چراغ ال ای دی LED

چراغ ال ای دی LED

چراغ ال ای دی LED مخفف واژه LIGHT EMITTED DIODE به معنای دیود ساطع‌كننده نور است. دیودهای ساطع‌كننده نور در چراغ ال ای دی LED جزو خانواده‌دیودها هستند كه دیودها نیز زیرگروه نیمه‌هادی‌ها به شمار می‌آیند. خاصیتی كه چراغ ال ای دی LED را از سایر نیمه‌هادی‌ها متمایز می‌سازد این است كه با گذر جریان از آنها مقداری انرژی به‌صورت نور از آنها ساطع می‌شود.

ال ای دی LED ها از دهه‌های گذشته در الکترونیک عموماً برای نمایش خاموش یا روشن بودن نمایشگرها در وسایل و ماشین‌آلات مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اما در حال حاضر تعدادی از این چراغ های ال ای دی LED را در کنار هم قرار می‌دهند و درون یک محفظه شیشه‌ای گذاشته تا نور را در جهت خاصی متمرکز و چراغ ال ای دی LED ایجاد روشنایی کنند. در سال‌های ابتدایی تولید چراغ ال ای دی LED بزرگ‌ترین مشکل مربوط به رنگ آنها بود. اما اکنون به آسانی با تغییر در ساختار فیزیکی و مواد تشکیل‌دهنده چراغ ال ای دی LED ، نور در رنگ‌ها و شدت‌های مختلف و با طول موج مشخص با رنگ کاملا خالص تولید می‌شود و همان‌طور که می‌بینید در گوشه و کنار زندگی‌های امروز تماماً از این چراغ های ال ای دی LED استفاده می‌شود.

قبل از هر نکته باید به این مسئله اشاره کرد که واحدهای تولیدی چراغ ال ای دی LED مجوزهای تولید خود را از وزارت صنایع دریافت می‌کنند. برای راه‌اندازی یک کارخانه تولیدی چراغ ال ای دی LED که انواع لامپ‌های LED را تولید کند، میزان و مبلغ سرمایه‌گذاری با توجه به نوع تولید و میزان تولید به‌شدت متفاوت است، در این طرح توجیهی تولید چراغ ال ای دی LED و انواع لامپ های کم مصرف یا LED مبنا را بر تولید 70 هزار عدد لامپ در طول سال قرار داده‌ایم. یعنی راه‌اندازی واحدی تولیدی چراغ ال ای دی LED که ظرفیت سالانه‌اش به میزان یادشده باشد. برای چنین طرحی 2هزار متر فضا نیاز است که تجهیزات و ماشین‌آلات مورد نیاز در آن مستقر شوند.

عملکرد چراغ ال ای دی LED

همانطور که از نام چراغ ال ای دی LED مشخص است، چراغ ال ای دی LED دارای (دیود ساطع کننده نور) اساساً یک دستگاه ساطع کننده نور کوچک است که تحت اجزای الکترونیکی نیمه هادی اکتیو قرار می گیرد و این دیود کاملاً قابل مقایسه با دیودهای معمولی عمومی است و تنها تفاوت بزرگ آن توانایی انتشار نور در رنگ های مختلف است. دو پایانه (آند و کاتد) یک چراغ ال ای دی LED زمانی که به یک منبع ولتاژ در قطبیت صحیح متصل می شوند، ممکن است نورهایی با رنگ های مختلف تولید کنند.

مطابق با ماده نیمه هادی استفاده شده در داخل آن است و دیود ساطع کننده چراغ ال ای دی LED نور یک منبع نور نیمه هادی دو سرب است. این دیود اتصال ap-n است که هنگام فعال شدن نور ساطع می کند و هنگامی که ولتاژ مناسبی به بخش ها اعمال می شود، الکترون ها می توانند با حفره های الکترونی درون دستگاه ترکیب شوند و انرژی را به شکل فوتون آزاد کنند که این اثر الکترولومینسانس نامیده می شود و رنگ نور (مرتبط با انرژی فوتون) توسط شکاف باند انرژی نیمه هادی تعیین می شود.

