داستان پیدایش و تکامل LED ها ( بخش اول )

 

مشخصات و ویژگی های LED ها

 

fauvb5ts7rep27tmc2medium1

 

بسیاری از نیمه هادی ها  با استفاده از سیلیکون های تقویت شده ساخته میشوند که این مواد می توانند یک بار آزاد منفی (N) و یک بار آزاد مثبت (P) درست کند. اتم های ثابت بارهای مثبت یا منفی دارند. در محل اتصال این دو ماده بارهای آزاد ترکیب میشوند و این باعث ایجاد یک منطقه باریک خالی از بار آزاد شود. این (منطقه ذاتی) حال دارای بار مثبت و منفی اتم های ثابت می باشد که با ترکیب شدن بارهای آزاد بیشتر مخالفت میکند. در نتیجه یک منطقه مانع برای انرژی ایجاد میشود. ما یک اتصال دیودی داریم.

برای ایجاد هدایت در یک اتصال P-N، بایستی مواد نوع P را در پتانسیل مثبت بیشتری نسبت به نوع N قرار دهیم. این نیرو باعث ایجاد بار مثبت بیشتر در نوع P و بار منفی بیشتر در مواد نوع N میگردد.

این امر باعث ایجاد هدایت ( در داخل سیلیکون ) هنگامی که نزدیک 0.7 ولت اختلاف پتانسیل مابین N و P به وجود آید، میشود. این اختلاف پتانسیل به الکترون ها انرژی کافی جهت هدایت را میدهد.

یک دیود ساطع کننده نور (LED) نیز از پیوند P-N ساخته میشود. اما سیلیکون برای این کار نامناسب است، زیرا مانع و سد کننده انرژی خیلی کوچک است. اولین LED ها ازترکیب گالیوم آرسناید(Ga As)ساخته شدند و نور فروسرخ در حدود 905 نانومتر تولید کردند. علت تولید این رنگ از نور، اختلاف انرژی مابین باند هدایت و کمترین سطح انرژی (باند پیوند (والانس)) در گالیوم آرسناید می باشد. هنگامی که ولتاژی به LED اعمال شد، الکترون ها انرژی لازم جهت پرش به باند هدایت را به دست آوردند و شار جریان برقرار شد. هنگامی که الکترون انرژی خود را از دست می دهد و به سطح انرژی پایین تر بر میگردد (لایه والانس) یک فوتون ( نور) غالبا ساطع میگردد.

 

 

terminalsreversebias

 

به سرعت مواد نیمه هادی جدید تولید شد و گالیوم آرسناید فسفید (Ga As P) برای ساخت LED ها استفاده شد. گپ انرژی در مواد (Ga As P) بیشتر از گالیوم آرسناید می باشد، بنابراین طول موج نور کوتاهتر میشود. این LEDها رنگ نور قرمز را تولید کردند و ابتدا تنها به عنوان نشانگر استفاده می شوند.

بسیاری از موارد مصرف این نوع LEDها، نشان دادن روشن بودن یک وسیله یا بعضی ویژگی های وسیله مانند فعال بودن صدا Stereo در رادیو ها ها بود. در حقیقت یک وسیله مصرفی در مواردی مانند رادیوها، نوار ضبط کننده ها و سیستم های موسیقی بود که در تعداد وسیع استفاده شدند.

هنگامی که LEDهای زرد و سبز در دسترس عموم جهت استفاده قرار گرفت، موارد کاربرد بیشتر شد. الان دیگر میشد رنگ ها را تغییر داد تا اطلاعات بیشتر داده شود و یا میتوان علائم هشدار دهنده بیشتر را نمایان ساخت.

برای مثال، رنگ سبز= OK، رنگ زرد = نیازمند دقت و رنگ قرمز = خطا. نکته مهمتر قابلیت داشتن چراغ خطر ترافیکی به صورت LED بود.

یک ویژگی چراغ های ساخته شده از LED آن است که یک طیف نوری نازک به عرض 20 نانومتر را اشغال میکند و رنگ کاملا خالص میباشد. در مقابل یک لنز نیمه هادی که جهت مصارف مخابراتی میباشد یک طیف نوری به عرض 2 نانومتر را اشغال میکند. طیف نوری بسیار نازک لیزر بسیار مهم است زیرا هنگامی که با سیستم فیبر نوری استفاده میشود، طیف نوری با پهنای کم یک سیستم، پهنای باند عریض را فراهم میکند. در اهداف کلی کاربرد های LEDها پهنای طیف نوری تاثیر بسیار کمی دارد.

مشخصه مهم دیگر LED آن است که جریان تبدیل به نور(فوتون) میشود. به این معنی که دو برابر کردن جریان منجر به دو برابر شدن دامنه نور میشود. بنابراین کنترل (دیمینگ) نور با کنترل جریان امکان پذیر می باشد. ذکر این نکته ضروری است که طول موج های مشخص در LED در جریان های خاصی ساطع میشوند. در صورتی که جریان از میزان مشخصی کمتر یا بیشتر شود طول موج نیز به میزان کمی تغییر خواهد کرد. کنترل به وسیله مدولاسیون پهنای باند یک جایگزین قابل استفاده است که توسط بسیاری از افراد استفاده میشود. کنترل به وسیله مدولاسیون پهنای باند از یک سیگنال استفاده میکند، که عموما فرکانسی در محدوده 100 الی 1000 هرتز دارد، تا LED را خاموش یا روشن کند. پهنای باند برای کنترل میزان نور کم یا زیاد میشود و بدین ترتیب نور خروجی کم یا زیاد می گردد.

(holy grail) یا گرگ مقدس LED های آبی رنگ بودند که از ایندیم گالیوم نیترید (In Ga N) ساخته شده بودند. هنگامی که نور ترکیبی از رنگ های قرمز، سبز و آبی ساخته شد، نوری شبیه به نور سفید در چشم انسان را نمایان می نمود. علت اینکه این نور به چشم انسان سفید می آید این است که چشم گیرنده ای دارد که رنگ های زرد، سبز و آبی را تشخیص می دهد. یک گپ بسیار بزرگ در طیف رنگ نوری وجود دارد که چشم متوجه آن نمیشود.

LED های سفید معمولا از LED آبی ساخته میشود که یک نقطه فسفر زرد در سطح ناحیه ساطع کننده استفاده شده است.

 

 

پایان بخش اول

 

 

 

 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *