LED چیست ؟ و چگونه کار میکند ؟

LED چیست ؟ ال ای دی چیست ؟

LED مخفف کلمات Diode Light Emitted است که معنی دیود ساطع کننده نور را می دهد. دیودهای ساطع کننده نور در واقع جزء خانواده‌ دیودها هستند که دیودها نیز زیر گروه نیمه هادی ها به شمار می‌آیند. خاصیتی که LEDها را از سایر نیمه‌‌هادیها متمایز می‌کند این است که با گذر جریان از آنها مقداری انرژی به صورت نور ازآنها ساطع می‌شود.
دیود LED واقعاً قهرمان ناشناخته جهان الکترونیک است. آنها دوجین کار متفاوت انجام می دهند و در همه وسایل الکترونیکی یافت می شوند آنها شماره ها را در ساعتهای دیجیتال نشان می دهند اطلاعات را از کنترل تلویزیون می فرستند و نور آنها به شمانشان می دهد که چه وقت وسایلتان روشن است و تصاویر را روی تلویزیون های پلاسما نشان می دهند.

اساساً LED ها لامپهای کم نوری هستند که به آسانی در مدار های الکترونیکی قرار می گیرند اما برخلاف لامپهای معمول آنها فیلامانی که بسوزد ندارند و به ویژه اینکه گرم نمی شوند آنها فقط با حرکت الکترونها در یک ماده نیمه هادی نور می دهند .








دیود چیست؟
یک دیود ساده ترین نوع از ادوات نیمه هادی است کلاً یک نیمه هادی مادهای است که تغییر در قابلیت جریان دهی دارند. اغلب نیمه هادی ها از یک رسانای ضعیف که ناخالصی به آن افزوده شده به وجود می آید.(فرایند افزودن ناخالصی دو پینگ نامیده می شود.)

نیمه هادی نوع n : بعد از خالص نمودن صدر صد سیلسیم ( یكی از عناصر طبیعت ) به منظور تهیه نیمه هادی نوع n عناصری پنج ظرفیتی ( مدار آخرشان دارای پنج الكترون می باشد ) مانند ارسنیك و آنتی موان به صورت ناخالصی به سیلیكون خالص وارد می كنند مقدار این ناخالصی بسیار اندك است اما هدایت نیمه هادی را خیلی بالا می برد .
دلیل هدایت بیشتر نیمه هادی ساخته شده را باید در ساختمان اتمی كریستال جدید جستجو نمود زیرا هنگام وارد نمودن عناصر پنج ظرفیتی در كریستال سیلیكون اتم وارد شده مجبور به طبعیت از ساختمان ملوكولی كریستال می باشد و هراتم از این عنصر به اجبار با چهار اتم سیلكون یك پیوند اشتراكی را ساخته مولوكول جدید ی را می سازند كه یك الكترون آزاد تولید كرده است و در نتیجه هدایت نیمه هادی ( چون الكترون آزاد گرفته است ) بیشتر می شود . این نیمه هادی ساخته شده جدید همان نیمه هادی نوع n می باشد .

نیمه هادی نوع p : برای ساخت نیمه هادی نوع p عناصر سه ظرفیتی مانند آلومینیوم و یا گالیم كه در مدار آخرشان سه الكترون دارند و جزو عناصر سه ظرفیتی می باشند به صورت ناخالصی به كریستال سیلیكون وارد نموده عنصر وارده جدید نیز مجبور به اطاعت از ساختمان كریستالی می باشد . و هر اتم از عنصر جدید با چهار اتم سییكون تشكیل یك مولوكول جدید را می دهد بنابر این مدار آخر پیوند جدید به جای هشت الكترون دارای هفت الكترون شده ویك جای خالی برای الكترون های آزاد در پیون جدید درست می شود كه به آن حفره گویند حفره نیز خاصیٌت هدایت بیشتر را به نیمه هادی جدید كه همان نیمه هادی نوع p است می دهد .

در مورد LED ها ماده رسانا نوعاً آلومینیوم گالیوم آرسناید است (AlGaAs) در آلومینیوم گالیوم آرسناید خالص تمام اتمها به طور کامل با همسایه هایش محدود شده است و هیچ الکترون آزادی برای هدایت جریان الکتریکی وجود ندارد. در ماده دوپینگ شده اتمهای الحاقی تعادل را به هم می زنند خواه افزایش الکترون یا حفره ها (جایی که الکترون می تواند برود ) هر یک از این ملحقات می تواند ماده را بیشتر رسانا کند یک نیمه هادی با الکترون اضافی نوع N نامیده می شود چرا که ذرات بار شونده منفی دارد در نوع N الکترون های آزاد از ناحیه شارژ منفی به ناحیه شارژ مثبت حرکت می کنند.


یک نیمه هادی با حفره های بیشتر ماده نوع P نامیده می شود چرا که ذرات بار شونده مثبت بیشتری دارد الکترونها می توانند از حفره یی به حفره دیگر حرکت کنند حرکت از ناحیه شارژ منفی به ناحیه شارژ مثبت در نتیجه حفره ها به نظر می آید که از ناحیه شارژ مثبت به ناحیه شارژ منفی حرکت می کنند.
 یک دیود شامل یک بخش N متصل به بخش P است با الکترونهایی در هر طرف . این چینش الکترونها را فقط در یک جهت حرکت می دهد . وقتی هیچ ولتاژی اعمال نشود الکترونهای ماده نوع N سوراخهای ماده نوع P را در راستای اتصال بین لایه ها پر می کند و ناحیه تخلیه را ایجاد می کند. در ناحیه تخلیه ماده نیمه هادی به عایق خوبی تبدیل می شود و همه حفره ها پر می شوند و هیچ الکترون یا حفره یی برای ایجاد جریان وجود ندارد.


ناحیه تخلیه
برای خلاصی از ناحیه تخلیه شما مجبورید تا الکترون را از ماده نوع N به ماده نوع P حرکت دهید و حفره ها برعکس . برای انجام این عمل شما باید طرف N دیود را به طرف منفی باطری و P را به طرف مثبت وصل کنید الکترون آزاد نوع N توسط الکترود منفی دفع و به الکترود مثبت کشیده می شوند حفره های ماده P معکوس این حرکت را انجام می دهند وقتی اختلاف ولتاژ بین دو الکترود به قدر کافی زیاد است الکترونهای ناحیه تخلیه از حفره هایشان جدا می شوند و دوباره شروع به حرکت آزادانه می کنند ناحیه تخلیه از بین می رود و جریان از دیود می گذرد.


بایاس مستقیم
اگر شما سعی کنید جریان را از مسیر دیگر عبور دهید با اتصال مثبت باتری به N و منفی به P جریان به دلیل ایجاد ناحیه تخلیه عبور نمی کند .


چطور یک دیود نور تولید می کند؟

نور شکلی از انرژی است، نور از اجزا بسیار ریزی به نام فتون تشکیل می شود، فتون ها انرژی و لختی دارند اما جرم ندارند در واقع فتونها در نتیجه حرکت الکترونها آزاد می شوند در یک اتم الکترونها در اربیتالهایی دور هسته می چرخند الکترونهای اربیتال های مختلف مقدار انرژی متفاوتی دارند، کلاً الکترونها با انرژی بیشتر در اربیتالهای دور تر از هسته حرکت می کنند.برای یک الکترون برای پرش از یک اربیتال پایین به بالا چیزی که باید بگیرد انرژی است برعکس الکترون وقتی از اربیتال بالا به پایین می افتد انرژی آزاد می کند این انرژی به شکل فتون آزاد می شود، یک افت انرژی بیشتر فتون بیشتری آزاد می کند که با فرکانس بیشتر مشخص می شود .همان طور که در بخش قبل دیدیم الکترونهایی که از دیود عبور می کنند می توانند در حفره های لایه P بیفتند .این یک افت از باند رسانایی به اربیتال پایین تر است بنابر این الکترونها انرژی به شکل فتون آزاد می کنند این در هر دیودی رخ می دهداما فقط وقتی شما فتونها را می بینید که دیود از ماده خاصی ساخته شده باشد برای مثال اتمها در یک دیود سیلیکون استاندارد به نحوی چیده شده اند که افت الکترون فاصله کمی دارد بنابر این فرکانس فتونها به قدری کم است که با چشم انسان دیده نمی شود این در بخش مادون قرمز طیف نور است که لزوماً چیز بدی نیست البته LED های مادون قرمز برای کنترل های از راه دور مناسب اند .

دیود های منتشر کننده نور مرئی (VLEDs) مانند آنهایی که شماره های یک ساعت دیجیتال را روشن می کنند از ماده هایی با این خصوصیت ساخته شده اند که فاصله بین اربیتال رسانایی آنها و اربیتال پایین تر بیشتر است .اندازه این فاصله فرکانس فتون را نشان می دهد به عبارت دیگر این فاصله رنگ نور را مشخص می کند.

در حالی که همه دیود ها نور آزاد می کنند اغلب آنها این کار را به طور موثری انجام نمی دهند یک دیود معمولی ماده نیمه رسانا خودش مقدار زیادی انرژی نوری جذب می کند.LED ها به نحوی ساخته می شوند که نور را در جهت خاصتی متمرکز می کند.همانطور که در نمودار می بینید اغلب نور تولید شده در کناره دیود از طریق قسمت گرد بیرون می آید.

LED ها مزایای زیادی برلامپهای معمولی دارند . یکی از آنها این است که آنها فیلامان ندارند که بسوزد بنابر این عمر طولانی دارند. به علاوه حباب پلاستیکی شان دوامشان را بیشتر می کند. و همچنین خیلی راحت در مدارهای الکترونیکی قرار می گیرند .

اما مزیت اصلی آنها کیفیت آنها است در مقایسه با لامپهای معمولی فرآیند تولید نور باعث تولید مقدار زیادی گرما نمی شود (فیلامانی برای گرم شدن ندارد برای تولید نور باید فیلامان گرم شود).
 


اندازه این تصویر کوچک شده است ! برای مشاهده تصویر اصلی اینجا کلیک کنید .

اندازه اصلی تصویر 750x223 و حجم آن 18 کیلوبایت میباشد.






لامپ LED چیست؟

کارشناسان معتقدند که گازهای گلخانه ای که مهمترین عامل تولید آنها، لامپ‌های معمولی یا همان لامپ‌های رشته‌ای است باعث بروز این معضل شده است.
به همین دلیل بسیاری از کشورها، برنامه چند ساله ای را برای جایگزینی مدل های دیگر لامپ به جای لامپهای رشته ای تدوین کرده‌اند تا شاید بتوانند در دراز مدت استفاده از لامپهای رشته‌ ی و به تبع آن حرارت زمین را کاهش داده و کره زمین و ساکنانش را نجات دهند. به همین دلیل استفاده از لامپهای کم مصرف، فلورسنت و... مرسوم شد و برخی کشورها مردم را ملزم به استفاده از این لامپ‌ها کرده و حتی برنامه‌ریزی کردند تا در تولیدات خود در برخی محصولات از جمله تلویزیون از لامپهای LED که عمر بیشتری دارد و به حفظ محیط زیست کمک می‌کند استفاده کنند. در مقاله دیگری در سایت ایران کالا در این مورد بحث شده است که علاقمندان می توانند به این مقاله در مورد تلویزیون های با تکنولوژی ال ای دی مراجعه کنند. البته ذکر این نکته لازم است که استفاده از لامپ‌های LED در تولید تلویزیون محدودیت‌هایی دارد که یکی ازآنها محدودیت استفاده از این تکنولوژی در سایزهای پایین است.

اما به هر حال شرکت‌های تولیدی با درک خطر گرمای زمین، تلاش‌های بسیاری برای دفع این خطر کرده که یکی از این تلاش‌ها، کاهش استفاده از لامپ‌های رشته‌ای است.

LEDها تا اواخر دهه گذشته فقط می‌توانستند سه نور آبی، سبز و قرمز تولید کنند که این موضوع باعث کاربرد محدود آنها بود، اما این اواخر LEDهایی با رنگ آبی وارد بازار شده‌اند که می‌توانند نور سفید با هاله‌ای از رنگ آبی تولید کنند. به همین دلیل درآینده نزدیک می‌توان شاهد استفاده از این تکنولوژی در تولید تلویزیون و مانیتور بود.



کاربردهای LED
LEDها که از دهه‌های گذشته در الکترونیک مورد استفاده قرار می‌گرفتند، عموما برای نمایش خاموش یا روشن بودن نمایشگرها در لوازم مولتی مدیا مورد استفاده قرار گرفتند. اما در‌حال‌حاضر LEDها به نحوی ساخته می‌شوند که نور را در جهت خاصی متمرکز می‌کنند و به صورت چیپ های کوچکی هستند که معمولا داخل یک شیشه گنبدی شکل قرار می‌گیرند و دارای سایز چوب کبریت هستند و به سختی می‌شکنند.

بزرگ‌ترین مشکل لامپ‌های LED رنگ آن‌ها بود. اما اکنون به آسانی با تغییر در ساختار فیزیکی و مواد تشکیل‌دهنده LED، نور در رنگ‌ها و شدت‌های مختلف و با طول موج مشخص با رنگ کاملا خالص تولید می‌شود. به عبارتی LEDها فاقد پرتوهای مادون قرمز و فرابنفشی هستند که سایر صنایع روشنایی ایجاد می‌کنند و LEDها به سلامت چشم و محیط آسیب نمی‌رسانند. LEDهای سفید قابلیت تولید همه رنگ را داشته و علاوه بر آن از انرژی بسیار کمی در مقایسه با سایر لامپ‌ها و LEDهای قدیمی، برای تولید روشنایی استفاده می‌کنند. به همین دلیل روز به روز استفاده از آنها بیشتر شده است. با توجه به مزایای استفاده از لامپ‌های LED پپش‌بینی می‌شود تا کمتر از 5 سال آینده شاهد تحولات عمده‌ای در عرصه محصولات روشنایی و حتی تصویری باشیم.

لامپ های ‌LED همچنین شماره‌ ا را روی ساعت‌های دیجیتالی نشان می‌دهند، اطلاعات را از کنترل تلویزیون می‌فرستند و نور آنها نشان می‌دهد که چه زمانی تلویزیون روشن است. LEDها همچنین تصاویر را روی تلویزیون‌های پلاسما نشان می‌دهد و با توجه به مصرف پایین و شدت نور بسیار عالی در رنگهای مختلف در روشنایی و چراغ های خودرو کاربرد وسیعی دارند.

فانوس‌های LED نیز که در چراغ‌های راهنمایی به منظور صرفه‌جویی در مصرف برق و کاهش خطای دید رانندگان قرار گرفته یکی دیگر از کابردهای لامپ های LED است. لامپ های LED امروزه در لپ‌تاپ‌ها نیز به کار برده می‌شوند و باعث روشنایی و وضوح بیشتر تصویر می‌شوند.از دیگر کاربردهای LED می توان به استفاده در محصولات ترافیکی اشاره کرد .