بنابراین دیودهای ساطع کننده نور فاز هستند. الکترون های چراغ ال ای دی LED از یک طرف (یک سمت پر از الکترون) به سمت دیگر (یک سمت دارای کمبود الکترون) در سراسر یک اتصال می پرند و این طور فکر کنید که وقتی قدرت به اتصال pn اعمال می‌شود، طرف فاقد الکترون می‌خواهد با الکترون های باردار طرف دیگر پر شود، و وقتی نیرو اعمال می‌شود، الکترون ها مشتاق حرکت می‌شوند و در طی این فرآیند در چراغ ال ای دی LED نور ایجاد می شود. یک چراغ ال ای دی LED با عبور جریان الکتریکی از یک ماده نیمه رسانا – دیود – نور تولید می کند که سپس فوتون ها (نور) را از طریق اصل الکترولومینسانس ساطع می کند و بر این اساس به این معنی است که یک ماده (در این مورد، دیود) هنگامی که برق به آن اعمال می شود، نور می تاباند.

ویژگی های چراغ ال ای دی LED

در مقابل، یک لامپ رشته ای با عبور دادن الکتریسیته از یک سیم کوچک یا رشته کار می کند و مقاومت الکتریکی فیلامنت باعث می شود آنقدر داغ شود که بدرخشد و نور تولید کند و این واقعیت که چراغ ال ای دی LED برای تولید نور خود به گرما متکی نیستند به این معنی است که خنک‌ تر عمل می‌کند و نسبت به یک لامپ رشته ‌ای انرژی بسیار کارآمد تری دارد و البته چراغ ال ای دی LED مزایایی زیادی دارند. مانند اینکه صرفه جویی در مصرف انرژی می باشد و چراغ ال ای دی LED تقریباً به اندازه لامپ های رشته ای برای گرم کردن انرژی از دست نمی دهند، بنابراین با وات کمتری نور یکسانی دریافت می کنید. همچنین چراغ ال ای دی LED مانند سایر لامپ ها مانند CFL یا لامپ های فلورسنت حاوی جیوه نیستند و ماندگاری طولانی و ایمنی بالایی دارند چنان چه تا 50000 ساعت دوام دارد در حالی که لامپ های رشته ای بعد از 1000 تا 2000 ساعت و CFL ها بعد از حدود 15000 ساعت می سوزند و همچنین قابل تنظیم است یعنی این چراغ ال ای دی LED را می توان با دیمرهای LED تنظیم کرد تا روشنایی در فضای شما افزایش یابد.

فواید استفاده از چراغ ال ای دی LED

چراغ ال ای دی LED در مدار خود از یک LED، یک منبع ولتاژ و یک مقاومت برای تنظیم جریان و ولتاژ تشکیل شده است و یک شکل تخصصی از اتصال PN است که از یک اتصال مرکب استفاده می کند که مواد نیمه هادی مورد استفاده برای اتصال باید یک نیمه هادی مرکب باشد و مواد نیمه هادی که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند از جمله سیلیکون و ژرمانیوم عناصر ساده ای هستند و اتصالات ساخته شده از این مواد نور ساطع نمی کنند که در عوض نیمه هادی های مرکب شامل آرسنید گالیم، فسفید گالیم و فسفید ایندیم نیمه هادی های ترکیبی هستند و اتصالات ساخته شده از این مواد نور چراغ ال ای دی LED را ساطع می کنند. در عملکرد چراغ ال ای دی LED این نیمه هادی های مرکب بر اساس نوارهای ظرفیتی که اجزای تشکیل دهنده آنها اشغال می کنند طبقه بندی می شوند و برای آرسنید گالیم، گالیوم دارای ظرفیت 3 و آرسنیک ظرفیت 5 است و این چیزی است که نیمه هادی گروه III-V نامیده می شود و تعدادی نیمه هادی دیگر وجود دارد که در این دسته قرار می گیرند و همچنین می توان نیمه هادی هایی داشت که از مواد گروه III-V تشکیل شده است.

البته هنگامی که دیود چراغ ال ای دی LED رو به جلو است، الکترون های اقلیت از pبه n ارسال می شوند در حالی که حفره های اقلیت از n به p ارسال می شوند و در مرز اتصال، غلظت حامل های اقلیت افزایش می یابد که حامل های اقلیت اضافی در تقاطع با حامل های بار اکثریت دوباره ترکیب می شوند. البته بخشی از فواید چراغ ال ای دی LED به خاطر این است که انرژی به صورت فوتون در نوترکیب آزاد می شود و در دیودهای استاندارد انرژی به صورت گرما آزاد می شود. اما در دیودهای ساطع کننده نور، انرژی به صورت فوتون آزاد می شود. ما این پدیده را الکترولومینسانس می نامیم. الکترولومینسانس یک پدیده نوری و پدیده الکتریکی است که در آن ماده ای در پاسخ به جریان الکتریکی عبور داده شده از خود نور ساطع می کند. با افزایش ولتاژ رو به جلو، شدت نور افزایش می یابد و به حداکثر می رسد.

آرسنید گالیم خالص انرژی را در بخش هایی طیف آزاد می کند و برای رساندن تابش نور به انتهای قرمز قابل مشاهده طیف، آلومینیوم به نیمه هادی اضافه می شود تا آرسنید گالیم آلومینیوم به دست آید و همچنین می توان فسفر را برای ایجاد نور قرمز اضافه کرد که برای رنگ های دیگر در چراغ ال ای دی LED از مواد دیگری استفاده می شود که به عنوان مثال گالیوم فوشید نور سبز می دهد و آلومینیوم ایندیم فسفید گالیم برای نور زرد و نارنجی استفاده می شود. اکثر ال ای دی ها بر پایه نیمه هادی های گالیمی ساخته شده است.

رنگ تولید چراغ ال ای دی LED با مواد استفاده شده در عنصر نیمه هادی تعیین می شود زیرا دو ماده اولیه مورد استفاده در ال ای دی ها آلیاژهای آلومینیوم گالیوم ایندیم فسفید و آلیاژهای گالیم نیترید ایندیم هستند و از آلیاژهای آلومینیوم برای به دست آوردن نور قرمز، نارنجی و زرد و آلیاژهای ایندیم برای دریافت نور سبز، آبی و سفید استفاده می شود. تغییرات جزئی در ترکیب این آلیاژها باعث تغییر رنگ نور ساطع شده می شود که تولید رنگ نور قابل رویت باید محل اتصال را بهینه کرد و مواد صحیح را انتخاب کرد.

البته ماده مورد استفاده در چراغ ال ای دی LED اساساً آلومینیوم-گالیوم-آرسنید است و در حالت اولیه، اتم های این ماده به شدت با هم پیوند دارند که بدون الکترون های آزاد، هدایت الکتریسیته در اینجا غیرممکن می شود که با افزودن یک ناخالصی که به عنوان دوپینگ شناخته می شود، اتم های اضافی چراغ ال ای دی LED وارد می شود که به طور موثر تعادل مواد را به هم می زند. این ناخالصی ‌ها در ساختار چراغ ال ای دی LED به شکل اتم‌ های اضافی می ‌توانند یا الکترون های آزاد نوع N را وارد سیستم کنند یا برخی از الکترون های موجود را از اتم‌ها بمکند و در هر دو روش مواد رسانا تر می شوند. بنابراین در اثر جریان الکتریکی در مواد نوع N، الکترون ها می توانند از آند به کاتد و بالعکس در مواد نوع P چراغ ال ای دی LED حرکت کنند و به دلیل خاصیت نیمه هادی، جریان در موارد مربوطه هرگز در جهت مخالف حرکت نمی کند.