עקרון המוצר של מנורת LED

LED (דיודה פולטת אור), דיודה פולטת אור, היא התקן מוליך למחצה במצב מוצק שיכול להמיר אנרגיה חשמלית לאור נראה. היא יכולה להמיר חשמל ישירות לאור. ליבו של ה-LED הוא שבב מוליך למחצה. קצה אחד של השבב מחובר לתושבת, קצה אחד הוא קוטב שלילי, והקצה השני מחובר לקוטב החיובי של ספק הכוח, כך שכל השבב מכוסה בשרף אפוקסי.

שבב מוליך למחצה מורכב משני חלקים. חלק אחד הוא מוליך למחצה מסוג P, שבו חורים דומיננטיים, והקצה השני הוא מוליך למחצה מסוג N, שבו אלקטרונים דומיננטיים. אך כאשר שני מוליכים למחצה אלה מחוברים, נוצר ביניהם צומת PN. כאשר הזרם פועל על השבב דרך החוט, האלקטרונים יידחפו לאזור P, שם האלקטרונים יתחברו מחדש עם חורים, ואז יפלטו אנרגיה בצורת פוטונים. זהו עקרון פליטת אור LED. אורך הגל של האור, כלומר, צבע האור, נקבע על ידי החומר היוצר את צומת ה-PN.

LED יכול לפלוט ישירות אור אדום, צהוב, כחול, ירוק, ירוק, כתום, סגול ולבן.

בתחילה, נורות LED שימשו כמקור אור חיווי של מכשירים ומונים. מאוחר יותר, נורות LED בצבעים שונים היו בשימוש נרחב ברמזורים ובתצוגות גדולות, מה שהביא ליתרונות כלכליים וחברתיים טובים. קחו לדוגמה את מנורת הרמזור האדומה בגודל 12 אינץ'. בארצות הברית, נורת ליבון של 140 וואט בעלת אורך חיים ארוך ויעילות הארה נמוכה שימשה במקור כמקור אור, והפיקה 2000 לומן של אור לבן. לאחר המעבר דרך המסנן האדום, אובדן האור הוא 90%, ומשאירים רק 200 לומן של אור אדום. במנורה שעוצבה לאחרונה, Lumileds משתמשת ב-18 מקורות אור LED אדומים, כולל אובדן מעגל. צריכת החשמל הכוללת היא 14 וואט, שיכולה לייצר את אותה אפקט הארה. מנורת איתות לרכב היא גם תחום חשוב של יישומי מקור אור LED.

לתאורה כללית, אנשים זקוקים ליותר מקורות אור לבן. בשנת 1998 פותחה בהצלחה נורת LED לבנה. נורת LED זו מיוצרת על ידי אריזה יחד של שבב GaN ואלומיניום איטריום גארנט (YAG). שבב GaN פולט אור כחול (λ P = 465 ננומטר, Wd = 30 ננומטר). זרחן YAG המכיל Ce3+ שעבר סינטור בטמפרטורה גבוהה פולט אור צהוב לאחר עורור על ידי האור הכחול הזה, עם ערך שיא של 550 ננומטר במנורת LED. מצע ה-LED הכחול מותקן בחלל ההחזרה בצורת קערה, מכוסה בשכבה דקה של שרף מעורבב עם YAG, כ-200-500 ננומטר. האור הכחול ממצע ה-LED נספג בחלקו על ידי הזרחן, והחלק השני של האור הכחול מעורבב עם האור הצהוב מהזרחן כדי לקבל אור לבן.

עבור נורת LED לבנה של InGaN/YAG, על ידי שינוי ההרכב הכימי של זרחן YAG והתאמת עובי שכבת הזרחן, ניתן להשיג מגוון אורות לבנים בטמפרטורת צבע של 3500-10000K. לשיטה זו להשגת אור לבן באמצעות נורת LED כחולה יש מבנה פשוט, עלות נמוכה ובגרות טכנולוגית גבוהה, ולכן היא נמצאת בשימוש נרחב.