تعریف رنگ ال ای دی

تعریف رنگ ال ای دی:
اما رنگ LEDها چگونه به وجود می آید؟ برخلاف دیودهای سیگنال که برای آشکارسازی یا یکسوسازی توان از مواد نیمه رسانای ژرمانیوم یا سیلیکون ساخته می شوند، ال ای دی ها از ترکیبات نیمه رساناها، مانند گالیوم آرسنید (GaAs)، گالیوم فسفید (GaP)، گالیوم آرسنید فسفید (GaAsP)، سیلیکون کاربید (SiC) یا گالیوم ایندیم نیترید (GaInN) با نسبت های مختلف ساخته می شوند تا طول موج های مختلف رنگ ها را تولید کنند.

ترکیبات LEDهای مختلف، نور را در ناحیه های مشخصی از طیف نور مرئی انتشار می دهند و به همین دلیل، سطوح چگالی مختلفی تولید می کنند. انتخاب دقیق ماده نیمه رسانا، طول موج کلی انتشار نور فوتون ها و در نتیجه نور رنگ ساطع شده را تعیین می کند.

جدول زیر، مشخصه های LEDها را نشان می دهد.

بنابراین، رنگ واقعی یک LED، با طول موج نور منتشر شده آن تعیین می شود. طول موج نیز، با ترکیب نیمه رسانای به کار رفته در پیوند PN طی فرایند ساخت مشخص خواهد شد.

در نتیجه می توان گفت که رنگ نور یک LED، با رنگ بدنه پلاستیکی آن مشخص نمی شود. البته گاهی پوشش LED اندکی رنگ می شود تا نور خروجی را اندکی افزایش دهد و همچنین، رنگ خروجی اش قبل از روشن شدن، به صورت بصری مشخص باشد.

ال ای دی ها در رنگ های مختلفی در دسترس هستند که متداول ترین آن ها قرمز، کهربایی، زرد و سبز است. این رنگ ها کاربرد گسترده ای در شاخص های بصری و تابلوهای روان دارند.

ال ای دی های آبی و سفید نیز در بازار موجود هستند که به دلیل ترکیبی بودن از دو یا چند رنگ دیگر و تزریق اتم های نیتروژن در ساختار بلوری ماده نیمه رسانا طی افزودن ناخالصی، هزینه بالاتری نسبت به رنگ های طبیعی دیگر دارند.

همان طور که از جدول بالا مشخص است، ناخالصی اصلی نوع P در LEDها، گالیوم (Ga با عدد اتمی31) و ناخالصی اصلی نوع N، آرسنیک (As با عدد اتمی33) است. این ها ساختار بلور گالیوم آرسنید (GaAs) را تشکیل می دهند.

مشکل استفاده از گالیوم آرسنید به عنوان ترکیب نیمه رسانا این است که با عبور جریان، مقدار زیادی تابش فروسرخ با روشنایی کم (حدود 850 تا 940 نانومتر) را از طریق پیوندش تولید می کند.

مقدار نور فروسرخی که ترکیب گالیوم آرسنید تولید می کند، برای کنترل از راه دور تلویزیون کافی است، اما اگر بخواهیم از LED به عنوان یک چراغ سیگنال استفاده کنیم، این ترکیب مفید نخواهد بود.

با افزودن فسفر (P با عدد اتمی15)، به عنوان سومین ناخالصی، طول موج کلی نور، به زیر 680 نانومتر کاهش می یابد که نور قرمز مرئی را تولید خواهد کرد. تقویت بیشتر پیوند PN، موجب تولید نورهایی با رنگ های متنوع خواهد شد.

با ترکیبات مختلف فلزها و گازها می توان انواع LEDهای زیر را تولید کرد:

• گالیوم آرسنید (GaAs) - فروسرخ.
• گالیوم آرسنید فسفید (GaAsP) - قرمز تا مادون قرمز، نارنجی.
• آلومینیوم گالیوم آرسنید فسفید (AlGaAsP) - قرمز روشن، نارنجی-قرمز، نارنجی و زرد.
• گالیوم فسفید (GaP) - قرمز، زرد و سبز.
• آلومینیوم گالیوم فسفید (AlGaP) - سبز.
• نیترید گالیوم (GaN) - سبز، سبز زمردی.
• نیترید گالیوم ایندیوم (GaInN) - تقریباً فرابنفش، سبز مایل به آبی و آبی.
• کاربید سیلیسیوم (SiC) - آبی به عنوان زیرلایه.
• سلنید روی (ZnSe) - آبی.
• نیترید گالیوم آلومینیوم (AlGaN) - فرابنفش.

مشابه دیودهای پیوند PN عادی، ال ای دی ها قطعاتی وابسته به جریان هستند و بسته به رنگ نور و بایاس جریان مستقیم، ولتاژ مستقیمVF دارند. اغلب LEDهای متداول، به یک ولتاژ مستقیم تقریباً بین1.2 تا 3.6 ولت با جریان 10 تا 30 میلی آمپر نیاز دارند.

هر دو ولتاژ مستقیم و جریان مستقیم، به ماده نیمه رسانای به کار رفته در LED بستگی دارد؛ اما نقطه ای که هدایت از آن جا آغاز می شود و نور شروع به تابش می کند، برای یک LED قرمز استاندارد حدود 1.2 ولت و برای یک LED آبی حدود 3.6 ولت است.

البته مقدار دقیق افت ولتاژ، به دلیل مواد ناخالصی و طول موج های مختلف، به سازنده بستگی دارد. افت ولتاژ LED در یک جریان مشخص، مثلاً 20 میلی آمپر، به نقطه V F هدایت اولیه وابسته است. از آن جایی که LED در اصل یک دیود است، می توان برای هر رنگ، منحنی مشخصه جریان بر حسب ولتاژ آن را رسم کرد.

مثالی از این منحنی ها در شکل زیر نشان داده شده است.

نماد LED و منحنی های مشخصه I-V برای رنگ های مختلف

از آن جایی که LED یک قطعه وابسته به جریان است و شدت نور خروجی، با جریان مستقیم گذرنده از آن نسبت مستقیم دارد، قبل از آنکه نوری تولید شود، باید جریان از آن بگذرد.

همچنین، از آن جایی که LED باید در شرایط بایاس مستقیم به منبع متصل شود، برای محدود کردن جریان گذرنده از آن و محافظت در برابر جریان های زیاد، از یک مقاومت سری استفاده می کنیم.

هیچ گاه نباید یک LED را مستقیماً به باتری یا منبع تغذیه متصل کرد؛ زیرا جریان زیادی از آن عبور می کند و آسیب خواهد دید.

به دلیل آنکه LED باید در شرایط بایاس مستقیم به یک منبع متصل شود، در دو سر پیوند PN، افت ولتاژ خواهد داشت که مقدار آن با توجه به ماده نیمه رسانا تعیین می شود.

افت ولتاژ به ازای مقدار مشخصی جریان هدایت مستقیم بیان می شود که به صورت معمول20 میلی آمپر است.

در اغلب موارد، LEDها با یک منبع ولتاژ DC کوچک و یک مقاومت سری RS برای محدود کردن جریان مستقیم (از5 میلی آمپر برای LEDهای عادی تا 30 میلی آمپر برای LEDهایی که خروجی نوری زیادی دارند) کار می کنند.