מנורת לד, נורת לד, לדים הסבר

כמו כן בפורטל יש מגוון גדול של חברות בתחום תאורת לדים לחץ כאן

פרסום

דיודה פולטת אור

דיודה פולטת אור (LED – Light-Emitting Diode) היא דיודה אשר בעת מעבר זרם חשמלי דרכה פולטת אור בספקטרום צר. דיודות מסוג זה הן הרכיבב העיקרי בנורות לד, והן נמצאות גם בטלפונים סלולריים, בצגי טלוויזיה וצגי מחשב מסוימים, ובמכשירים אחרים.

היסטוריה

ב-1957 דיווח רובין בראונסטין (Rubin Braunstein), עובד RCA, על גילוי פליטת אור אינפרא אדום ממוליך למחצה מסוג גליום ארסניד.

ב-1962 רשמו שני חוקרים מחברת טקסס אינסטרומנטס פטנט על פיתוח דיודה פולטת אור אינפרא-אדום, שהתבססה על התרכובת. דיודות פולטות אורר בספקטרום אינפרא אדום משמשות עד היום בהתקני שלט-רחוק. באותה שנהה פותחה דיודה הפולטת אור אדום, וב-1972 דיודה הפולטת אור צהוב. הייצורר שלהן החל בשנות השישים, בתחילה בצבע אדום, ובמחיר יחסי גבוה. דיודות אלו פלטו אור חלש יחסית, שהתאים בעיקר לשימוש כנורות בקרה וחיווי למכשור חשמלי, שעונים ומכשירים אחרים, אך לא לתאורה. בהמשך פותחו גם דיודות אור בצבעים אחרים, ומחירן הוזל מאוד.

עד שנות השבעים ניתן היה לייצר דיודות אור בצבעים ירוק, אדום, תת אדום, כתום וצהוב. כיום, עם ההתפתחות הטכנולוגית, ניתן לייצר דיודות שיפלטו אור בצבעי התחום הנראה, בתחום התת-אדום ובתחום העל-סגול. כדי לייצר אור לבן, נדרש היה פיתוח של לד לאור כחול‏^[1]. ב-1972, הרב מארושקה וואלי רהינס מאוניברסיטת סטנפורד, פיתחו לראשונה דיודה פולטת אור בצבע כחול מסוג גאליום ניתריד‏^[2]‏^[3], אולם עוצמתה הייתה נמוכה מאוד. בשנת 1990, פותחו דיודות אור כחולות מסוג צורן קרביד שאפשרו לייצר דיודות RGB‏^[4]. אולם רק עם פיתוח דיודות פולטת אור כחולות בבהירות גבוהה ביפן בתחילתת שנות התשעים על ידי שוג'י נאקאמורה, הירושי אמאנו, ואיסאמו אקסאקי, התאפשר לקראת סוף העשור פיתוחן של דיודות פולטות-אור לבנות ("WLED"), המורכבות מדיודה כחולה וציפוי זרחני צהוב שיוצרים ביחד אור לבן, בעוצמה מספקת כדי לשמש לתאורה, ולייצור של נורות לד שיחליפו את נורות הליבון הוותיקות. למרות היתרונות העיקריים שיצרני התאורה טוענים על נורות אלה, שהם ניצולת האנרגיה הגבוהה ואורך חיים משוער שיכול להגיע ל-60,000 שעות פעולה, בפועל רבות מהנורות ה-LED מסיימות חיים כבר אחרי מספר שנים בודדות‏^[5]‏^[6]‏^[7], ועוצמת אורן חלשה ממה שהיצרן מצהיר.

שוג'י נאקאמורה, הירושי אמאנו, ואיסאמו אקסאקי זכו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2014 על המצאת ה-LED הכחול‏^[8]. זהו הפיתוח הראשון בהיסטוריה בתחום התאורה שזוכה להכרה על ידי פרס נובל. מדענים אחרים שעסקו בפיתוחים לא פחות חשובים (ואולי אף יותר חשובים מהמצאת ה-LED הכחול) בתחום התאורה (כדוגמת תומאס אדיסון שהפך את התאורה החשמלית לנחלתת הכלל [פיתוח יותר חשוב מה-LEDD הכחול]) מעולם לא זכו בפרס נובל.

עקרון הפעולה

ה-LED היא דיודה בעלת תכונות ייחודיות. בדומה לדיודה רגילה, הדיודה פולטת האור כוללת מוליך למחצה, שייחודו בפליטת אור לא קוהרנטי. ספקטרום האור נקבע בהתאם לתרכובת המוליך למחצה. המוליך למחצה שבדיודה עבר זיהום על מנת ליצור בו צומת p-n. בדומה לדיודה סטנדרטית, הזרם החשמלי ב-LED יזרום בממתח קדמי מצד ה-p לצד ה-n, אך לא יזרוםם בכיוון ההפוך כאשר הדיודה בממתח אחורי. נושאי מטען (אלקטרונים וחורים) יסחפו אל תוך הצומת כתוצאה מהממתח הקדמי שמופעל על הדיודה. ברגע שאלקטרון יפגוש חור, הוא יאבד מהאנרגיה שלו וייפול למצב אנרגטי נמוך יותר.

פרסום

המיוחד ב־LED לעומת דיודה סטנדרטית, הוא שישנו פער אנרגטי ישיר בין נקודת השיא האנרגטית בפס הערכיות לבין השפל האנרגטי בפס ההולכה שלל המוליך למחצה. משמעות הפער האנרגטי הישיר היא שהאלקטרון יכול ליפולל מפס ההולכה לפס הערכיות תוך כדי שימור התנע שלו ופליטת פוטון בעלל אנרגיה המתאימה לפער אנרגיה זה – כלומר הדיודה תפלוט אור כשהיאא נמצאת בממתח קדמי.

שימושים ב־LED

דיודות פולטות אור הן הרכיב העיקרי בנורות לד.

• תאורה ביתית – נורות לד
• תאורת רחוב
• נוריות בקרה
• הדפסה (חלק מהמדפסות הקרויות "לייזר" משתמשות למעשה ב-LED)
• נוריות בשלט רחוק
• תאורת רכבים
• רמזורים
• גלאי תזוזה – כמו בעכבר האופטי
• פנסים
• תקשורת אופטית על גבי סיבים אופטיים לטווחים קצרים
• תאורת מסכי LCD ו-OLED – טלוויזיות, צגי מחשב ומסכי טלפון סלולרי
• שלטי חוצות

פעולה תקינה של ה-LED תלויה מאוד בטמפרטורה שבה היא נמצאת, דבר שמהווה את אחד מחסרונותיה.

בטמפרטורה גבוהה מדי, אורך חיי ה-LED מתקצר והבהירות יורדת. עם זאת בטמפרטורה נמוכה מאוד, עוצמת הבהירות של ה-LED עולה ואורך החיים גדל. ניתן לנצל יתרון זה להתקנת תאורת LED במקררים ובמקפיאים.

מאפייני השימוש ב־LED

• ספקטרום האור הנפלט על ידי ה־LED הוא צר, ולכן אין צורך במסננים נוספים על מנת לקבל ספקטרום ספציפי. יתרון זהה משמעותי במיוחד בשימוש כמו ברמזורים, אורות במה ופנסי בלימהה ואיתות ברכב.
• עמידות מכנית למכות, זעזועים, בניגוד לנורות רגילות.
• אורך חיים – בין 35,000 ל-50,000 שעות עבודה (בשימושים של מתח נמוך [כמו פנסי כיס] ועוצמה נמוכה [כמו כנוריות חיווי] בלבד. בתאורה כללית, אין עדיין הוכחות לאריכות חייו של ה-LED).
• ה-LED אינו חדל מלפעול באופן חד ופתאומי כמו נורת להט, אלא מספק פחות ופחות אור לאורך זמן.
• נצילות גבוהה ביחס לנורות ליבון והלוגן (עד כ-50 לומן לוואט).
• התחממות גבוהה ביחס לגודלו אך אינה משמעותית במגע.
• הזמן הדרוש להביא את ה־LED להארה יכול להגיע למיקרו שניות. לשם השוואה, לנורת להט דרוש זמן של עשירית שנייה, ולנורה פלאורוסנטית דרוש זמן של חצי שנייה.
• כיוון שהספקטרום שלו צר סרט, ה-LED נוח בשימושים צבאיים מכיוון שהוא לא נראה באמצעים מגבירי אור כוכבים.
• תפוקת אור נמוכה בהשוואה לנורות פריקה.
• סינוור רב ביחס לסוגים אחרים של נורות חשמליות (בשימושי תאורה כללית).