی Ce3+ که در دمای بالا پخته شده است، پس از برانگیختن این نور آبی، نور زرد را با حداکثر مقدار لامپ LED 550n متر منتشر می کند. بستر LED آبی در حفره انعکاسی کاسه ای شکل نصب شده است که با لایه نازکی از رزین مخلوط با YAG، حدود 200-500 نانومتر پوشیده شده است. نور آبی از بستر LED تا حدودی توسط فسفر جذب می شود و قسمت دیگر نور آبی با نور زرد فسفر مخلوط می شود تا نور سفید به دست آید.

برای LED سفید InGaN/YAG با تغییر ترکیب شیمیایی فسفر YAG و تنظیم ضخامت لایه فسفر می توان نورهای سفید مختلفی با دمای رنگ 3500-10000K بدست آورد. این روش به دست آوردن نور سفید از طریق LED آبی دارای مزایای ساختار ساده، هزینه کم و بلوغ تکنولوژی بالا است، بنابراین به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد.