הבית > תערוכה > תוכן

דיודה פולטת אור (LED), פולטת אור כאשר חשמל טעון בהפקת electroluminescence

Apr 21, 2017

דיודה פולטת אור

דיודה פולטת אור
RBG-LED.jpg נורות כחולות, ירוקות ואדומות במארז 5 מ"מ מפוזר
עקרון העבודה חשמל
בדוי H._J._Round (1907) [1]
אולג לוסב (1927) [2]
ג'יימס ביארד (1961) [3]
ניק הולוניאק (1962) [4]
הפקה ראשונה אוקטובר 1962
תצורת פין אנודה וקתודה
סמל אלקטרוני
סמל LED.svg


חלקים של נורית LED רגילה. המשטחים התחתונים השטוחים של הסדן ואת ההודעה מוטבע בתוך אפוקסי לפעול כעוגנים, כדי למנוע את המנצחים מלהוציא בכוח בכוח דרך זן מכני או רטט.











LED מודרני retrofit עם בורג E27 בבסיס


מנורה בצורת רטרופית מודרנית עם נורת כיור אלומיניום, כיפה מפזרת אור ובסיס E27 בורג , באמצעות ספק כוח מובנה עובד על מתח החשמל




צילום מקרוב של תא הרכבה משטחית





דיודה פולטת אור ( LED ) היא מקור אור מוליך למחצה דו- מוליך . זוהי דיודה צומת p-n , אשר פולט אור כאשר מופעל. [5] כאשר מתח מתאים מוחל על מוביל, אלקטרונים מסוגלים recombine עם חורים אלקטרונים בתוך המכשיר, שחרור אנרגיה בצורה של פוטונים . אפקט זה נקרא electroluminescence , ואת צבע האור (המקביל לאנרגיה של הפוטון) נקבעת על ידי פער הלהקה האנרגיה של המוליכים למחצה. נוריות הם בדרך כלל קטנים (פחות מ 1 מ"מ 2 ) ורכיבים אופטיים משולבים ניתן להשתמש כדי לעצב את דפוס הקרינה . [6]

הופעה כמו רכיבים אלקטרוניים מעשיים בשנת 1962, [7] LEDs המוקדמים פולטים אור אינפרא אדום בעוצמה נמוכה. אינפרא אדום LED עדיין משמש לעתים קרובות כמו העברת אלמנטים במעגל שליטה מרחוק, כגון אלה בשלט רחוק עבור מגוון רחב של מוצרי האלקטרוניקה. האור הראשון הנראה אור היו גם בעוצמה נמוכה מוגבל אדום. נוריות מודרניות זמינים על פני גל, גלגול אולטרה אור אינפרא אדום , עם בהירות גבוהה מאוד.

LEDs מוקדם שימשו לעתים קרובות מנורות אינדיקטור עבור מכשירים אלקטרוניים, החלפת נורות ליבון קטנות. הם היו ארוזים בקרוב לתוך readouts מספריים בצורת תצוגות שבעה קטע היו נפוץ לראות שעונים דיגיטליים. ההתפתחויות האחרונות LEDs לאפשר להם לשמש תאורה סביבתית המשימה. נוריות LED אפשרה תצוגות וחיישנים חדשים להתפתח, בעוד שיעורי ההחלפה הגבוהה שלהם משמשים גם בטכנולוגיית תקשורת מתקדמת.

LEDs יש יתרונות רבים על פני מקורות אור ליבון כולל צריכת אנרגיה נמוכה יותר, חיים ארוכים יותר, חוסן פיזי משופר, גודל קטן יותר, ומהירה יותר. דיודות פולטות אור משמשות כיום ביישומים מגוונים כמו תאורת תעופה , פנסי מכוניות , פרסום, תאורה כללית , אותות תנועה , הבזקים של מצלמה וטפטים מוארים. החל בשנת 2017, נורות LED תאורת החדר בבית הם זולים או זול יותר מאשר מקורות מנורה פלורסנט קומפקטי של פלט דומה. [8] כמו כן, הם גם יעילים יותר מבחינה אנרגטית, ויש להם פחות חששות סביבתיים הקשורים לסילוקם. [9] [10]


תוכן

[ להסתיר ]


היסטוריה [ עריכה ]

תגליות והתקנים מוקדמים [ עריכה ]

ירוק electroluminescence מנקודת מגע על גבי גביש של SiC מחדש הניסוי המקורי של סיבוב מ 1907.

Electroluminescence כתופעה התגלה בשנת 1907 על ידי הניסוי הבריטי HJ סיבוב של מעבדות Marconi , באמצעות גביש של סיליקון קרביד גלאי חתול של חתול . [11] [12] הממציא הרוסי אולג לוסב דיווח על יצירת ה- LED הראשון בשנת 1927. [13] מחקרו הופץ בכתבי עת מדעיים סובייטיים, גרמניים ובריטיים, אך לא נעשה שימוש מעשי בתגלית במשך מספר עשורים. [14] [15] קורט להובק , קארל אקארדו ואדוארד ג'מגוצ'יאן הסבירו את הדיודות פולטות האור הראשונות ב -1951 באמצעות מכשיר המעסיק גבישים של SiC עם מקור זרם של סוללה או גנרטור פולס ובהשוואה לגרסה טהורה, קריסטל טהור ב -1953. [16] [17]

רובין בראונשטיין [18] של חברת הרדיו של אמריקה דיווח על פליטת אינפרא אדום של גליום ארסניד (GaAs) וסגסוגות מוליכים למחצה אחרות ב -1955. [19] בראונשטיין זיהה פליטת אינפרא אדום שנוצרה על ידי מבנים דיודיים פשוטים באמצעות גליום antimonide (GaSb), GaAs, אינדיום זרחן (InP), סיליקון-גרמניום (SiGe) סגסוגות בטמפרטורת החדר ב 77 קלווין.

ב -1957 הוכיח בראונשטיין כי המכשירים הבסיסיים יכולים לשמש לתקשורת ללא רדיו בטווח הקצר. כפי שצוין על ידי Kroemer [20] Braunstein "... הקים קישור תקשורת פשוטה אופטית: מוסיקה העולה מתוך תקליטן שימש באמצעות אלקטרוניקה מתאימים כדי לווסת את הנוכחי של דיודה של GaAs.אור הנפלט זוהה על ידי דיודה PbS כמה מרחק, אות זה הוזן לתוך מגבר שמע ונגן חזרה על ידי רמקול, מיירט את הקורה הפסיק את המוסיקה, היה לנו הרבה כיף לשחק עם ההתקנה הזו. התקנה זו presaged את השימוש של נוריות עבור יישומי תקשורת אופטית.

מכשיר ה- TX-100 של GAX LED של Texas Instruments מכיל מארז מתכת טרנזיסטור TO-18.

בחודש ספטמבר 1961, בעת שעבד בטקסס אינסטרומנטס בדאלאס , טקסס , ג 'יימס ביארד וגארי פיטמן גילו קרוב אינפרא אדום (900 ננומטר) אור פליטה מדיודת מנהרה שהם בנו על מצע GaAs. [7] באוקטובר 1961 הם הוכיחו פליטת אור יעילה וצימוד אות בין פולט אור לצומת pA של GaAs לבין photodetector מוליך למחצה חשמלי. [21] ב -8 באוגוסט 1962 הגישו ביארד ופיטמן פטנט בשם "מוליך למחצה דיודה" על סמך הממצאים שלהם, אשר תיאר אבץ מפוזר p-n צומת LED עם קשר קטודה מרווח כדי לאפשר פליטה יעילה של אור אינפרא אדום תחת הטיה קדימה . לאחר הקמת העדיפות של עבודתם על בסיס המחשבים ההנדסיים מראש הגשות מ GE Labs, RCA Research Labs, IBM Research Labs, בל Labs , ו Lincoln Lab ב- MIT , משרד הפטנטים האמריקני הוציא את שני הממציאים הפטנט של GaAs אינפרא אדום (IR ) דיודה פולטת אור (US הפטנט US3293513 ), LED מעשי הראשון. [7] מיד לאחר הגשת הפטנט, החלה טקסס אינסטרומנטס (TI) בפרויקט לייצור דיודות אינפרא אדום. באוקטובר 1962, הודיעה TI על המוצר הראשון LED מסחרי (SNX-100), אשר מועסקים טהור GaAs קריסטל לפלוט פלט 890 ננומטר אור. [7] באוקטובר 1963, הודיעה TI הראשון מסחרי hemispherical LED, SNX-110. [22]

הספקטרום הגלוי הראשון (אדום) LED פותחה בשנת 1962 על ידי ניק הולוניאק, ג 'וניור בעת שעבד ב ג' נרל אלקטריק . Holonyak הראשון דיווח LED שלו בכתב העת Applied Physics Letters ב -1 בדצמבר 1962. [23] [24] ג 'ורג' Craford , [25] לשעבר סטודנט לתואר ראשון של Holonyak, המציא את LED צהוב הראשון ושיפר את בהירות אדום אדום כתום נוריות לפי גורם של 10 בשנת 1972. [26] בשנת 1976, TP Pearsall יצר את הראשון בהירות גבוהה, יעילות גבוהה LEDs עבור תקשורת סיבים אופטיים על ידי המצאת חומרים מוליכים למחצה חדשים מותאמים במיוחד אורכי גל סיבים אופטיים. [27]

פיתוח מסחרי ראשוני [ לערוך ]

נוריות LED המסחריות הראשונות שימשו בדרך כלל כמחליפי מנורות מחוון ונורות ניאון , ובתצוגות של שבעה קטעים , תחילה בציוד יקר כגון ציוד מעבדה ובדיקות אלקטרוניות, ואחר כך במכשירים כמו טלוויזיות, מכשירי רדיו, טלפונים, מחשבונים, כמו גם שעונים (ראה רשימה של שימושים אות ). עד 1968, נורות גלויים אינפרא אדום היו יקרים מאוד, בסדר של 200 דולר ליחידה, ולכן היה שימוש מעשי מעטים. [29] החברה מונסנטו היה הארגון הראשון לייצור המוני LED הנראה, באמצעות גליום ארסניד פוספיד (GaAsP) בשנת 1968 לייצר נוריות אדומות מתאים אינדיקטורים. [29] Hewlett Packard (HP) הציגה נוריות בשנת 1968, בתחילה באמצעות GaAsP שסופק על ידי Monsanto. אלה נוריות אדומות היו בהירים מספיק רק לשימוש כמחוונים, כמו פלט האור לא היה מספיק כדי להאיר את השטח. הקריאות במחשבונים היו כה קטנות עד שנבנו עדשות פלסטיק על כל ספרה כדי להפוך אותן לקריאות. מאוחר יותר, צבעים אחרים הפכו זמינים באופן נרחב והופיעו מכשירים וציוד. ב 1970s מוצלח מסחרית LED התקנים פחות מ 5 סנט כל הופקו על ידי פיירצ'יילד אופטו. התקנים אלה השתמשו שבבים מוליכים למחצה מורכבים עם תהליך מישוריים שהומצאו על ידי ד"ר ג 'ין Hoerni ב פיירצ' יילד סמיקונדקטור . [30] [31] השילוב של עיבוד מישורי עבור ייצור שבבים ושיטות אריזה חדשניות אפשרה לצוות בפיירצ'יילד בראשותו של חלוץ האופטו-אלקטרוניקה, תומאס ברנדט, להשיג את הפחתת העלות הנדרשת. [32] שיטות אלה ממשיכות להיות בשימוש על ידי יצרני LED. [33]

תצוגת LED של מחשבון מדעי TI-30 (בערך 1978), אשר משתמש עדשות פלסטיק כדי להגדיל את גודל digit גלוי

רוב נוריות ה - LED נעשו בחבילות הנפוצות ביותר של 5 "מ מ T1¾ ו 3 -" מ מ T1, אך עם עלייה בתפוקת החשמל, גדל הצורך לשפוך עודפי חום על מנת לשמור על אמינות, [34] כך שיותר חבילות מורכבות הותאמו להפחתת חום יעילה . Packages עבור המדינה- of-the-art גבוה LEDs LED לשאת דמיון קטן LEDs מוקדם.

כחול LED [ לערוך ]

Blue LEDs פותחו לראשונה על ידי הרברט פול מרוסקה ב RCA בשנת 1972 באמצעות גליום ניטריד (גן) על מצע ספיר. [35] [36] סוגי SiC נמכרו לראשונה בארצות הברית על ידי קרי בשנת 1989. [37] עם זאת, אף אחד מהנוריות הכחולות הראשונות לא היו בהירות במיוחד.

הראשון בהירות גבוהה כחול LED הודגם על ידי Shuji Nakamura של Nichia Corporation בשנת 1994 והיה מבוסס על InGaN . [38] [39] במקביל, Isamu Akasaki ו Hiroshi Amano ב Nagoya עבדו על פיתוח נוקלאציה גן חשוב על מצעים ספיר ואת ההפגנה של p- סוג סימום של גן. Nakamura, Akasaki, ו Amano הוענקו פרס נובל 2014 בפיסיקה על עבודתם. [40] בשנת 1995, אלברטו Barbieri במעבדה אוניברסיטת קרדיף (GB) חקרו את היעילות והאמינות של נוריות בהירות גבוהה והראה "מגע שקוף" LED באמצעות אינדיום פח תחמוצת (ITO) על (AlGaInP / GaAs).

בשנת 2001 [41] ו 2002, [42] תהליכים לגידול ניטריד גליום ניטריד (גן) LEDs על סיליקון הוכיחו בהצלחה. בחודש ינואר 2012, Osram הפגינו High-InGaN כוח LEDs גדל על מצעים סיליקון מסחרית. [43]

לבן LEDs ואת פריצת הדרך תאורה [ לערוך ]

השגת יעילות גבוהה נורות כחולות היה בעקבות במהירות את הפיתוח של LED לבן הראשון. במכשיר זה Y
3 אל
5 O
12 : Ce (הידועה בשם " YAG ") ציפוי זרחן על פולט סופג חלק פליטה כחולה ומייצרת אור צהוב באמצעות פלואורסצנטי . השילוב של צהוב עם אור כחול שנותר נראה לבן לעין. עם זאת, באמצעות phosphors שונים (חומרים פלורסנט) זה גם הפך אפשרי לייצר אור ירוק ואדום באמצעות הקרינה. תערובת של אדום, ירוק וכחול לא נתפסת רק על ידי בני האדם כמו אור לבן, אבל הוא מעולה עבור תאורה במונחים של טיוח צבע , בעוד אחד לא יכול להעריך את הצבע של חפצים אדומים או ירוקים מואר רק על ידי צהוב (וכחול שנותר) אורכי גל מ Yosph זרחן.

איור של חוק של האיטי , מראה שיפור בתפוקת האור לכל LED לאורך זמן, עם סולם לוגריתמי על ציר אנכי

הנוריות הלבנות הראשונות היו יקרות ולא יעילות. עם זאת, תפוקת האור של נוריות גדל באופן אקספוננציאלי , עם הכפלת המתרחשים כל 36 חודשים מאז 1960 (בדומה לחוק מור ). מגמה זו מיוחסת בדרך כלל לפיתוח מקביל של טכנולוגיות מוליכים למחצה אחרים והתקדמות בתחום האופטיקה [ ציטטה הצורך ] ומדעי החומרים ונקראת חוק האיץ לאחר ד"ר רולנד האיץ. [44]

תפוקת האור והיעילות של נוריות כחולות ואור אולטרה סגולות עלו עם עלות של מכשירים אמינים שנפלו: זה הוביל לשימוש (גבוה) נוריות LED לבן אור גבוה לצורך תאורה אשר מחליפים תאורת ליבון ופלורסנט. [45] [46]

נורות LED ניסיוני הוכחו לייצר מעל 300 לומן לכל ואט של חשמל; כמה יכול להימשך עד 100,000 שעות. [47] בהשוואה נורות ליבון, זה לא רק עלייה עצומה ביעילות החשמלית אבל - לאורך זמן - עלות דומה או נמוכה יותר לנורה. [48]

עקרון העבודה [ לערוך ]

הפעולה הפנימית של LED, מראה מעגל (למעלה) ו דיאגרמה הלהקה (למטה)

צומת PN יכול להמיר אנרגיית אור נספג לתוך זרם חשמלי פרופורציונלי. אותו תהליך הפוך כאן (כלומר צומת PN פולט אור כאשר אנרגיה חשמלית מוחל על זה). תופעה זו נקראת בדרך כלל electroluminescence , אשר יכול להיות מוגדר כמו פליטת אור מן מוליך למחצה תחת השפעת שדה חשמלי . את נושאות תשלום recombine בצומת PN מוטה קדימה כמו האלקטרונים לחצות מן N- האזור recombine עם החורים הקיימים באזור P. אלקטרונים חופשיים נמצאים בהרכב ההולכה של רמות האנרגיה, בעוד החורים נמצאים בהרכב האנרגיה . לכן רמת האנרגיה של החורים תהיה פחותה מרמת האנרגיה של האלקטרונים. חלק מסוים של האנרגיה חייב להיות מתפוגג כדי recombine האלקטרונים ואת החורים. אנרגיה זו נפלטת בצורה של חום ואור.

האלקטרונים מתפזרים באנרגיה בצורה של חום עבור דיודות סיליקון וגרמניום, אך בגליום ארסנייד פוספיד (GaAsP) וגליום פוספיד (GaP) מוליכים למחצה, האלקטרונים מפזרים אנרגיה על ידי פליטת פוטונים . אם מוליך למחצה הוא שקוף, צומת הופך את מקור האור כפי שהוא נפלט, ובכך הופך דיודה פולטת אור, אבל כאשר צומת הוא מוטה לאחור לא אור יהיה מיוצר על ידי LED, אם הפוטנציאל הוא גדול מספיק, ההתקן ייפגע.

טכנולוגיה [ עריכה ]

דיאגרמת IV עבור דיודה . LED יתחיל לפלוט אור כאשר יותר מ 2 או 3 וולט מוחל על זה. אזור ההטיה ההפוך משתמש בסולם אנכי שונה מאזור הטיה הקדמית, כדי להראות כי זרם הזליגה הוא כמעט קבוע עם המתח עד להתמוטטות. בהטיה קדמית, הזרם קטן אך מגדיל באופן אקספוננציאלי עם המתח.

פיזיקה [ עריכה ]

LED מורכב שבב של חומר מוליך למחצה מסוממים עם זיהומים ליצור צומת pn . כמו דיודות אחרות, הזרם זורם בקלות מן הצד p, או האנודה , אל צד, או קתודה, אבל לא בכיוון ההפוך. מטען - אלקטרונים וחורים - זורם לצומת מתוך אלקטרודות עם מתחים שונים. כאשר אלקטרון פוגש חור, הוא נופל לתוך רמת אנרגיה נמוכה יותר ומשחרר אנרגיה בצורה של פוטון .

אורך הגל של האור הנפלט, ולכן צבעו, תלוי באנרגיה של פער הלהקה של החומרים המרכיבים את צומת pn . ב דיודות סיליקון או גרמניום , האלקטרונים והחורים בדרך כלל recombine על ידי מעבר שאינו רדיאטית , אשר מייצרת שום פליטה אופטית, כי אלה הם חומרים עקיפה הלהקה הלהקה . החומרים המשמשים את LED יש פער הלהקה ישירה עם אנרגיות המקביל קרוב אינפרא אדום, גלוי, או ליד אור אולטרה סגול.

פיתוח LED התחיל עם אינפרא אדום התקנים אדום עשה עם ארסיד גליום . ההתקדמות במדע החומרים אפשרה לבצע מכשירים עם אורכי גל קצרים יותר, פולטים אור במגוון צבעים.

נוריות בנויים בדרך כלל על מצע מסוג n, עם אלקטרודה מחוברת לשכבה מסוג p שהופקדו על פני השטח שלה. P- סוג מצעים, בעוד פחות נפוץ, להתרחש גם כן. LEDs מסחריים רבים, במיוחד גן / InGaN, גם להשתמש מצע ספיר .

מקדם השבירה [ עריכה ]

דוגמה אידיאליזציה של קונס פליטה אור במוליך למחצה מרובע פשוט, עבור מקור יחיד נקודת פליטה. איור שמאל הוא רקיק שקוף, ואילו האיור הנכון מראה חצי קונוסים נוצר כאשר השכבה התחתונה הוא אטום. האור הוא למעשה נפלט באופן שווה בכל הכיוונים ממקור הנקודה, אבל יכול רק לברוח בניצב אל פני השטח של המוליכים למחצה וכמה מעלות בצד, אשר מאויר על ידי צורות קונוס. כאשר זווית קריטית היא חריגה, פוטונים משתקפים באופן פנימי. האזורים בין החרוטים מייצגים את אנרגיית האור שנלכדה כחום. [49] רוב החומרים המשמשים לייצור LED יש מדדי השבירה גבוהה מאוד. משמעות הדבר היא כי הרבה של האור ישתקף בחזרה לתוך החומר על פני השטח / משטח האוויר. לפיכך, החילוץ אור LED הוא היבט חשוב של ייצור LED, כפוף הרבה מחקר ופיתוח. את קונס פליטה אור של רקיק LED אמיתי הם הרבה יותר מורכבים מאשר נקודת מקור אחת פליטה אור. אזור פליטת האור הוא בדרך כלל מטוס דו מימדי בין ופלים. כל אטום על פני המטוס הזה יש קבוצה בודדת של קונוסים פליטה. ציור מיליארדי החרוטים החופפים הוא בלתי אפשרי, ולכן זהו תרשים פשוט מראה את ההיקף של כל קונס הפליטה בשילוב. החרוטים בצד גדול הם גזומים כדי להראות את תכונות הפנים ולהפחית המורכבות התמונה; הם היו מתפשטים לקצוות המנוגדים של מטוס הפליטה הדו-ממדי.

מוליכים למחצה חשופים ללא ציפוי כגון סיליקון התערוכה המדד השבירה גבוה יחסית לאוויר הפתוח, אשר מונע מעבר של פוטונים המגיעים בזוויות חדות יחסית האוויר פני השטח של המוליכים למחצה בשל השתקפות פנימית הכוללת . תכונה זו משפיעה הן על יעילות פליטת האור של נוריות כמו גם את יעילות קליטת האור של תאים פוטו . מדד השבירה של הסיליקון הוא 3.96 (ב 590 ננומטר), [50] בעוד האוויר הוא 1.0002926. [51]

באופן כללי, שבב מוליך-למחצה LED ללא ציפוי על פני השטח יפלט אור רק בניצב אל פני השטח של המוליכים למחצה, וכמה מעלות בצד, בצורת קונוס המכונה " קונוס האור" , קונוס האור , [52] או הבריחה קונוס . [49] הזווית המקסימלית של שכיחות נקראת זווית קריטית . כאשר זווית זו היא חריגה, פוטונים כבר לא להימלט מוליכים למחצה, אלא משתקפים במקום פנימי בתוך גביש המוליכים למחצה כאילו היה מראה . [49]

השתקפויות פנימיות יכול להימלט דרך פרצופים גבישיים אחרים אם זווית שכיחות נמוכה מספיק הגביש שקוף מספיק כדי לא לספוג מחדש את פליטת הפוטון. אבל עבור LED מרובע פשוט עם משטחים זווית 90 מעלות מכל הצדדים, הפנים כל לשמש מראות זווית שווה. במקרה זה, רוב האור לא יכול לברוח והוא איבד כמו בזבוז חום בגביש. [49]

משטח שבב מפותל בעל פן זוויתי דומה לזה של תכשיט או עדשת פרנל יכול להגדיל את תפוקת האור על ידי כך שהוא יאפשר לפלוט את האור אל פני השטח של השבב, בעודו רחוק לצדדים של נקודת הפליטה של הפוטון. [53]

הצורה האידיאלית של מוליך למחצה עם פלט אור מרבי יהיה microsphere עם פליטת הפוטון המתרחשים במרכז המדויק, עם אלקטרודות חודר למרכז כדי ליצור קשר בנקודת הפליטה. כל קרני האור הנובעות מהמרכז יהיו ניצבות לכל פני השטח של כדור הארץ, וכתוצאה מכך לא יהיו השתקפויות פנימיות. מוליך למחצה האמיסקרי יהיה גם עובד, עם משטח אחורי שטוח משמש כמראה לפוטונים מפוזרים בחזרה. [54]

ציפויים המעבר [ לערוך ]

לאחר סימום של רקיק , הוא חתך בנפרד לתוך מת הפרט. כל מתים נקראים בדרך כלל שבב.

רבים שבבי LED מוליכים למחצה הם עטופים או בעציץ בתוך קליפות פלסטיק ברור או צבעוני יצוק. לקליפת הפלסטיק יש שלוש מטרות:

  1. הרכבה של שבב המוליכים למחצה במכשירים קלה יותר לביצוע.

  2. חיווט חשמלי שביר זעיר נתמך פיזית ומוגן מפני נזק.

  3. הפלסטיק פועל כמתווך מקביל בין המוליכים למחצה הגבוהים יחסית למדד נמוך לאוויר הפתוח. [55]

התכונה השלישית מסייעת להגביר את פליטת האור מהמוליכים למחצה על ידי כך שהיא פועלת כעדשה מפזרת, ומאפשרת לפלוט את האור בזווית הרבה יותר גבוהה של שכיחות מחרוט האור מאשר שבב חשוף מסוגל לפלוט לבד.

יעילות ופרמטרים מבצעיים [ עריכה ]

נוריות מחוון אופייניות מתוכננות לפעול עם לא יותר מ 30-60 מיליווואט (mW) של חשמל. בסביבות 1999, פיליפס Lumileds הציג נוריות כוח המסוגל לשימוש מתמשך בוואט אחד. מנורות LED אלה השתמשו בגדלים גדולים בהרבה של מוליכים למחצה כדי לטפל בתשומות החשמל הגדולות. כמו כן, מוליכים למחצה מתים היו מותקנים על שבלולים מתכת כדי לאפשר הסרת חום מן למות LED.

אחד היתרונות העיקריים של מקורות LED מבוססי תאורה הוא יעילות מוארת גבוהה. לבן LEDs במהירות מתאימים ו overtock את היעילות של מערכות תאורה ליבון רגיל. בשנת 2002, Lumileds עשה חמישה וואט LEDs זמין עם יעילות זוהר של 18-22 לומן לכל וואט (lm / W). לשם השוואה, נורת ליבון קונבנציונלית של 60-100 וואט פולטת בסביבות 15 lm / W, ונורות פלורסנט סטנדרטיות פולטות עד 100 lm / W.

נכון לשנת 2012, פיליפס השיגה את היעילות הבאה עבור כל צבע. [56] ערכי היעילות מראים את הפיסיקה - כוח האור לכל חשמל. ערך יעילות לומן-וואט כולל מאפיינים של העין האנושית, והוא נגזר באמצעות הפונקציה זוהר .


צֶבַע טווח אורך גל (nm) מקדם יעילות אופייני יעילות אופיינית ( lm / w )

אָדוֹם 620 <>λ <> 0.39 72

אדום כתום 610 <>λ <> 0.29 98

ירוק 520 <>λ <> 0.15 93

טורקיז 490 <>λ <> 0.26 75

כָּחוֹל 460 <>λ <> 0.35 37

בחודש ספטמבר 2003, סוג חדש של LED כחול הודגם על ידי קרי כי צורכת 24 mW ב 20 milliamperes (mA). זה הפיק אור לבן ארוז מסחרית נותן 65 lm / W ב 20 mA, הופך את LED לבן הבהיר זמינים מסחרית בזמנו, ויותר מארבע פעמים יעיל כמו נורות תקן. בשנת 2006, הם הפגינו אב טיפוס עם שיא לבן LED יעילות זוהר של 131 lm / W ב 20 mA. Nichia Corporation פיתחה LED לבן עם יעילות זוהרת של 150 lm / W לעבר זרם קדמי של 20 mA. [57] קרי של XLamp XM-L נוריות, זמינים מסחרית בשנת 2011, לייצר 100 lm / W במלוא העוצמה של 10 W, ועד 160 lm / W בסביבות 2 קלט כוח W. בשנת 2012, הודיעה Cree LED לבן נותן 254 lm / W, [58] ו 303 lm / W במארס 2014. [59] תאורה כללית מעשית צריך LED גבוה כוח, אחד ואט או יותר. זרמי הפעלה אופייניים עבור מכשירים כאלה מתחילים ב 350 mA.

יעילות אלה הן עבור דיודה פולטת אור בלבד, מוחזקים בטמפרטורה נמוכה במעבדה. מאז נוריות מותקנות אביזרי אמיתי לפעול בטמפרטורה גבוהה יותר עם הפסדים הנהג, יעילות בעולם האמיתי הם הרבה יותר נמוך. ארה"ב של מחלקת האנרגיה (DOE) בדיקות של מנורות LED מסחריים שנועד להחליף מנורות ליבון או CFLs הראו כי היעילות הממוצעת עדיין על 46 lm / W בשנת 2009 (ביצועים נבדק נע בין 17 lm / W עד 79 lm / W). [60]

יעילות droop [ לערוך ]

יעילות droop היא ירידה יעילות זוהר של נוריות כמו זרם חשמלי מגדיל מעל עשרות milliamperes.

אפקט זה היה בתחילה תיאורטית להיות קשור לטמפרטורות גבוהות. מדענים הוכיחו את ההפך להיות אמיתי: למרות החיים של LED יהיה מקוצר, ירידה יעילות הוא פחות חמור בטמפרטורות גבוהות. [61] המנגנון הגורם לירידה ביעילות זוהה ב -2007 כ"רקומבינציה "של אוגר , שנלקחה עם תגובה מעורבת. [62] בשנת 2013, מחקר אישר רקומבינציה אוגר כגורם של יעילות ירידה. [63]

בנוסף להיות פחות יעיל, נוריות הפעלה ב זרמים חשמליים גבוהה יוצר רמות חום גבוהות יותר אשר לסכן את חייו של LED. בגלל זה חימום מוגבר ב זרמים גבוהים, נוריות בהירות גבוהה יש תקן התעשייה של ההפעלה רק 350 mA, המהווה פשרה בין הפלט אור, יעילות, ואריכות ימים. [62] [64] [65] [66]

פתרונות אפשריים [ עריכה ]

במקום להגדיל את הרמות הנוכחיות, בהיקות הוא גדל בדרך כלל על ידי שילוב של מספר נוריות נורה אחת. פתרון הבעיה של יעילות droop אומר כי נורות LED ביתיים יצטרכו פחות נוריות, אשר יפחית באופן משמעותי את העלויות.

חוקרים במעבדה לחקר הצי האמריקני מצאו דרך להפחית את יעילות הצניחה. הם מצאו כי הצניחה נובעת recombination לא אוגרי קרינה של נושאות מוזרק. הם יצרו בארות קוונטיות עם פוטנציאל כליאה רך כדי להפחית את תהליכי אוגר לא רדיאטי. [67]

חוקרים מאוניברסיטת טאיוואן המרכזית ואפיסטר מפתחים דרך להפחית את יעילות הצניחה באמצעות מצעים ניטרידים קרמיים (AlN) אלומיניום, אשר מוליכים תרמית יותר מאשר ספיר המשמש מסחרית. מוליכות תרמית גבוהה מפחית את ההשפעות החימום העצמי. [68]

Lifetime וכישלון [ לערוך ]

מאמר ראשי: רשימת מצבי כשל של LED

התקני מצב מוצק כגון נוריות כפופים לבלאי מוגבל מאוד , אם הם מופעלים בזרמים נמוכים ובטמפרטורות נמוכות. אורך חיים אופייני הוא 25,000 עד 100,000 שעות, אבל החום וההגדרות הנוכחיות יכולים להאריך או לקצר הפעם באופן משמעותי. [69]

הסימפטום השכיח ביותר של LED (ו דיודת לייזר ) כישלון הוא ההדרגתית הדרגתית של פלט אור ואובדן יעילות. כשלים פתאומיים, אם כי נדירים, יכולים להתרחש גם. מנורות LED אדומות היו בולטים בחיי השירות הקצרים שלהם. עם התפתחות של נוריות LED גבוהה, המכשירים נתונים לטמפרטורות צומת גבוהות יותר וצפיפות גבוהה יותר מאשר מכשירים מסורתיים. זה גורם ללחץ על החומר ועלול לגרום מוקדם השפלה פלט אור. כדי לסווג את אורך החיים השימושיים באופן כמותי, הוצע להשתמש ב - L70 או L50, המהווה את טווחי הריצה (בדרך כלל ניתנים באלפי שעות,) כאשר LED נתון מגיע ל 70% - ו 50% מתפוקת האור הראשונית, בהתאמה. [70]

בעוד שברוב המקורות הקודמים של האור (מנורות ליבון, מנורות פריקה, ואלה ששרפות דלק דליק, למשל נרות ונרות שמן) האור נובע מחום, נוריות פועלות רק אם הן נשמרות די מגניב. היצרן בדרך כלל מציין טמפרטורת צומת מקסימלית של 125 או 150 מעלות צלזיוס, וטמפרטורות נמוכות רצוי האינטרסים של חיים ארוכים. בטמפרטורות אלה, חום קטן יחסית הוא איבד על ידי קרינה, כלומר קרן האור שנוצר על ידי LED הוא מגניב.

חום הפסולת ב LED גבוה כוח (אשר של 2015 יכול להיות פחות ממחצית הכוח שהיא צורכת) מועבר על ידי הולכה דרך המצע ואת החבילה של LED לכיור חום , אשר מוותר על החום אל הסביבה האוויר על ידי הסעה. תכנון תרמי זהיר הוא, אם כן, חיוני, תוך התחשבות ההתנגדות תרמית של החבילה של LED, הכיור החום ואת הממשק בין השניים. מנורות LED בינוניות מתוכננות לעיתים קרובות להלחם ישירות ללוח מעגלים מודפס המכיל שכבת מתכת מוליכה תרמית. High-LED LEDs ארוזים בחבילות קרמיקה גדולות, שנועדו להיות מחוברות לכיור חום מתכת, הממשק הוא חומר בעל מוליכות תרמית גבוהה ( גריז תרמי , חומר שינוי פאזה , משטח מוליך תרמי או דבק תרמי ).

אם מנורה המבוססת על LED מותקנת בלומינארה לא מאווררת, או luminaire ממוקם בסביבה כי אין זרימת אוויר חופשית, LED צפוי להתחמם יתר על המידה, וכתוצאה מכך צמצמו את החיים או כישלון קטסטרופלי מוקדם. עיצוב תרמי מבוסס לעתים קרובות על טמפרטורת הסביבה של 25 ° C (77 ° F). נוריות בשימוש ביישומים חוצות, כגון רמזורים או ב-מדרכה אותות האורות, וכן באקלים שבו הטמפרטורה בתוך האור מנורה מקבל גבוה מאוד, יכול לחוות תפוקה מופחתת או אפילו כישלון. [71]

מאז יעילות LED גבוה בטמפרטורות נמוכות, טכנולוגיית LED מתאים גם תאורה סופרמרקט מקפיא . [72] [73] [73] מאחר והנוריות מייצרות פחות חום מאשר מנורות ליבון, השימוש בהן במקפיאים יכול לחסוך גם בעלויות קירור. עם זאת, הם עשויים להיות רגישים יותר להצטברות של שלג ושלג מאשר מנורות ליבון, כך שכמה מערכות תאורת LED עוצבו עם מעגל חימום נוסף. בנוסף, מחקר פיתחה טכנולוגיות כיור חום אשר יעביר חום המיוצר בתוך צומת כדי להתאים את האזורים של מתקן האור. [75]

צבעים וחומרים [ לערוך ]

נוריות קונבנציונאלי מיוצרים ממגוון של חומרים מוליכים למחצה אורגניים. הטבלה הבאה מציגה את הצבעים הזמינים עם טווח אורך גל, ירידה במתח וחומר:


צֶבַע אורך גל [nm] טיפת מתח [ΔV] חומר מוליך למחצה

אינפרא אדום Λ > 760 Δ V <> גליום ארסניד (GaAs)
אלומיניום גליום arsenide (AlGaAs)

אָדוֹם 610 <>λ <> 1.63 <δ>V <> אלומיניום גליום arsenide (AlGaAs)
גליום ארסנייד פוספיד (GaAsP)
אלומיניום גליום אינדיום פוספיד (AlGaInP)
גליום (III) זרחן (GaP)

כָּתוֹם 590 <>λ <> 2.03 <δ>V <> גליום ארסנייד פוספיד (GaAsP)
אלומיניום גליום אינדיום פוספיד (AlGaInP)
גליום (III) זרחן (GaP)

צהוב 570 <>λ <> 2.10 <δ>V <> גליום ארסנייד פוספיד (GaAsP)
אלומיניום גליום אינדיום פוספיד (AlGaInP)
גליום (III) זרחן (GaP)

ירוק 500 <>λ <> 1.9 [76] <δ>V <> ירוק מסורתי:
גליום (III) זרחן (GaP)
אלומיניום גליום אינדיום פוספיד (AlGaInP)
אלומיניום גליום פוספיד (AlGaP)
ירוק טהור:
אינדיום גליום ניטריד (InGaN) / גליום (III) ניטריד (גן)

כָּחוֹל 450 <>λ <> 2.48 <δ>V <> אבץ סלניום (ZnSe)
אינדיום גליום ניטריד (InGaN)
סיליקון קרביד (SiC) כמו המצע
סיליקון (Si) כמו המצע תחת פיתוח

סָגוֹל 400 <>λ <> 2.76 <δ>V <> אינדיום גליום ניטריד (InGaN)

סָגוֹל סוגים מרובים 2.48 <δ>V <> כחול כפול / אדום LEDs,
כחול עם זרחן אדום,
או לבן עם פלסטיק סגול

אוּלְטרָה סָגוֹל Λ <> 3 <δ>V <> אינדיום גליום ניטריד (InGaN) (385-400 ננומטר)

יהלום (235 ננומטר) [77]
בורון ניטריד (215 ננומטר) [78] [79]
אלומיניום ניטריד (AlN) (210 ננומטר) [80]
אלומיניום גליום ניטריד (AlGaN)
אלומיניום גליום אינדיום ניטריד (AlGaInN) - עד 210 ננומטר [81]


וָרוֹד סוגים מרובים Δ V ~ 3.3 [82] כחול עם שכבת זרחן אחת או שתיים,
צהוב עם כתום אדום, כתום או ורוד הוסיף לאחר מכן,

לבן עם ורוד פלסטיק,
או phosphors לבן עם פיגמנט ורוד או צבע מעל. [83]


לבן קשת רחבה 2.8 <δ>V <> מגניב / לבן טהור: כחול / דיודה UV עם זרחן צהוב
לבן חם: דיודה כחולה עם זרחן כתום

כחול אולטרה סגול [ לערוך ]

נוריות כחולות

סרטון חיצוני
מרסקה מקורי כחול LED קולג 'ניו ג' רזי Sarnoff Collection.png
"LED המקורי LED" , קרן מורשת כימית

הראשון כחול סגול LED באמצעות מגנזיום מסוממים גליום ניטריד נעשה באוניברסיטת סטנפורד בשנת 1972 על ידי הרב Maruska וואלי Rhines, סטודנטים לדוקטורט במדעי החומרים והנדסה. [84] [85] באותה עת היה מרוסקה בחופשה ממעבדות RCA , שם שיתף פעולה עם ז'אק פאנקוב על עבודה קשורה. ב -1971, שנה לאחר שמרוסקה עזב את סטנפורד, הוכיחו עמיתיו ב- RCA, פאנקובה ואד מילר, את ההילוכים החשמליים הראשונים של גליום ניטריד מסוממים באבץ, אם כי המכשיר הבא, פאנקובה ומילר, בנו את הדיודה הראשונה של גליום ניטריד, אור ירוק. [86] בשנת 1974 משרד הפטנטים האמריקני העניק למרוסקה, לריינס ולפרופסור סטנפורד דייויד סטיבנסון פטנט על עבודתם ב -1972 (US Patent US3819974 A ), וכיום מגנזיום-סימום של גליום ניטריד ממשיך להיות הבסיס לכל מסחרי כחול LEDs ו דיודות לייזר. התקנים אלה שנבנו בתחילת 1970s היה מעט מדי אור פלט להיות שימוש מעשי ומחקר לתוך התקנים nitride גליום הואט. באוגוסט 1989, קרי הציג את הראשון כחול זמין מסחרית LED מבוסס על המוליכים למחצה עקיפה bandgap , סיליקון קרביד (SiC). [88] LEDs SiC היה יעילות נמוכה מאוד, לא יותר מ 0.03%, אבל לפלוט בחלק הכחול של ספקטרום האור הנראה. [ ציטטה הצורך ]

בשלהי שנות השמונים, פריצות דרך מרכזיות בצמיחה epitaxial גן ו p- סוג סימום [89] הובילה בעידן המודרני של התקנים אופטיים מבוססי גן. בניין על בסיס זה, תיאודור Moustakas באוניברסיטת בוסטון פטנט שיטה לייצור בהירות גבוהה בהירות כחולות באמצעות תהליך חדש בן שני שלבים. [90] שנתיים מאוחר יותר, בשנת 1993, בהירות גבוהה בהירות LED הודגמו שוב על ידי Shuji Nakamura של Nichia Corporation באמצעות תהליך גידול nitride גליום דומה Moustakas של. [91] הן מוסטאקאס והן נאקאמורה הונפקו פטנטים נפרדים, אשר בלבלו את הנושא של מי היה הממציא המקורי (חלקית כי אף שמוסטאקאס המציא את הראשון שלו, נקאמורה הגיש ראשון). [ ציטטה הצורך ] זה פיתוח חדש מהפכת תאורת LED, מה שהופך גבוהה כוח כחול מקורות אור מעשיים, המוביל לפיתוח של טכנולוגיות כמו Blu-ray , כמו גם ומאפשר את מסכי ברזולוציה גבוהה בהיר של טבליות מודרניות וטלפונים. [ ציטטה הצורך ]

Nakamura הוענק פרס טכנולוגיה 2006 Millennium על המצאתו. [92] Nakamura, הירושי Amano ו Isamu Akasaki זכו בפרס נובל בפיסיקה בשנת 2014 עבור המצאת LED כחול. [93] [94] [95] בשנת 2015 קבע בית משפט בארה"ב כי שלוש חברות (כלומר, המתדיינים שלא הסכימו בעבר מחוץ לבית המשפט), שהרשימו את פטנטיה של נאקאמורה לייצור בארצות הברית, הפרו את פטנטו המוקדם של מוסטאקאס; הורה להם לשלם דמי רישוי לא פחות מ 13 מיליון דולר. [96]

בסוף 1990, כחול LEDs הפך נרחב זמין. יש להם אזור פעיל המורכב אחד או יותר InGaN בארות קוונטית דחוקה בין שכבות עבות של גן, שנקרא שכבות חיפוי. על ידי שינוי החלק היחסי בתוך / Ga חלק בבארות הקוונטים InGaN, פליטת האור יכול בתיאוריה להיות מגוונים מ סגול כדי ענבר. אלומיניום גליום ניטריד (AlGaN) של משתנים אל / חלק ג 'א יכול לשמש לייצור חיפוי ואת הקוונטים היטב שכבות עבור נוריות אולטרה סגול, אבל מכשירים אלה עדיין לא הגיעו לרמה של יעילות ובגרות טכנולוגית של התקנים InGaN / גן כחול / ירוק. אם לא alloyed גן משמש במקרה זה כדי ליצור את שכבות קוואנטום גם פעיל, המכשיר יהיה לפלוט אור אולטרה סגול עם אורך גל שיא מרוכז סביב 365 ננומטר. נוריות ירוקות המיוצרות מן המערכת InGaN / גן הם הרבה יותר יעיל בהירים יותר נוריות ירוקות המיוצרות עם מערכות חומר nitride שאינם, אבל מכשירים מעשיים עדיין התערוכה יעילות נמוכה מדי עבור יישומים בהירות גבוהה. [ ציטטה הצורך ]

עם nitrides המכיל אלומיניום, לרוב AlGaN ו AlGaInN , אפילו אורכי גל קצרים הם בר השגה. נוריות אולטרה סגול בטווח של אורכי גל הופכים זמינים בשוק. ליד emitters UV באורך גל סביב 375-395 ננומטר כבר זול לעתים קרובות נתקלו, למשל, כמו מנורות מנורות אור שחור לבדיקת סימני מים נגד זיוף UV בכמה מסמכים ומטבעות נייר. קצר יותר דיודות גל, בעוד משמעותית יותר יקר, זמינים מסחרית עבור אורכי גל עד 240 ננומטר. [97] כמו רגישות של מיקרואורגניזמים בערך תואם את הספקטרום ספיגה של ה- DNA , עם שיא של כ 260 ננומטר, UV LED פולטות ב 250-270 ננומטר הם צפויים חיטוי פוטנציאלי התקני סטריליזציה. מחקרים שנעשו לאחרונה הראו כי נוריות UVA זמינים מסחרית (365 ננומטר) הם כבר חיטוי יעיל התקני סטריליזציה. [98] UV-C אורכי גל התקבלו במעבדות באמצעות ניטריד אלומיניום (210 ננומטר), [80] בורון ניטריד (215 ננומטר) [78] [79] ויהלום (235 ננומטר). [77]

RGB [ לערוך ]

RGB-SMD-LED

RGB LEDs מורכב אחד אדום, אחד ירוק, ואחד כחול LED. על ידי התאמת כל אחד משלושת, RGB נוריות מסוגלים לייצר סולם צבעים רחב . שלא כמו צבעי LED ייעודי, עם זאת, אלה ללא ספק לייצר אורכי גל טהור. יתר על כן, מודולים כאלה כמו זמינים מסחרית הם לעתים קרובות לא מותאם עבור צבע חלקה ערבוב.

לבן [ לערוך ]

ישנן שתי דרכים עיקריות לייצר דיודות פולטות אור לבן (WLEDs), נוריות המייצרות אור לבן בעוצמה גבוהה. אחת מהן היא להשתמש בנורות LED בודדות שמפיקות שלושה צבעים עיקריים - אדום, ירוק וכחול - ואז מערבבים את כל הצבעים כדי ליצור אור לבן. השני הוא להשתמש בחומר זרחן כדי להמיר אור מונוכרומטי מן כחול או UV LED ל-ספקטרום רחב לבן אור, הרבה באותו אופן מנורת פלורסנט עובד. חשוב לציין כי "לובן" של האור המיוצר הוא מהונדס במהותו כדי להתאים את העין האנושית, ועל פי המצב זה לא תמיד יכול להיות מתאים לחשוב על זה כמו אור לבן.

ישנן שלוש שיטות עיקריות של ערבוב צבעים לייצר אור לבן מנורת LED:

  • כחול LED + ירוק LED + אדום LED (צבע ערבוב, ניתן להשתמש תאורה אחורית עבור מציג, גרוע מאוד עבור תאורה בשל פערים בספקטרום)

  • ליד UV או UV LED + RGB זרחן (LED הפקת אור עם אורך גל קצר יותר של כחול משמש כדי לעורר זרחן RGB)

  • כחול + צהוב זרחן (שני צבעים משלימים לשלב כדי ליצור אור לבן, יעיל יותר מאשר הראשון שתי שיטות ויותר נפוץ) [100]

בגלל מטאמריזם , זה יכול להיות ספקטרה שונה לגמרי זה נראה לבן. עם זאת, את המראה של אובייקטים מוארים על ידי אותו אור עשוי להשתנות כמו הספקטרום משתנה, זה הנושא של בצוע צבע, נפרד למדי טמפרטורת צבע, שבו חפץ כתום או ציאן באמת יכול להופיע עם צבע לא נכון הרבה יותר כהה כמו LED או זרחן אינו פולט את אורך הגל. את הביצועים הטובים ביותר צבע CFL ו LEDs להשתמש תערובת של phosphors, וכתוצאה מכך פחות יעילות אבל איכות טובה יותר של האור. למרות נורות הלוגן ליבון יש טמפרטורת צבע כתום יותר, הם עדיין הטובים ביותר זמינים בקלות מקורות אור מלאכותי במונחים של בצוע צבע.

מערכות RGB [ לערוך ]

עקומות ספקטרליות משולבות עבור נוריות מוליכות למחצה של כחול, צהוב-ירוק, ובהירות גבוהה. רוחב הפס הספקטרום FWHM הוא בערך 24-27 ננומטר עבור כל שלושת הצבעים.



RGB LED

אור לבן יכול להיווצר על ידי ערבוב אורות צבעוניים שונים; השיטה הנפוצה ביותר היא להשתמש אדום, ירוק וכחול (RGB). לפיכך השיטה נקראת רב צבע לבן LEDs (המכונה לפעמים RGB נוריות). כי אלה צריכים מעגלים אלקטרוניים כדי לשלוט על מיזוג ודיפוזיה של צבעים שונים, ובגלל נוריות צבע בודדים בדרך כלל יש מעט דפוסי פליטה שונים (המוביל וריאציה של צבע בהתאם לכיוון) גם אם הם נעשים כיחידה אחת, אלה הם לעתים רחוקות משמש לייצור תאורה לבנה. עם זאת, בשיטה זו יש יישומים רבים בגלל הגמישות של ערבוב צבעים שונים, [101] ובעיקרון, מנגנון זה יש גם יעילות קוונטית גבוהה יותר בהפקת אור לבן. [ ציטטה הצורך ]

ישנם מספר סוגים של רב צבעי LED לבן: di- , תלת , ו tetrachromatic LEDs לבן. מספר גורמים מרכזיים שמשחקים בין שיטות שונות אלה כוללים יציבות צבע , יכולת עיבוד צבע ויעילות זוהרת. לעתים קרובות, יעילות גבוהה יותר פירושה עיבוד צבע נמוך יותר, המציג מחלופה בין היעילות המאירה לבין עיבוד הצבע. לדוגמה, נוריות LED לבן dichromatic יש יעילות זוהר הטוב ביותר (120 lm / W), אבל את הצבע הנמוך ביותר טיוח. עם זאת, למרות נוריות LED לבן tetrachromatic יש יכולת עיבוד צבע מעולה, הם לעתים קרובות יש יעילות מאירה המסכן. נוריות לבן Trichromatic נמצאים בין, שיש גם יעילות זוהר טוב (> 70 lm / W) ויכולת צבע הוגן טיוח.

אחד האתגרים הוא פיתוח של נוריות LED ירוקות יותר. התיאורטי המקסימלי עבור נוריות ירוק הוא 683 לומן לכל ואט אבל כמו של 2010 כמה נוריות ירוק יעלה אפילו 100 לומן לכל ואט. הנורות הכחולות והאדומות מתקרבות לגבולות התיאורטיים שלהן.

Multi- צבע LEDs מציעים לא רק אמצעי אחר כדי ליצור אור לבן אלא אמצעי חדש כדי ליצור אור של צבעים שונים. הצבעים ניתן לתפוס ביותר על ידי ערבוב כמויות שונות של שלושה צבעים עיקריים. זה מאפשר שליטה מדויקת צבע דינמי. ככל מאמץ יותר מוקדש לחקור שיטה זו, נוריות צבע רב צריך להיות השפעה עמוקה על השיטה הבסיסית שבה אנו משתמשים כדי לייצר ולשלוט צבע האור. עם זאת, לפני סוג זה של LED יכול לשחק תפקיד בשוק, כמה בעיות טכניות יש לפתור. אלה כוללים כי סוג זה של כוח פליטת LED דועך אקספוננציאלית עם עליית הטמפרטורה, [102] וכתוצאה מכך שינוי משמעותי יציבות צבע. בעיות אלה מעכבות ועשויות למנוע שימוש תעשייתי. לכן, רבים עיצובים החבילה החדשה שמטרתה לפתור בעיה זו הוצעו ואת התוצאות שלהם עכשיו להיות משוחזרים על ידי חוקרים ומדענים. עם זאת, נוריות צבע רב ללא phosphors לא יכול לספק תאורה באיכות טובה כי כל LED הוא מקור הלהקה צר (ראה גרף). LEDs ללא זרחן בעוד פתרון עניים עבור התאורה הכללית הם הפתרון הטוב ביותר עבור מציג, או backlight של LCD, או ישיר פיקסלים מבוססי LED.

טמפרטורת צבע מתואמת (CCT) עמעום עבור טכנולוגיית LED נחשב משימה קשה מאז binning, גיל טמפרטורות להיסחף של נוריות לשנות את הפלט ערך צבע בפועל. מערכות לולאה משוב משמשים למשל עם חיישני צבע, כדי לפקח באופן פעיל ולשלוט על פלט צבע של צבע רב ערבוב נוריות. [103]

זרחני מבוסס LEDs [ לערוך ]

ספקטרום של LED לבן מראה אור כחול הנפלטים ישירות על ידי LED מבוסס גן (שיא על 465 ננומטר) ואת הפס הרחב יותר סטוקס- shifted אור הנפלט על ידי Ce 3 + : Yosph זרחן, אשר פולט בערך 500-700 ננומטר

שיטה זו כרוכה ציפויים LED של צבע אחד (בעיקר כחול LEDs עשוי InGaN ) עם phosphors של צבעים שונים כדי ליצור אור לבן; נוריות LED נקראים זרחניים מבוססי או זרחן המרה LEDs LED (PCLEDs). [104] חלק קטן מן האור הכחול עובר את משמרת סטוקס המוסבת מאורכי גל קצרים יותר. בהתאם לצבע של LED המקורי, phosphors של צבעים שונים ניתן להשתמש. אם מיושמים מספר שכבות של זרחן בצבעים שונים, הספקטרום הנפלט מורחב, ומביא למעשה את ערך עיבוד הצבע (CRI) של LED נתון. [105]

זרחן מבוססי LED הפסדים יעילות הם עקב אובדן החום מן סטוקס משמרת גם בעיות אחרות השפלה הקשורים זרחן. היעילות המאירה שלהם בהשוואה לנורות נורמליות תלויה בהפצה הספקטראלית של תפוקת האור הנוצרת ובאורך הגל המקורי של ה- LED עצמו. לדוגמה, היעילות המבהיקה של LED YAG צהוב מבוסס לבן לבן טווחי מ 3 עד 5 פעמים יעילות זוהר של LED כחול המקורי בגלל הרגישות של העין האנושית יותר לצהוב מאשר כחול (כמו בדוגמה פונקציה זוהר ). בשל הפשטות של ייצור, השיטה זרחן היא עדיין השיטה הפופולרית ביותר עבור ביצוע אינטנסיביות גבוהה לבן LEDs. העיצוב והייצור של מקור אור או תאורה קבועה באמצעות פולט מונוכרום עם המרה זרחן הוא פשוט וזול יותר מאשר מערכת RGB מורכבת, ואת רוב עוצמת גבוהה LEDs לבן כיום בשוק מיוצרים באמצעות המרה אור זרחן.

בין האתגרים העומדים בפני כדי לשפר את היעילות של מקורות אור לבן מבוסס LED הוא פיתוח של phosphors יעיל יותר. החל בשנת 2010, הזרחן הצהוב היעיל ביותר הוא עדיין זרחן YAG, עם פחות מ -10% סטוקס הפסד משמרת. הפסדים לייחס הפסדים אופטיים פנימיים עקב קליטה מחדש של שבב LED וב אריזה LED עצמו בחשבון בדרך כלל עבור 10% עד 30% נוספים של אובדן יעילות. נכון לעכשיו, בתחום של פיתוח זרחן LED, מאמץ רב הוא בילה על מיטוב התקנים אלה פלט אור גבוה וטמפרטורות פעולה גבוהה. לדוגמה, את היעילות ניתן להעלות על ידי התאמת עיצוב החבילה טוב יותר או באמצעות סוג מתאים יותר של זרחן. תהליך ציפוי קונפורמי משמש לעתים קרובות כדי לטפל בבעיה של עובי זרחן משתנה.

כמה נוריות LED מבוססות זרחן לתמצת InGaN כחול LEDs בתוך אפוקסי מצופה זרחן. לחלופין, LED עשוי להיות מזווג עם זרחן מרוחק, חתיכת פוליקרבונט preformed מצופה בחומר זרחן. Phosphors מרחוק לספק אור מפוזר יותר, אשר רצוי עבור יישומים רבים. עיצובים זרחן מרחוק הם גם סובלני יותר של וריאציות של ספקטרום פליטת LED. חומר נפוץ צהוב זרחן הוא סרום - מסוממים yetrium אלומיניום נופך (Ce 3 + : YAG).

נוריות LED יכולות גם להתבצע על-ידי נוריות LED סגורות- אולטרה-סגולות (NUV) עם תערובת של זרחנים מבוססי- אירופיום בעלי יעילות גבוהה, אשר פולטים אדום וכחול, בתוספת נחושת וגופרית אלומיניום מסוממת מאלומיניום (ZnS: Cu, Al) . זוהי שיטה המקבילה למנורות מנורות פלורסנט . שיטה זו יעילה פחות מנורות LED כחולות עם YAG: זרחן Ce, כאשר המשמרת של סטוקס גדולה יותר, כך אנרגיה רבה יותר מומרת לחום, אך מניבה אור עם מאפיינים ספקטרליים טובים יותר, אשר הופכים את הצבע לטוב יותר. בשל הפלט הקרינתי גבוה יותר של נוריות אולטרה סגול מאשר של כחול, שתי השיטות מציעים בהירות דומה. החשש הוא כי אור UV עלול לדלוף ממקור אור תקלה ולגרום נזק לעיניים או לעור האדם.

אחרים LEDs לבן [ לערוך ]

שיטה נוספת המשמשת לייצור מנורות LED לבן ניסיוני בשימוש לא phosphors בכלל והוא התבסס על סלנוד אבץ homoepitaxially אבץ (ZnSe) על המצע ZnSe בו זמנית פולט אור כחול מאזור פעיל שלה אור צהוב מן המצע. [106]

סגנון חדש של ופלים המורכב גליום ניטריד על סיליקון (גן על סי) משמש לייצור נוריות לבנות באמצעות 200 מ"מ ופלים סיליקון. זה ימנע את מצע ספיר טיפוסי אופייני קטן יחסית 100 או 150 מ"מ גודל רקיק. [107] מנגנון הספיר חייב להיות מצורף לאספן דמוי מראה, כדי לשקף את האור שאחרת היה מבזבז. זה ניבא כי עד 2020, 40% של כל נוריות גן ייעשה עם גן- on-Si. ייצור חומר ספיר גדול קשה, בעוד חומר סיליקון גדול הוא זול יותר שופע. חברות LED המעבר משימוש ספיר כדי סיליקון צריך להיות השקעה מינימלית. [108]

דיודות פולטות אור אורגניות (OLEDs) [ לערוך ]

מאמר ראשי: דיודות פולטות אור אורגניות

הדגמה של התקן OLED גמיש

אור דיודה פולטת אור

בדיודה אורגנית פולטת אור ( OLED ), החומר electroluminescent המהווה את השכבה emissive של דיודה הוא תרכובת אורגנית . החומר האורגני הוא מוליך חשמלית בשל delocalization של אלקטרונים pi הנגרמת על ידי הצמידה על כל או חלק של המולקולה, ולכן החומר מתפקד כמוליכים למחצה אורגני . [109] החומרים האורגניים יכולים להיות מולקולות אורגניות קטנות בשלב גבישי , או פולימרים . [110]

היתרונות הפוטנציאליים של OLEDs כוללים רזה, בעלות נמוכה מציג עם מתח נסיעה נמוכה, זווית צפייה רחבה, ניגודיות גבוהה צבע סולם. [111] נוריות LED פולימר יש יתרון נוסף של מציג להדפסה וגמישה . [112] [113] [114] OLEDs שימשו כדי להציג תצוגות חזותיות עבור מכשירים אלקטרוניים ניידים כגון טלפונים סלולריים, מצלמות דיגיטליות, נגני MP3 תוך שימוש אפשרי בעתיד כוללים תאורה וטלוויזיות. [110] [111]

נקודות LED קוונטיות [ עריכה ]

ראה גם: תצוגת נקודה קוונטית

נקודות קוונטיות (QD) הם nanocrystals מוליכים למחצה אשר תכונות אופטיות לאפשר צבע הפליטה שלהם להיות מכוון מן הגלוי לתוך ספקטרום אינפרא אדום. [115] [116] זה מאפשר נוריות נקודה קוונטית ליצור כמעט כל צבע על דיאגרמת CIE . זה מספק אפשרויות צבע יותר צבע טיוח טוב יותר מאשר נוריות LED מאז הספקטרום פליטה הוא הרבה יותר צר, המאפיין של מדינות מוגבל קוונטי.

ישנם שני סוגים של תוכניות עבור עירור QD. אחד משתמש עירור צילום עם מקור אור ראשוני LED (בדרך כלל כחול או UV נוריות משמשים). השני הוא עירור חשמלי ישיר שהראה לראשונה על ידי Alivisatos et al. [117]

דוגמה אחת של ערכת עירור התמונה היא שיטה שפותחה על ידי מיכאל באוארס, באוניברסיטת ונדרבילט בנשוויל, מעורבים ציפוי כחול LED עם נקודות קוונטיות כי זוהר לבן בתגובה אור כחול מן LED. שיטה זו פולטת אור חם, צהבהב לבן כמו זה שנעשה על ידי נורות ליבון . [118] נקודות קוונטיות נחשבים גם לשימוש דיודות פולטות אור לבן תצוגות גביש נוזלי (LCD). [119]

בחודש פברואר 2011 מדענים ב PlasmaChem GmbH היו מסוגלים לסנתז נקודות קוונטיות עבור יישומים LED לבנות ממיר אור על בסיס שלהם, אשר היה מסוגל להמיר ביעילות אור כחול לכל צבע אחר במשך מאות שעות. [120] QDs כאלה יכולים לשמש לפלוט אור אינפרא אדום גלוי או קרוב לכל אורך גל שמתרגש לאור עם אורך גל קצר יותר.

המבנה של QD-LEDs המשמש ערכת עירור חשמלי דומה עיצוב בסיסי של OLEDs . שכבה של נקודות קוונטיות הוא דחוקה בין שכבות של הובלה אלקטרונים וחומרי הובלה חור. שדה חשמלי מיושם גורם אלקטרונים וחורים לנוע לתוך שכבת נקודה קוונטית recombine ויצירת אקסיטון כי מרגש QD. תוכנית זו נלמדת בדרך כלל עבור תצוגת נקודה קוונטית . כוונון של אורכי גל פליטה רוחב פס צר גם מועיל כמו מקורות עירור עבור הדמיה פלואורסצנטי. פלואורסצנטי ליד שדה סריקה מיקרוסקופית אופטית ( NSOM ) ניצול משולב QD-LED הוכח. [121]

בחודש פברואר 2008, יעילות מוארת של 300 לומן של אור גלוי לכל ואט של קרינה (לא לכל ואט חשמלי) ו פליטת אור חם הושגה באמצעות nanocrystals . [122]

סוגי [ עריכה ]

LEDs מיוצרים במגוון של צורות וגדלים. צבע העדשה הפלסטית הוא לעתים קרובות זהה לצבע האמיתי של האור הנפלט, אבל לא תמיד. לדוגמה, פלסטיק סגול משמש לעתים קרובות עבור נוריות אינפרא אדום , ורוב המכשירים הכחולים יש חסרים צבע. נוריות LED מודרניות בעלות עוצמה גבוהה, כגון אלה המשמשות לתאורה ולתאורה אחורית, נמצאות בדרך כלל בחבילות משטח (SMT) על פני השטח (לא מוצגות).

הסוגים העיקריים של נוריות הם מיניאטורי, התקנים כוח גבוה עיצובים מותאמים אישית כגון אלפאנומריים או צבע רב. [123]

מיניאטורות [ לערוך ]

צילום של מיניאטורי משטח הר LED LEDs בגדלים הנפוצים ביותר. הם יכולים להיות הרבה יותר קטן מאשר מסורתיים 5 מ"מ מנורת LED סוג אשר מוצג בפינה השמאלית העליונה.


קטן מאוד (1.6x1.6x0.35 מ"מ) אדום, ירוק, כחול משטח הר מיניאטורי LED החבילה עם פרטי מליטה זהב חוט .

אלה הם בעיקר LED-LED המשמשים כאינדיקטורים, והם מגיעים בגדלים שונים מ 2 מ"מ ל 8 מ"מ, דרך חור ואת הר חבילות. הם בדרך כלל לא להשתמש כיור חום נפרד. [124] טווחים טיפוסי הנוכחי נע בין 1 ל MA מעל 20 mA. גודל קטן קובע גבול עליון טבעי על צריכת החשמל בשל החום הנגרם על ידי צפיפות הנוכחי גבוהה הצורך בכיור חום. לעתים קרובות חיננית בשרשראות משמשים קלטות LED .

צורות החבילה הנפוצות כוללות עגול, עם ראש כיפה או שטוח, מלבני עם שטוח שטוח (כפי שנעשה בתרשים בר גרף), משולש או מרובע עם גג שטוח. אנקפסולציה עשויה גם להיות ברורה או כהים כדי לשפר את הניגודיות ואת זווית הצפייה.

חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון המציאו את LED הדק ביותר. הוא עשוי דו מימדי (2-D) חומרים גמישים. זה שלושה אטומים עבים, אשר 10 עד 20 פעמים רזה יותר תלת מימדי (3-D) נוריות הוא גם 10,000 פעמים קטן יותר מאשר עובי של שיער אדם. אלה 2-D נוריות הולכים לאפשר ליצור קטן יותר, תאורה יעילה יותר באנרגיה, תקשורת אופטיות לייזרים ננו . [125]

ישנן שלוש קטגוריות עיקריות של מיניאטורות למות יחיד LEDs:

זרם נמוך


בדרך כלל מדורג עבור 2mA בסביבות 2V (כ 4mW צריכת)

תקן 20mA נוריות (החל מ 40mW ל 90mW) בסביבות:
  • 1.9 עד 2.1V עבור אדום, כתום, צהוב, ירוק מסורתי

  • 3.0 ל 3.4V עבור ירוק טהור וכחול

  • 2.9 ל 4.2V עבור סגול, ורוד, סגול ולבן

פלט גבוה במיוחד


20mA בסביבות 2 או 4V, המיועדים לצפייה באור שמש ישיר ו 5VVEDs הם נוריות מיניאטורות רגילות המשלבות סדרה מתאימה   נגד חיבור ישיר לאספקת 5V או 12V.

High-power [ לערוך ]

דיודות פולטות אור בעלות אור גבוה מחוברות לכוכב LED ( Luxeon , Lumileds ) ראה גם: תאורת מצב מוצק , מנורת LED , וניהול תרמי של נוריות LED גבוהות

High-LED LEDs (LED-LEDs) או נוריות LED גבוהות (HO-LEDs) ניתנות להפעלה בזרמים ממאות מילי-אמפר ליותר מאמפר, בהשוואה לעשרות מילי-אמפר עבור נוריות LED אחרות. חלקם יכולים לפלוט יותר מאלף לומן. [126] [127] צפיפות הספק LED עד 300 W / cm 2 הושגו. [128] מאז התחממות יתר היא הרסנית, HP-LEDs חייב להיות מותקן על גוף הקירור כדי לאפשר פיזור חום. אם החום מ- HP-LED אינו מוסר, ההתקן ייכשל תוך שניות. אחד HP-LED יכול לעתים קרובות להחליף נורת ליבון בפנס , או להיות מוגדר במערך כדי ליצור מנורת LED חזקה.

כמה ידועים HP-LEDs בקטגוריה זו הם סדרה 19 ניצ'יה, Lumileds Rebel Led, Osram Opto מוליכים למחצה הזהב הדרקון, קרי X- המנורה. נכון לספטמבר 2009, כמה HP-LEDs המיוצרים על ידי קרי עכשיו עולה 105 lm / W. [129]

דוגמאות לחוק ההאיץ , אשר חוזה עלייה אקספוננציאלית בתפוקת האור ויעילותן של נוריות LED לאורך זמן, הן LED CREE XP-G אשר השיג 105 lm / W בשנת 2009 [129] וסדרת Nichia 19 עם יעילות טיפוסית של 140 Lm / w, שוחרר בשנת 2010. [130]

AC מונע [ לערוך ]

LEDs פותחו על ידי סיאול מוליך למחצה כי יכול לפעול על כוח AC ללא צורך ממיר DC. עבור כל מחצית מחזור, חלק LED פולט אור וחלק הוא כהה, וזה מתהפך במהלך המחצית הבאה מחזור. היעילות של סוג זה של HP-LED היא בדרך כלל 40 lm / W. [131] מספר גדול של רכיבי LED בסדרה עשויים להיות מסוגלים לפעול ישירות ממתח קו. בשנת 2009 פרסמה סיאול מוליכים למחצה את מתח ה- DC, המכונה "Acrich MJT", המסוגל להסיע אותו מתחנת AC עם מעגל בקרה פשוט. פיזור הספק נמוך של נוריות LED אלה מעניק להם גמישות רבה יותר מאשר העיצוב המקורי LED AC. [132]

וריאציות ספציפיות ליישום [ לערוך ]

מהבהב [ לערוך ]

מהבהבים נוריות משמשים מחוונים מחפשת תשומת לב ללא צורך אלקטרוניקה חיצונית. מהבהב נוריות דומה נוריות נוריות אבל הם מכילים מעגל multivibrator משולב שגורם LED להבהב עם תקופה אופיינית של שנייה אחת. ב LED עדשות diffused, מעגל זה גלוי כמו נקודה שחורה קטנה. רוב מהבהב LEDs פולטים אור של צבע אחד, אבל התקנים מתוחכמים יותר יכול הבזק בין צבעים מרובים ואף לדעוך באמצעות רצף צבע באמצעות צבע RGB ערבוב.

Bi-color [ לערוך ]

נוריות צבע Bi להכיל שני emitters LED שונים במקרה אחד. ישנם שני סוגים של אלה. סוג אחד מורכב משני מתים מחוברים לאותו שני מוביל מקביל אחד לשני. הזרם הנוכחי בכיוון אחד פולט צבע אחד, והזרם בכיוון ההפוך פולט את הצבע השני. סוג אחר מורכב משני מתים עם מוביל נפרד עבור שניהם מתים להוביל נוסף עבור האנודה או קתודה משותפת, כך שהם יכולים להיות נשלט באופן עצמאי. השילוב הנפוץ ביותר בי צבע הוא אדום / ירוק מסורתי, עם זאת, שילובים זמינים אחרים כוללים ענבר / ירוק מסורתי, אדום / ירוק טהור, אדום / כחול, כחול / ירוק טהור.

תלת-צבע [ עריכה ]

שלושה צבעים LED כוללים שלושה emitters LED שונים במקרה אחד. כל emitter מחובר להוביל נפרד ולכן הם יכולים להיות נשלט באופן עצמאי. סידור של ארבעה עופרת אופייני עם עופרת אחת משותפת (אנודה או קתודה) ועופרת נוספת לכל צבע.

RGB [ לערוך ]

RGB LEDs הם שלושה צבעים LED עם אדום, ירוק, כחול emitters, באופן כללי באמצעות חיבור ארבעה חוט עם להוביל משותף אחד (האנודה או הקתודה). אלה נוריות יכול להיות משותף או חיובי משותף שלילי מוביל. לאחרים, לעומת זאת, יש רק שני מוביל (חיובי ושלילי) ויש להם מובנית זעיר יחידת הבקרה האלקטרונית .

דקורטיבי-רב-גוני [ לערוך ]

נוריות דקורטיביות-צבעוניות משלבות מספר emitters של צבעים שונים שסופקו על ידי שני חוטים בלבד. הצבעים מתחלפים באופן פנימי על ידי שינוי מתח האספקה.

אלפאנומרי [ לערוך ]

נוריות אלפאנומריות זמינות בתבנית של שבעה פלחי , starburst ו- dot-matrix . שבעה פלח מציג להתמודד עם כל המספרים קבוצה מוגבלת של אותיות. מציג Starburst יכול להציג את כל האותיות. תצוגות נקודה-מטריקס משתמשות בדרך כלל בגודל 5x7 פיקסלים לכל תו. שבעה מגזרים LED LED היו בשימוש נרחב בשנות ה -70 וה -80, אבל השימוש הגובר של תצוגות גביש נוזלי , עם צריכת החשמל שלהם נמוך יותר גמישות התצוגה, צמצמה את הפופולריות של תצוגת LED מספריים ואלפאנומריים.

Digital-RGB [ לערוך ]

Digital-RGB LEDs הם RGB LEDs המכילים משלהם "חכם" אלקטרוניקה מלאה. בנוסף לכוח ולאדמה, אלה מספקים חיבורים לנתונים, לנתונים ולפעמים שעון או אות סטרוב. אלה מחוברים שרשרת דייזי , עם הנתונים של LED הראשון שמקורו על ידי מיקרו, אשר יכול לשלוט על בהירות וצבע של כל LED בנפרד של אחרים. הם משמשים שם שילוב של שליטה מקסימלית מינימום גלוי אלקטרוניקה נדרשים כגון מחרוזות עבור חג המולד ואת מטריצות LED. חלקם אפילו יש קצב רענון בטווח kHz, המאפשרים יישומים בסיסיים וידאו.

נימה [ לערוך ]

נימה LED מורכב של שבבי LED מרובים מחובר בסדרה על מצע אורך האורך כי יוצר מוט דק מזכיר נימה ליבון מסורתי. [133] אלה משמשים חלופה דקורטיבית בעלות נמוכה עבור נורות המסורתית כי הם להיות בשלבים במדינות רבות. החוטים דורשים מתח גבוה למדי לאור הבהירות הנומינלית, ומאפשר להם לעבוד ביעילות ופשוט עם מתח החשמל. לעתים קרובות מיישר פשוט להגביל הנוכחי קיבולי מועסקים ליצור תחליף בעלות נמוכה עבור נורת תאורה מסורתית ללא המורכבות של יצירת מתח נמוך, ממיר הנוכחי גבוהה אשר נדרש על ידי נוריות למות יחיד. [134] בדרך כלל, הם ארוזים במארז אטום עם צורה דומה מנורות הם נועדו להחליף (למשל נורה) ומלא חנקן אינרטי או פחמן דו חמצני גז כדי להסיר את החום ביעילות.

שיקולים לשימוש [ עריכה ]

מקורות כוח [ עריכה ]

מאמר ראשי: מקורות כוח LED

מעגל LED פשוט עם נגד המגבלה הנוכחית

המאפיין מתח הנוכחי של LED דומה דיודות אחרות, כי הנוכחי תלוי אקספוננציאלית על המתח (ראה משוואת דיוק שוקלי ). משמעות הדבר היא כי שינוי קטן במתח יכול לגרום לשינוי גדול הנוכחי. [135] אם המתח היוצא עולה על ירידה במתח קדימה של LED בכמות קטנה, ניתן לחרוג מהדירוג הנוכחי בכמות גדולה, שעלולה לגרום נזק או להרוס את הנורית. הפתרון האופייני הוא להשתמש ספקי כוח קבוע הנוכחי כדי לשמור על הנוכחי מתחת הדירוג הנוכחי המרבי של LED. מאחר שמרבית מקורות הכוח הנפוצים (סוללות, כבלים) הם מקורות מתח קבועים, רוב גופי ה- LED חייבים לכלול ממיר חשמל, לפחות נגד המגביל הנוכחי. עם זאת, ההתנגדות הגבוהה של תאים שלושה וולט מטבע בשילוב עם התנגדות גבוהה ההפרש של נוריות מבוסס nitride מאפשר כוח כזה LED מתא כזה מטבע ללא נגד חיצוני.

חשמל קוטביות [ לערוך ]

מאמר ראשי: קוטביות חשמל של נוריות

כמו כל דיודות, זרם זורם בקלות מ p-type ל- n סוג החומר. [136] עם זאת, אין זרם זורם ולא אור נפלט אם מתח קטן מוחל בכיוון ההפוך. אם המתח ההפוך גדל מספיק כדי לעלות על מתח התמוטטות , זרם גדול זורם LED עלול להיפגע. אם הזרם הפוכה מוגבל מספיק כדי למנוע נזק, LED המנצח את ההפוך הוא דיודה רעש שימושי.

בטיחות ובריאות [ לערוך ]

הרוב המכריע של המכשירים המכילים נוריות הם "בטוח תחת כל התנאים של שימוש רגיל", ולכן מסווגים "Class 1 LED המוצר" / "LED קלאסה 1". נכון לעכשיו, רק כמה נוריות LED- LED בהיר מאוד, כי יש גם זווית צפייה ממוקדת היטב של 8 ° או פחות, יכול, בתיאוריה, לגרום עיוורון זמני, ולכן מסווגים "Class 2". [137] חוות הדעת של הסוכנות הצרפתית למזון, איכות הסביבה ובריאות ובריאות תעסוקתית (ANSES) משנת 2010, בנושא הבריאותי בנושא נוריות LED, הציעה לאסור שימוש ציבורי במנורות שהיו בקבוצת הסיכון המתונה 2, מרכיב כחול גבוה במקומות שמקבלים ילדים. [138] באופן כללי, תקנות בטיחות לייזר - ו "Class 1", "Class 2", וכו 'המערכת גם חלות על נוריות. [139]

בעוד LEDs יש יתרון על פני מנורות פלורסנט כי הם אינם מכילים כספית , הם עשויים להכיל מתכות מסוכנים אחרים כגון עופרת ארסן . בנוגע לרעילותם של נוריות LED כאשר מטופלים כפסולת, מחקר שפורסם ב -2011 קובע: "על פי תקנים פדרליים, נוריות LED אינן מסוכנות, למעט נוריות LED אדומות בעצימות נמוכה, אשר גרמו ל - Pb ברמות החורגות ממגבלות רגולטוריות (186 mg / L, תקנה רגולטורית: 5) עם זאת, על פי תקנות קליפורניה, רמות מוגזמות של נחושת (עד 3892 מ"ג / ק"ג, גבול: 2500), להוביל (עד 8103 מ"ג / ק"ג, גבול: 1000), ניקל (עד 4797 מ"ג / ק"ג, מגבלה: 2000), או כסף (עד 721 מ"ג / ק"ג, מגבלה: 500), כל אלה פרט לעוצמות LED נמוכות. [140]

בשנת 2016 הצהרה של האגודה הרפואית האמריקאית (AMA) על ההשפעה האפשרית של תאורת הרחוב הכחולה על מעגל השינה והעיר של תושבי העיר הובילה למחלוקת. עד כה מנורות נתרן בלחץ גבוה (HPS) עם ספקטרום אור כתום היו מקורות האור היעיל ביותר נפוץ תאורת הרחוב. עכשיו הרבה מנורות רחוב מודרניים מצוידים אינדיום גליום ניטריד נוריות (InGaN). אלה הם אפילו יותר יעיל ובעיקר פולטים אור כחול עשיר עם טמפרטורת צבע גבוהה יותר מתואמת (CCT) . מאז אור עם CCT גבוה דומה לאור היום הוא חשב כי זה יכול להיות השפעה על הפיזיולוגיה היומית הרגילה על ידי דיכוי ייצור מלטונין בגוף האדם. עדיין לא היו מחקרים רלוונטיים ומבקרים טוענים רמות החשיפה אינם גבוהים מספיק כדי לקבל השפעה ניכרת. [141]

יתרונות [ עריכה ]

  • יעילות: נוריות פולטות יותר לומן לכל ואט מאשר נורות ליבון. [142] היעילות של גופי תאורה LED אינו מושפע הצורה והגודל, בניגוד נורות פלורסנט או צינורות.

  • צבע: נוריות יכול לפלוט אור של צבע מיועד ללא שימוש בכל מסנני צבע כמו שיטות תאורה מסורתית צריך. זה יעיל יותר והוא יכול להוזיל עלויות ראשוניות.

  • גודל: נוריות יכול להיות קטן מאוד (קטן מ 2 מ"מ 2 [143] ) והם מחוברים בקלות לוחות מעגלים מודפסים.

  • Warmup זמן: נוריות להאיר מהר מאוד. נורית מחוון אדום רגיל תשיג בהירות מלאה תחת מיקרו שניות . [144] נוריות LED המשמשות במכשירי תקשורת יכולות לקבל זמני תגובה מהירים אף יותר.

  • רכיבה על אופניים: רכיבי LED הם אידיאליים לשימושים הכפופים לאופניים מתמשכים, שלא כמו נורות ליבון ונורות פלורסנט הנכשלות מהר יותר, או מנורות פריקה בעוצמה גבוהה (מנורות HID) הדורשות זמן רב לפני הפעלה מחדש.

  • עמעום: נוריות יכול בקלות להיות מעומעם או על ידי אפנון רוחב הדופק או הפחתת הנוכחי קדימה. [145] אפנון רוחב הפולס הזה הוא מדוע נורות LED, במיוחד פנסי מכוניות, בעת צפייה במצלמה או על ידי אנשים מסוימים, מהבהבות או מהבהבות. זהו סוג של אפקט stroboscopic .

  • אור מגניב: בניגוד למקורות האור ביותר, נוריות מקרין חום קטן מאוד בצורה של IR שיכול לגרום נזק לאובייקטים רגישים או בדים. אנרגיה מבוזבזת מתפזרת כחום דרך הבסיס של LED.

  • איטי כישלון: נוריות בעיקר להיכשל על ידי dimming לאורך זמן, ולא כישלון פתאומי של נורות ליבון. [69]

  • Lifetime: נוריות יכולות להיות בעלות אורך חיים ארוך יחסית. דו"ח אחד מעריך כי אורך החיים השימושיים הוא 35,000 עד 50,000 שעות, אם כי הזמן להשלמת הכשל עשוי להיות ארוך יותר. [146] צינורות פלורסנט מדורגות בדרך כלל בין 10,000 ל 15,000 שעות, בהתאם חלקית על תנאי השימוש, נורות ליבון ב 1000 עד 2,000 שעות. מספר הפגנות DOE הראו כי עלויות תחזוקה מופחתות מן החיים המורחבת, במקום חיסכון באנרגיה, הוא הגורם העיקרי בקביעת תקופת ההחזר עבור מוצר LED. [147]

  • ההתנגדות הלם: נוריות, להיות מצב מוצק רכיבים, קשה להזיק עם הלם חיצוני, בניגוד נורות פלורסנט ליבון, אשר שבירים.

  • פוקוס: החבילה המוצקה של LED יכול להיות מתוכנן להתמקד האור שלה. מקורות ליבון ופלורסנט דורשים לעתים קרובות רפלקטור חיצוני כדי לאסוף את האור ולהכוון אותו בצורה שמיש. עבור גדול LED חבילות סה"כ השתקפות פנימית (TIR) עדשות משמשים לעתים קרובות לאפקט זהה. עם זאת, כאשר כמויות גדולות של אור נדרשים מקורות אור רבים הם בדרך כלל פרוסים, אשר קשה להתמקד או collimate לכיוון אותו מטרה.

חסרונות [ לערוך ]

  • מחיר ראשוני: נוריות כיום קצת יותר יקר (מחיר לומן) על בסיס עלות ההון הראשוני, מאשר טכנולוגיות תאורה אחרים. נכון למרץ 2014, לפחות יצרן אחד טוען שהגיע ל -1 דולר לקילומולן. [148] ההוצאות הנוספות נובעות בחלקן מפלט הלומן הנמוך יחסית ומעגל הכוננים וכוח החשמל הדרושים.

  • תלות בטמפרטורה: ביצועי LED תלויים במידה רבה בטמפרטורת הסביבה של סביבת ההפעלה - או בתכונות ניהול תרמי. Overdriving LED בטמפרטורות הסביבה גבוהה עלולה לגרום overheating את החבילה LED, ובסופו של דבר מוביל לכשל המכשיר. כיור חום נאותה יש צורך לשמור על חיים ארוכים. זה חשוב במיוחד בשימוש רכב, רפואי, צבאי שבו התקנים חייבים לפעול על מגוון רחב של טמפרטורות, אשר דורשים שיעורי כישלון נמוך. טושיבה יצרה נוריות עם טווח טמפרטורות הפעלה של -40 עד 100 מעלות צלזיוס, אשר מתאים לנורות לשימוש פנימי וחיצוני ביישומים כגון מנורות, תאורת תקרה, אורות רחוב וזרקורים. [107]

  • רגישות מתח: יש לספק את ה - LED עם מתח מעל למתח הסף שלהם וזרם מתחת לדירוג. זרם החיים והחיים משתנים מאוד עם שינוי קטן במתח היישומי. לכן הם דורשים אספקה של הרגולציה הנוכחית (בדרך כלל רק נגד סדרה עבור נוריות מחוון). [149]

  • צבע ביצוע: רוב LED- קריר LED יש ספקטרה כי שונה באופן משמעותי מן רדיאטורים גוף שחור כמו השמש או אור ליבון. ספייק ב 460 ננומטר לטבול ב 500 ננומטר יכול לגרום לצבע של אובייקטים להיות נתפסת אחרת תחת תאורה LED קריר לבן מאשר אור שמש או מקורות ליבון, בשל מטאמריזם , [150] משטחים אדומים להיות שניתנו גרוע במיוחד על ידי טיפוסי מבוסס זרחן נוריות LED לבנות.

  • מקור אור שטח: נוריות LED בודדות אינן משפיעות על מקור הצבע של האור המספק חלוקת אור כדורית, אלא הפצה lambertian . אז נוריות קשה ליישם את הצרכים הזקוקים שדה אור כדורי; עם זאת, בתחומים שונים של אור ניתן לטפל על ידי יישום של אופטיקה שונים או "עדשות". נוריות לא יכול לספק סטייה מתחת כמה מעלות. לעומת זאת, לייזרים יכולים לפלוט קורות עם סטייה של 0.2 מעלות או פחות. [151]

  • קוטביות חשמלית : בניגוד לנורות ליבון , המאירות ללא קשר לקוטביות החשמלית , נוריות ה- LED יידלקו רק בקוטביות חשמלית נכונה. כדי להתאים באופן אוטומטי את קוטביות המקור למכשירי LED, מיישרים יכולים לשמש.

  • סכנה כחול: יש חשש כי נוריות כחולות LED לבן קריר מסוגלים כעת לחרוג גבולות בטוח של מה שמכונה סיכון אור כחול כמוגדר מפרטים בטיחות העין כגון ANSI / IESNA RP-27.1-05: מומלצת עבור בטיחות Photobiological עבור מנורה ומערכות מנורה. [152] [153]

  • זיהום אור : כי נוריות LED לבן , במיוחד אלה עם טמפרטורת צבע גבוהה, פולטים אור אור קצר יותר אור מאשר מקורות אור חיצוני קונבנציונאלי כגון מנורות אדי נתרן בלחץ גבוה, גדל רגישות כחול וירוק של חזון סקופטי פירושו LEDs לבנים המשמשים בחוץ תאורה לגרום הרבה יותר זוהר השמים . [132] [154] [155] [156] [157] האגודה הרפואית האמריקנית הזהירה מפני שימוש בתאורה חדה של כחול לבן בתאורת הרחוב, בשל השפעתם הגבוהה על בריאות האדם והסביבה, בהשוואה לתוכן האור הכחול הנמוך מקורות (למשל, לחץ גבוה נתרן, נוריות LED אמבר, LED נמוך CCT). [158]

  • יעילות droop : היעילות של נוריות פוחתת כמו זרם חשמלי עולה. חימום גם מגביר עם זרמים גבוהים אשר פשרה את חייו של LED. השפעות אלה הניחו מגבלות מעשיות על הזרם באמצעות LED ביישומי מתח גבוה. [62] [64] [65] [159]

  • השפעה על חרקים: LEDs הם הרבה יותר אטרקטיבי חרקים מאשר אורות אדי נתרן, כל כך הרבה, כך היה חשש ספקולטיבי על האפשרות של הפרעה מאכלי מזון. [160] [161]

  • השתמש בחורף תנאים: מאז הם לא נותנים את החום הרבה בהשוואה אורות ליבון, אורות LED המשמשים לבקרת תנועה יכול להיות שלג מטשטש אותם, מה שמוביל לתאונות. [162] [163]

יישומים [ עריכה ]

LED משתמש נופל לתוך ארבע קטגוריות עיקריות:

  • אותות חזותיים שבהם האור הולך פחות או יותר ישירות מהמקור אל העין האנושית, כדי להעביר מסר או משמעות

  • תאורה שבה האור משתקף אובייקטים לתת תגובה חזותית של אובייקטים אלה

  • מדידה ואינטראקציה עם תהליכים שאין בהם חזון אנושי [164]

  • חיישני תאורה צרים, בהם נוריות ה- LED פועלות במצב של הטיה הפוכה ומגיבים לתקרית האור, במקום לפלוט אור [165] [166] [167] [168]

מחוונים וסימנים [ עריכה ]

צריכת האנרגיה הנמוכה , תחזוקה נמוכה וגודל קטן של נוריות הוביל לשימושים כמחווני סטטוס ומציג על מגוון של ציוד ומתקנים. תצוגות LED גדולות באזור משמשות תצוגות איצטדיון, מציג דקורטיבי דינמי, וסימני הודעה דינמיים על כבישים מהירים. רזה, מציג קל משקל משמשים בנמלי תעופה ותחנות הרכבת, וכן מציג היעד עבור רכבות, אוטובוסים, חשמליות, מעבורות.

אדום וירוק אותות LED

אור בצבע אחד מתאים היטב לרמזורים ולאותות , שלטי יציאה , תאורת רכב חירום , אורות ניווט או פנסים של ספינות (תקני החרוצים והבהירות נקבעו בהתאם לאמנה בדבר התקנות הבינלאומיות למניעת התנגשויות בים 1972, נספח I ו- CIE) ו LED מבוססי אורות חג המולד . באקלים קרים, רמזורים LED עשוי להישאר מכוסה שלג. [169] נוריות LED אדומות או צהובות משמשות בתצוגת מחוונים ותצוגות אלפאנומריות בסביבות שבהן יש לשמור על ראיית לילה: תאי טייס, צוללות וספינות, תצפיות אסטרונומיות, וכן בשדה, כגון צפייה בזמן של חיות לילה ושימוש בשטח צבאי.

יישומי רכב עבור נוריות ממשיכים לגדול.

Because of their long life, fast switching times, and their ability to be seen in broad daylight due to their high output and focus, LEDs have been used in brake lights for cars' high-mounted brake lights , trucks, and buses, and in turn signals for some time, but many vehicles now use LEDs for their rear light clusters. The use in brakes improves safety, due to a great reduction in the time needed to light fully, or faster rise time, up to 0.5 second faster [ citation needed ] than an incandescent bulb. This gives drivers behind more time to react. In a dual intensity circuit (rear markers and brakes) if the LEDs are not pulsed at a fast enough frequency, they can create a phantom array , where ghost images of the LED will appear if the eyes quickly scan across the array. White LED headlamps are starting to be used. Using LEDs has styling advantages because LEDs can form much thinner lights than incandescent lamps with parabolic reflectors .

Due to the relative cheapness of low output LEDs, they are also used in many temporary uses such as glowsticks , throwies , and the photonic textile Lumalive . Artists have also used LEDs for LED art .

מזג האוויר ואת כל הסיכונים מקלטי רדיו עם אזור ספציפי הודעה קידוד (אותו) יש שלוש נוריות: אדום עבור אזהרות, כתום עבור שעונים, וצהוב עבור הייעוץ וההצהרות בכל פעם שהונפקו.

תאורה [ לערוך ]

עם התפתחות של יעילות גבוהה גבוהה LED- LED, זה הפך אפשרי להשתמש נוריות תאורה ותאורה. כדי לעודד את המעבר מנורות LED ועוד תאורה יעילות גבוהה, משרד האנרגיה של ארה"ב יצרה תחרות L הפרס . פיליפס תאורה צפון אמריקה LED נורה זכתה בתחרות הראשונה ב -3 באוגוסט 2011, לאחר בהצלחה השלמת 18 חודשים של שדה אינטנסיבי, מעבדה, בדיקות המוצר. [170]

נוריות משמשות אורות רחוב ותאורה אדריכלית אחרים. החוסן המכני וחיי החיים הארוכים משמשים לתאורה על מכוניות, אופנועים ואורות אופניים . LED פליטת אור ניתן לשלוט ביעילות באמצעות עקרונות אופטיקה nonimaging .

אורות רחוב LED מועסקים על מוטות בחניה מוסכים. בשנת 2007, הכפר האיטלקי של Torraca היה המקום הראשון להמיר את כל מערכת התאורה שלה LEDs. [171]

נוריות משמשים תאורה התעופה. Airbus השתמשה תאורת LED שלה איירבוס A320 משופר מאז 2007, בואינג משתמשת תאורת LED ב 787 . LEDs נמצאים בשימוש גם עכשיו בשדה התעופה ותאורה מנחת. גופי LED LED כוללים כיום אורות במסלול בינוני בעוצמה, מנורות מרכז המסלול, מרכז המסלול ואורות הקצה, שלטי הכוונה ותאורה חסימה.

נוריות משמשות גם כמקור אור עבור מקרני DLP , וכן טלוויזיות LCD backlight (המכונה טלוויזיות LED ) וצגים הנייד . RGB LEDs להעלות את סולם צבע של עד 45%. מסכי טלוויזיה מציג המחשב יכול להיות דק יותר באמצעות נוריות תאורה אחורית. [172]

היעדר IR או קרינת חום עושה נוריות אידיאליים עבור אורות הבמה באמצעות בנקים של נוריות RGB שיכולים בקלות לשנות את צבע ולהקטין את חימום התאורה הבמה המסורתית, כמו גם תאורה רפואית שבו קרינת IR יכול להזיק. בשימור אנרגיה, את הפלט החום התחתון של נוריות גם אומר מיזוג אוויר (קירור) מערכות יש פחות חום צריך סילוק.

נוריות הם קטנים, עמיד צריך כוח קטן, ולכן הם משמשים התקנים כף יד כגון פנסים . נוריות LED strobe או הבזקים המצלמה לפעול במתח בטוח, נמוך, במקום 250 + וולט נפוץ למצוא תאורה קסנון flashlamp מבוסס. תכונה זו שימושית במיוחד במצלמות בטלפונים סלולריים , שבהם החלל מצוי בפרמיה ומעגל מגביר מתח מגושם אינו רצוי.

נוריות משמשות תאורה אינפרא אדום בלילה משתמשת בראיית כולל מצלמות אבטחה . טבעת של נוריות סביב מצלמת וידאו , מכוון קדימה רקע retroreflective , מאפשר chroma מפתוח בהפקות וידאו .

LED לשמש כורים, כדי להגדיל את הנראות בתוך מוקשים

נוריות משמשים פעולות כרייה , כמו מנורות מכסה לספק אור עבור הכורים. מחקר נעשה כדי לשפר את נוריות עבור כרייה, כדי להפחית את בוהק ולהגביר את הארה, הפחתת הסיכון לפציעה של הכורים. [173]

נוריות משמשות בדרך כלל בכל אזורי השוק ממסחר לשימוש ביתי: תאורה רגילה, AV, הבמה, תיאטרוני, אדריכלי, ומתקנים ציבוריים, ובכל מקום בו נעשה שימוש באור מלאכותי.

נוריות יותר ויותר משתמשים בשימושים רפואיים ויישומיים, כגון שיפור מצב הרוח, [ ציטטה הצורך ] וטכנולוגיות חדשות כגון AMBX , ניצול צדדיות LED. נאס"א אפילו בחסות מחקר לשימוש LEDs כדי לקדם בריאות עבור אסטרונאוטים. [174]

תקשורת נתונים ואיתותים אחרים [ עריכה ]

ראה גם: Li-Fi

אור יכול לשמש כדי לשדר נתונים אותות אנלוגיים. לדוגמה, תאורה LED לבן ניתן להשתמש במערכות המסייעות לאנשים לנווט בחללים סגורים תוך חיפוש חדרים או חפצים הדרושים. [175]

מכשירי האזנה מסייעת בתיאטרונים רבים ובמקומות דומים משתמשים במערכים של נוריות אינפרא אדומות כדי לשלוח קול למקלטי המאזינים. דיודות פולטות אור (כמו גם לייזרים מוליכים למחצה) משמשים לשליחת נתונים על סוגים רבים של כבל סיבים אופטיים , החל משמע דיגיטלי על גבי כבלי TOSLINK ועד לקווי סיבים ברוחב פס גבוה מאוד, המהווים את עמוד השדרה של האינטרנט. במשך זמן מה, מחשבים היו מצוידים בדרך כלל עם ממשקי IrDA , אשר אפשר להם לשלוח ולקבל נתונים למכונות בקרבת מקום באמצעות אינפרא אדום.

בגלל LEDs יכול מחזור לסירוגין מיליוני פעמים בשנייה, רוחב פס נתונים גבוהים מאוד ניתן להשיג. [176]

תאורה בר קיימא [ לערוך ]

תאורה יעילה נדרשת עבור ארכיטקטורה בת קיימא . בשנת 2009, משרד האנרגיה האמריקני תוצאות בדיקות על מנורות LED הראה יעילות ממוצעת של 35 lm / W, מתחת לזה של CFLs טיפוסי, נמוך כמו 9 lm / W, גרוע יותר נורות ליבון רגיל. מנורת LED אופיינית של 13 ואט פולטת 450 עד 650 לומן, [177] אשר שווה לנורת ליבון רגילה של 40 ואט.

עם זאת, נכון לשנת 2011, יש נורות LED זמין יעיל כמו 150 lm / W ואפילו זול מודלים סוף סוף בדרך כלל יעלה על 50 lm / W, כך LED 6-Watt יכול להשיג את אותן תוצאות כמו תקן 40 ואט נורת ליבון. זה האחרון יש תוחלת החיים של 1,000 שעות, ואילו LED יכול להמשיך לפעול עם יעילות מופחתת עבור יותר מ -50,000 שעות.

עיין בתרשים שלהלן כדי להשוות בין סוגי האור הנפוצים:


לד CFL זוֹהֵר
מנורה מתמשכת 50,000 שעות 10,000 שעות 1,200 שעות
וואט לכל נורה (שווה 60 וואט) 10 14 60
עלות לנורה $ 2.00 $ 7.00 $ 1.25
KWh של חשמל מעל 50,000 שעות 500 700 3000
עלות החשמל (@ 0.10 לכל קוט"ש) 50 ש"ח 70 $ 300 $
נורות נדרש 50,000 שעות שימוש 1 5 42
שווה ערך 50,000 שעות נורה הוצאות $ 2.00 $ 35.00 $ 52.50
עלות כוללת ל - 50,000 שעות $ 52.00 $ 105.00 $ 352.50

צריכת אנרגיה [ עריכה ]

בארה"ב, אחת קילוואט שעה (3.6 MJ) של חשמל כיום גורם בממוצע 1.34 £ (610 גרם) של CO
2 פליטה. [178] בהנחה הנורה הממוצע הוא על במשך 10 שעות ביום, נורת 40 וואט יגרום 196 £ (89 ק"ג) של CO
2 פליטה בשנה. 6 וואט LED שווה ערך רק לגרום 30 £ (14 ק"ג) של CO
2 באותו טווח זמן. טביעת פחמן של הבניין מתאורת יכול, אם כן, להיות מופחת על ידי 85% על ידי החלפת כל נורות ליבון עבור נוריות חדשות אם בניין בעבר השתמשו רק נורות ליבון.

בפועל, רוב המבנים שמשתמשים בהרבה תאורה משתמשים בתאורה פלואורסצנטית , בעלת יעילות זוהרת של 22% לעומת 5% עבור חוטים, כך ששינוי בתאורת LED עדיין יביא להפחתה של 34% בשימוש בחשמל ובפליטות פחמן.

הירידה פליטת הפחמן תלוי במקור החשמל. הספק גרעיני בארצות הברית הפיק 19.2% מהחשמל בשנת 2011, ולכן הפחתת צריכת החשמל בארה"ב מפחיתה את פליטת הפחמן יותר מאשר בצרפת ( 75% חשמל גרעיני ) או בנורווגיה ( כמעט לחלוטין הידרואלקטרית ).

החלפת אורות כי מבלים את רוב הזמן מואר תוצאות החיסכון ביותר, כך נורות LED במקומות בשימוש נדיר להביא החזר קטן יותר על ההשקעה.

מקורות אור עבור מערכות ראיית מכונה [ לערוך ]

מערכות ראיית מכונה דורשות לעתים קרובות תאורה בהירה והומוגנית, כך שתכונות העניין קלות יותר לעיבוד. נוריות משמשים לעתים קרובות למטרה זו, וזה צפוי להישאר אחד השימושים העיקריים שלהם עד שהמחיר יורד נמוך מספיק כדי להפוך אותות ותאורה משתמשת נפוצה יותר. סורקי ברקוד הם הדוגמה הנפוצה ביותר של ראיית מכונה, ורבים מוצרים בעלות נמוכה להשתמש נוריות אדומות במקום לייזרים. [179] עכברי מחשב אופטיים הם דוגמה של נוריות בחזון המכונה, כפי שהוא משמש כדי לספק מקור אור אפילו על פני השטח של המצלמה מיניאטורי בתוך העכבר. נוריות LED מהוות מקור אור כמעט אידיאלי עבור מערכות ראיית מכונה מכמה סיבות:

  • גודל השדה המואר הוא בדרך כלל קטן יחסית ומערכות חזון מכונה לעיתים קרובות די יקר, ולכן העלות של מקור האור הוא בדרך כלל חשש קל. עם זאת, זה לא יכול להיות קל להחליף מקור אור שבור להציב בתוך מכונות מורכבות, וכאן חיי השירות הארוך של נוריות הוא יתרון.

  • רכיבי LED נוטים להיות קטנים ויכולים להיות ממוקמים בצפיפות גבוהה על גבי מצעים שטוחים או אפילו בצורת (PCBs וכו '), כך שניתן יהיה לעצב מקורות בהירים והומוגניים המכוונים את האור מהכיוונים המפוקחים על החלקים הנבדקים. זה לעתים קרובות ניתן להשיג עם עדשות קטנות, בעלות נמוכה מפזר, עוזר להשיג צפיפות אור גבוהה עם שליטה על רמות תאורה הומוגניות. מקורות LED יכולים להיות מעוצבים במספר תצורות (אורות ספוט עבור תאורה רפלקטיבית, אורות טבעת עבור תאורה קואקסיאלית, backlights תאורה תאורה, מכלולים לינאריים, שטוחים, לוחות גדולים בפורמט, מקורות כיפה עבור תאורה מפוזר, חד - כיווני).

  • נוריות ניתן בקלות strobed (בטווח microsecond ומטה) מסונכרן עם הדמיה. High-LEDs LED זמינים המאפשרים תמונות מוארות גם עם פולסים אור קצר מאוד. זה משמש לעתים קרובות כדי לקבל חדות חדות "עדיין" תמונות של חלקים נעים במהירות.

  • נוריות לבוא בצבעים שונים ואורכי גל, המאפשר שימוש קל של הצבע הטוב ביותר עבור כל צורך, שבו צבע שונה עשוי לספק חשיפה טובה יותר של תכונות של עניין. לאחר הספקטרום הידוע בדיוק מאפשר מסננים מתאימים היטב כדי לשמש להפריד רוחב פס אינפורמטיבי או כדי להפחית את ההשפעות המטרידות של אור הסביבה. נוריות פועלות בדרך כלל בטמפרטורות עבודה נמוכות יחסית, מפשטות את ניהול החום ואת הפיזור. זה מאפשר באמצעות עדשות פלסטיק, מסננים, מפזרים. יחידות עמידות למים גם יכול בקלות להיות מתוכנן, המאפשר שימוש בסביבות קשות או רטובות (מזון, משקאות, תעשיות נפט). [179]

יישומים אחרים [ לערוך ]

תלבושת LED עבור שחקנים הבמה

טפט LED על ידי מייסטייל

האור מנורות LED יכול להיות מאופנן מהר מאוד ולכן הם נמצאים בשימוש נרחב סיבים אופטיים תקשורת אופטיקה שטח פנוי . זה כולל שלט רחוק , כגון עבור טלוויזיות, מכשירי וידאו, ו LED מחשבים, שבו נוריות אינפרא אדום משמשים לעתים קרובות. Opto- מבודדים להשתמש LED בשילוב עם photodiode או phototransistor לספק נתיב האות עם בידוד חשמלי בין שני מעגלים. זה שימושי במיוחד בציוד רפואי שבו האותות ממעגל חיישן מתח נמוך (בדרך כלל מופעל על ידי סוללה) במגע עם אורגניזם חי חייבים להיות מבודדים חשמלית מכל תקלה חשמלית אפשרית במכשיר הקלטה או ניטור הפועל במתחים מסוכנים. Optoisolator גם מאפשר להעביר מידע בין מעגלים שאינם חולקים פוטנציאל קרקע משותף.

מערכות חיישן רבות מסתמכות על האור כמקור האות. LEDs הם אידיאליים לעתים קרובות כמקור אור בשל הדרישות של חיישנים. נוריות משמשים כמו חיישני תנועה , למשל עכברי מחשב אופטיים . בר חיישן של נינטנדו Wii משתמש מנורות אינפרא אדום. דופק oximeters להשתמש בהם למדידת רווי החמצן . כמה סורקים שטוחים להשתמש במערכים של נוריות RGB ולא מנורה פלורסנט קר נורית טיפוסי כמקור האור. לאחר שליטה עצמאית של שלושה צבעים מואר מאפשר הסורק לכייל את עצמה לאיזון צבע מדויק יותר, ואין צורך להתחמם. יתר על כן, החיישנים שלה רק צריך להיות מונוכרומטי, שכן בכל עת את הדף להיות סרק הוא רק מואר על ידי צבע אחד של אור. מאז LEDs יכול לשמש גם photodiodes, הם יכולים לשמש הן פליטת תמונה וזיהוי. זה יכול לשמש, למשל, במסך מגע אשר רושם האור המוחזר מאצבע או חרט . [180] חומרים רבים ומערכות ביולוגיות רגישים לאור, או תלויים בהם. אורות לגדול להשתמש LEDs כדי להגדיל את הפוטוסינתזה בצמחים , [181] וחיידקים ווירוסים ניתן להסיר מים וחומרים אחרים באמצעות נוריות UV עבור עיקור . [98]

נוריות שימשו גם התייחסות בינונית מתח בינוני במעגלים אלקטרוניים. ניתן להפעיל את מתח המתח הקדמי (למשל, בערך 1.7 וולט עבור נורית LED נורמלית) במקום דיודת זנר ברגולטורים במתח נמוך. Red LEDs have the flattest I/V curve above the knee. Nitride-based LEDs have a fairly steep I/V curve and are useless for this purpose. Although LED forward voltage is far more current-dependent than a Zener diode, Zener diodes with breakdown voltages below 3 V are not widely available.

The progressive miniaturization of low-voltage lighting technology, such as LEDs and OLEDs , suitable to be incorporated into low-thickness materials has fostered in recent years the experimentation on combining light sources and wall covering surfaces to be applied onto interior walls. [182] The new possibilities offered by these developments have prompted some designers and companies, such as Meystyle , [183] Ingo Maurer , [184] Lomox [185] and Philips , [186] to research and develop proprietary LED wallpaper technologies, some of which are currently available for commercial purchase. Other solutions mainly exist as prototypes or are in the process of being further refined.