הצורה המלאה של LED היא דיודה פולטת אור. נוריות LED הן סוג מיוחד של דיודות מוליכים למחצה אשר פולטות אור בתגובה להפרש פוטנציאלי המופעל על פני המסופים שלהן, ומכאן השם דיודה פולטת אור. בדיוק כמו דיודה רגילה גם ללד יש שני מסופים עם קוטביות, כלומר אנודה וקתודה. כדי להאיר LED הפרש פוטנציאלים או מתח מופעל על מסופי האנודה והקתודה שלו.

כיום, נעשה שימוש נרחב בנורות LED לייצור מנורות LED חדישות וברמה גבוהה. אלה משמשים באופן פופולרי גם לייצור נורות LED דקורטיביות, ומחווני LED.

היסטוריה קצרה

למרות העובדה שנורות לד נחשבות למוצר של תעשיית המוליכים למחצה ההייטק כיום, תכונת ההארה שלהן זוהתה בתחילה לפני שנים רבות. האדם הראשון שהבחין באפקט אור ה-LED היה אחד המהנדסים של מרקוני, H. J. Round, הידוע גם בזכות כמה המצאות צינור ואקום ורדיו. במקרה הוא גילה זאת בשנת 1907 תוך כדי מחקר עם מרקוני על גלאי גביש מגע נקודתי.

“המהווה דוגמה למוליך על ”

בשנת 1907, מגזין Electrical World היה הראשון שדיווח על פריצות דרך אלו. מושג ה-LED נשאר רדום במשך מספר שנים עד שהתגלה מחדש בשנת 1922 על ידי המדען הרוסי O.V. לוסוב.

לוסוב התגורר בלנינגרד, שם נהרג באופן טרגי במלחמת העולם השנייה. ייתכן שרוב העיצובים שלו אבדו במלחמה. למרות שהגיש בסך הכל ארבעה פטנטים בין השנים 1927 ו-1942, המחקר שלו לא הוכר עד לאחר מותו.

מושג ה-LED הופיע מחדש בשנת 1951, כאשר קבוצת מדענים תחת ק. Lehovec החלה לחקור את ההשפעה. החקירה התנהלה בהשתתפות ארגונים וחוקרים נוספים, ביניהם וו. שוקלי (ממציא הטרנזיסטור). בסופו של דבר, קונספט ה-LED עבר שכלול משמעותי והחל להיות ממוסחר בסוף שנות ה-60.

באיזה חומר מוליכים למחצה משתמשים בצומת LED?

למעשה, דיודות פולטות אור הן צומת PN מיוחד שנעשה באמצעות מוליך למחצה מורכב.

סיליקון וגרמניום הם שני המוליכים למחצה הנפוצים ביותר, אולם מכיוון שמדובר רק באלמנטים, לא ניתן לייצר מהם נוריות LED.

לעומת זאת, חומרים כמו גליום ארסניד, גליום פוספיד ואינדיום פוספיד המשלבים שני אלמנטים או יותר משמשים לעתים קרובות לייצור נוריות LED. לגליום ארסניד, למשל, יש ערכיות של שלוש ולארסן ערכיות של חמש, ולכן שניהם מסווגים כמוליכים למחצה מקבוצה III-V.

חומרים השייכים לקבוצה III-V יכולים לשמש גם ליצירת מוליכים למחצה מורכבים אחרים.

כאשר צומת מוליכים למחצה מוטה קדימה, חורים מאזור מסוג P ואלקטרונים מאזור מסוג N נכנסים לצומת ומתאחדים, בדיוק כפי שהיו עושים בדודה רגילה.

זרם עובר דרך הצומת בצורה זו.

כתוצאה מכך משתחררת אנרגיה, שחלקה נפלטת כמו פוטונים (אור). על מנת להבטיח שהכמות הקטנה ביותר של פוטונים (אור) נספגת במבנה, צד ה-P של הצומת, המייצר את רוב האור ברוב המקרים, ממוקם הקרוב ביותר לפני השטח של המכשיר.

הצומת נדרש להיות מותאם בצורה מושלמת ויש להשתמש בחומרים הנכונים ליצירת אור נראה. אזור האינפרא אדום של הספקטרום הוא המקום שבו גליום ארסניד טהור פולט את האנרגיה שלו.

איך נוריות לד מקבלים את הצבעים שלהן

אלומיניום מוכנס למוליך למחצה כדי לייצר אלומיניום גליום ארסניד, אשר מעביר את אור ה-LED לקצה האדום הבוהק של הספקטרום (AIGAAs).

אור אדום ניתן להפיק גם על ידי הוספת זרחן.

חומרים שונים משמשים עבור צבעי LED אחרים. לדוגמה, גליום פוספיד פולט אור ירוק, בעוד שאור צהוב וכתום מופק על ידי אלומיניום אינדיום גליום פוספיד. רוב הנוריות עשויות ממוליכים למחצה גליום.

נוריות LED מיוצרות עם שני מבנים

הדיודה פולטת פני השטח ודיודה פולטת הקצוות, הנראות באיורים. 1 A ו-B, בהתאמה, הן שתי הארכיטקטורות העיקריות המשמשות עבור נוריות LED. דיודה פולטת פני השטח היא הפופולרית שבהן מכיוון שהיא מפיקה אור בזווית רחבה יותר.

לאחר הייצור, יש לסגור את מבנה ה-LED בצורה כזו שניתן להשתמש בו בבטחה ללא כל נזק ל-LED.

רוב מחווני LED הזעירים מוקפים בדבק אפוקסי עם מקדם שבירה שנמצא איפשהו בין זה של המוליך למחצה לזה של האוויר שמסביב (ראה איור 2 להלן). לכן הדיודה מוגנת בצורה מושלמת, והאור מועבר לעולם החיצון בצורה היעילה ביותר.

מפרט LED Forward Voltage (VF).

מכיוון שנוריות LED הן מכשירים רגישים לזרם, המתח המופעל לעולם לא יעלה על מפרט המתח הקדמי המינימלי של ה-LED. מפרט המתח קדימה של LED (VF) הוא פשוט רמת המתח האופטימלית שניתן להשתמש בה כדי להאיר את ה-LED בבטחה ובבהירות. אם הזרם חורג ממפרט המתח קדימה של הנורית, הנורית תישרף ותינזק לצמיתות.

“הצתה cdi איך זה עובד ”

במקרה שמתח האספקה גבוה מהמתח קדימה של ה-LED, נעשה שימוש בנגד מחושב בסדרה עם הספק כדי להגביל את הזרם ל-LED. זה מבטיח שה-LED מסוגל להאיר בבטחה עם בהירות אופטימלית.

ערך המתח הקדמי של רוב נוריות ה-LED כיום הוא סביב 3.3 וולט. בין אם זה נורית אדומה, ירוקה או צהובה, ניתן להאיר את כולם בדרך כלל על ידי הפעלת 3.3 וולט על מסופי האנודה והקתודה שלהם.

מתח האספקה ל-LED חייב להיות DC. ניתן להשתמש גם ב-AC אבל אז ל-LED צריכה להיות מחוברת אליו דיודת מיישר. זה מבטיח ששינוי הקוטביות של מתח ה-AC לא יגרום נזק ל-LED.

הגבלת זרם

ללדים, בדיוק כמו דיודות רגילות, אין הגבלת זרם אינהרנטית. כתוצאה מכך, אם הוא מחובר ישירות לסוללה, הוא יישרף.

אם זרם ה-DC הוא סביב 3.3 וולט אז ה-LED לא ידרוש נגד מגביל. עם זאת, אם מתח האספקה גבוה מ-3.3 וולט, אזי יידרש נגד בסדרה עם מסוף LED.

הנגד יכול להיות מחובר בסדרה עם מסוף האנודה של ה-LED, או עם מסוף הקתודה של ה-LED.

כדי למנוע נזק, יש לחבר נגד למעגל כדי לשלוט בזרם. מחוון רגיל לנוריות יש מפרט זרם מרבי של בערך 20 mA; אם הזרם מוגבל מתחת לזה, תפוקת האור של הנורית תפחת באופן פרופורציונלי.

כפי שמודגם באיור 3 לעיל, ייתכן שיהיה צורך לשקול את המתח על פני ה-LED עצמו תוך הערכת כמות הזרם הנצרכת. כי אם המתח יעלה גם צריכת הזרם תגדל באופן פרופורציונלי.

הנוסחה לחישוב הנגד המגביל היא כמפורט להלן:

R = V - LED FWD V / LED זרם