مبدأ تشغيل مصباح LED

LED هو جهاز أشباه الموصلات ذو الحالة الصلبة يمكنه تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء مرئي. يمكنه تحويل الكهرباء مباشرة إلى ضوء. قلب LED عبارة عن شريحة من أشباه الموصلات. يتم توصيل أحد طرفي الشريحة بقوس، وطرف واحد هو قطب سلبي، والطرف الآخر متصل بالقطب الموجب لمصدر الطاقة، بحيث يتم تغليف الشريحة بأكملها براتنج الإيبوكسي.

تتكون شريحة أشباه الموصلات من جزأين. جزء واحد هو شبه موصل من النوع P، حيث تهيمن الثقوب، والطرف الآخر هو شبه موصل من النوع N، حيث تهيمن الإلكترونات. ولكن عندما يتم توصيل هذين أشباه الموصلات، يتم تشكيل تقاطع PN بينهما. عندما يعمل التيار على الشريحة من خلال السلك، سيتم دفع الإلكترونات إلى المنطقة P، حيث ستتحد الإلكترونات مع الثقوب، ثم تنبعث منها طاقة على شكل فوتونات. هذا هو مبدأضوء LEDالانبعاثات. يتم تحديد الطول الموجي للضوء، أي لون الضوء، بواسطة المادة التي تشكل الوصلة P-N.

يمكن أن ينبعث LED مباشرة الضوء الأحمر والأصفر والأزرق والأخضر والأخضر والبرتقالي والأرجواني والأبيض.

في البداية، تم استخدام LED كمصدر ضوء المؤشر للأجهزة والعدادات. وفي وقت لاحق، تم استخدام مصابيح LED ذات الألوان الفاتحة المختلفة على نطاق واسع في إشارات المرور وشاشات العرض ذات المساحة الكبيرة، مما أدى إلى تحقيق فوائد اقتصادية واجتماعية جيدة. خذ مصباح إشارة المرور الأحمر مقاس 12 بوصة كمثال. في الولايات المتحدة، تم استخدام المصباح المتوهج بقدرة 140 واط ذو العمر الطويل وكفاءة الإضاءة المنخفضة في الأصل كمصدر للضوء، والذي ينتج 2000 لومن من الضوء الأبيض. بعد المرور عبر الفلتر الأحمر، يصل فقدان الضوء إلى 90%، ويترك 200 لومن فقط من الضوء الأحمر. في المصباح المصمم حديثًا، تستخدم Lumileds 18 مصدر ضوء LED أحمر، بما في ذلك فقدان الدائرة. إجمالي استهلاك الطاقة هو 14 واط، والذي يمكن أن ينتج نفس التأثير المضيء. يعد مصباح إشارة السيارات أيضًا مجالًا مهمًا لتطبيق مصدر ضوء LED.

بالنسبة للإضاءة العامة، يحتاج الناس إلى المزيد من مصادر الضوء الأبيض. في عام 1998، تم تطوير LED الأبيض بنجاح. يتم تصنيع مصباح LED هذا من خلال تعبئة شريحة GaN وعقيق الألومنيوم الإيتريوم (YAG) معًا. تنبعث شريحة GaN من الضوء الأزرق ( π P = 465nm، Wd = 30nm)، ينبعث فوسفور YAG الذي يحتوي على Ce3 + متكلس عند درجة حرارة عالية ضوءًا أصفر بعد إثارة هذا الضوء الأزرق، بقيمة ذروة تبلغ 550n مصباح LED m. تم تركيب ركيزة LED الزرقاء في تجويف الانعكاس على شكل وعاء، ومغطاة بطبقة رقيقة من الراتنج الممزوج بـ YAG، حوالي 200-500 نانومتر. يمتص الفوسفور الضوء الأزرق من ركيزة LED جزئيًا، ويتم خلط الجزء الآخر من الضوء الأزرق مع الضوء الأصفر من الفوسفور للحصول على الضوء الأبيض.

بالنسبة لمصباح InGaN/YAG الأبيض، من خلال تغيير التركيب الكيميائي لفوسفور YAG وضبط سمك طبقة الفوسفور، يمكن الحصول على أضواء بيضاء مختلفة مع درجة حرارة اللون 3500-10000K. تتمتع هذه الطريقة للحصول على الضوء الأبيض من خلال LED الأزرق بمزايا البنية البسيطة والتكلفة المنخفضة والنضج التكنولوجي العالي، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع.