Dajowd li Jarmi d-Dawl (LED) huwa essenzjalment dajowd semikonduttur tal-junction PN li jarmi dawl monokromatiku (kulur wieħed) meta jitħaddem f'direzzjoni preġudikata 'l quddiem. L-istruttura bażika ta 'LED tikkonsisti mid-die jew materjal semikonduttur li jarmi d-dawl, qafas taċ-ċomb fejn id-die titqiegħed fattwalment, u l-epoxy ta' inkapsulament li jdawru u jipproteġi d-die (Figura 1). L-ewwel LEDs li jistgħu jintużaw kummerċjalment ġew żviluppati fl-1960 billi għaqqad tliet elementi primarji: gallju, arseniku u fosfru (GaAsP) biex jinkiseb sors ta 'dawl aħmar ta' 655nm. Għalkemm l-intensità luminuża kienet baxxa ħafna b'livelli ta 'luminożità ta' madwar 1-10mcd @ 20mA, xorta sabu użu f'varjetà ta 'applikazzjonijiet, primarjament bħala indikaturi. Wara GaAsP, GaP, jew fosfid tal-gallju, ġew żviluppati LEDs ħomor. Dawn l-apparati nstabu li juru effiċjenzi quantum għoljin ħafna, madankollu, kellhom biss rwol minuri fit-tkabbir ta 'applikazzjonijiet ġodda għall-LEDs. Dan kien minħabba żewġ raġunijiet: L-ewwel, l-emissjoni ta 'wavelength ta' 700nm tinsab f'reġjun spettrali fejn il-livell ta 'sensittività tal-għajn tal-bniedem huwa baxx ħafna (Figura 2) u għalhekk, ma "tidhirx" li hija qawwija ħafna minkejja li l-effiċjenza. hija għolja (l-għajn tal-bniedem tirreaġixxi l-aktar għad-dawl isfar-aħdar). It-tieni, din l-effiċjenza għolja tinkiseb biss f'kurrenti baxxi. Hekk kif il-kurrent jiżdied, l-effiċjenza tonqos. Dan juri li huwa ta 'żvantaġġ għall-utenti bħal manifatturi ta' sinjali ta 'messaġġi ta' barra li tipikament multiplikaw l-LEDs tagħhom f'kurrenti għoljin biex jiksbu livelli ta 'luminożità simili għal dak ta' tħaddim kontinwu DC. Bħala riżultat, l-LEDs aħmar GaP bħalissa jintużaw f'numru limitat ta 'applikazzjonijiet biss. Hekk kif it-teknoloġija LED għamlet progress matul is-snin sebgħin, saru disponibbli kuluri u wavelengths addizzjonali. L-aktar materjali komuni kienu GaP aħdar u aħmar, GaAsP oranġjo jew aħmar ta 'effiċjenza għolja u GaAsP isfar, li kollha għadhom jintużaw illum (Tabella 3). It-tendenza lejn applikazzjonijiet aktar prattiċi kienet ukoll bdiet tiżviluppa. Instabu LEDs fi prodotti bħal kalkulaturi, arloġġi diġitali u tagħmir tat-test. Għalkemm l-affidabbiltà tal-LEDs dejjem kienet superjuri għal dik ta 'inkandexxenti, neon eċċ., ir-rata ta' falliment ta 'apparat bikri kienet ħafna ogħla mit-teknoloġija attwali issa tikseb. Dan kien parzjalment dovut għall-assemblaġġ tal-komponenti attwali li kien primarjament ta 'natura manwali. Operaturi individwali wettqu ħidmiet bħalma jqassmu l-epoxy, iqiegħdu d-die fil-pożizzjoni, u jħalltu l-epoxy kollha bl-idejn. Dan irriżulta f'difetti bħal "epoxy slop" li kkawża tnixxija ta 'VF (vultaġġ 'il quddiem) u VR (vultaġġ invers) jew saħansitra shorting tal-junction PN. Barra minn hekk, il-metodi tat-tkabbir u l-materjali użati ma kinux raffinati daqs kemm huma llum. Numri għoljin ta 'difetti fil-kristall, sottostrat u saffi epitassjali rriżultaw f'effiċjenza mnaqqsa u ħajjiet iqsar tal-apparat.
Gallju Aluminju Arsenide
Kien biss fis-snin tmenin meta ġie żviluppat materjal ġdid, GaAlAs (arsenide tal-aluminju tal-gallju), li beda jseħħ tkabbir mgħaġġel fl-użu tal-LEDs. It-teknoloġija GaAlAs ipprovdiet prestazzjoni superjuri fuq LEDs disponibbli qabel. Il-luminożità kienet aktar minn 10 darbiet akbar mill-LEDs standard minħabba żieda fl-effiċjenza u strutturi tat-tip heterojunction b'ħafna saffi. Il-vultaġġ meħtieġ għall-operazzjoni kien aktar baxx li jirriżulta fi ffrankar totali tal-enerġija. L-LEDs jistgħu wkoll ikunu faċilment pulsati jew multiplexed. Dan ippermetta l-użu tagħhom f'messaġġi varjabbli u sinjali ta' barra. L-LEDs ġew iddisinjati wkoll f'applikazzjonijiet bħal skaners tal-bar code, sistemi ta 'trażmissjoni ta' data tal-fibra ottika, u tagħmir mediku. Għalkemm dan kien avvanz kbir fit-teknoloġija LED, xorta kien hemm żvantaġġi sinifikanti għall-materjal GaAlAs. L-ewwel, kien disponibbli biss f'wavelength aħmar ta '660nm. It-tieni, id-degradazzjoni tal-output tad-dawl ta 'GaAlAs hija akbar minn dik tat-teknoloġija standard. Ilha kunċett żbaljat bl-LEDs li l-output tad-dawl se jonqos b'50% wara 100,000 siegħa ta 'tħaddim. Fil-fatt, xi GaAlAs LEDs jistgħu jonqsu b'50% wara biss 50,000 -70,000 siegħa ta 'tħaddim. Dan huwa veru speċjalment f'ambjenti ta 'temperatura għolja u/jew umdità għolja. Ukoll matul dan iż-żmien, isfar, aħdar u oranġjo raw biss titjib żgħir fil-luminożità u l-effiċjenza li kien primarjament minħabba titjib fit-tkabbir tal-kristall u d-disinn tal-ottika. L-istruttura bażika tal-materjal baqgħet relattivament mhux mibdula.
Biex jingħelbu dawn il-kwistjonijiet diffiċli kienet meħtieġa teknoloġija ġdida. Disinjaturi LED daru għat-teknoloġija tad-dijodu tal-lejżer għal soluzzjonijiet. B'mod parallel mal-iżviluppi mgħaġġla fit-teknoloġija LED, it-teknoloġija tad-dijodu tal-lejżer kienet ukoll qed tagħmel progress. Fl-aħħar tas-snin 80, diodes tal-lejżer b'output fl-ispettru viżibbli bdew jiġu prodotti kummerċjalment għal applikazzjonijiet bħal qarrejja tal-bar code, sistemi ta 'kejl u allinjament u sistemi ta' ħażna tal-ġenerazzjoni li jmiss. Id-disinjaturi tal-LED ħarsu li jużaw tekniki simili biex jipproduċu LEDs ta 'luminożità għolja u affidabilità għolja. Dan wassal għall-iżvilupp ta 'InGaAlP (Indium Gallium Aluminum Phosphide) visibleLEDs. L-użu ta 'InGaAlP bħala l-materjal luminexxenti ppermetta flessibilità fid-disinn tal-kulur tal-output LED sempliċiment billi taġġusta d-daqs tad-distakk tal-faxxa tal-enerġija. Għalhekk, LEDs ħodor, isfar, oranġjo u ħomor kollha jistgħu jiġu prodotti bl-użu tal-istess teknoloġija bażika. Barra minn hekk, id-degradazzjoni tal-ħruġ tad-dawl tal-materjal InGaAlP titjieb b'mod sinifikanti anke f'temperatura u umdità elevati.
Żviluppi kurrenti tat-Teknoloġija LED InGaAlP LEDs ħa qabża ulterjuri fil-luminożità bi żvilupp ġdid minn Toshiba, produttur ewlieni ta 'LEDs. Toshiba, bl-użu tal-proċess ta 'tkabbir MOCVD (Metal Oxide Chemical Vapor Deposition), kien kapaċi jipproduċi struttura ta' apparat li tirrifletti 90% jew aktar tad-dawl iġġenerat li jivvjaġġa mis-saff attiv għas-sottostrat lura bħala output ta 'dawl utli (Figura 4). Dan ippermetta għal żieda kważi darbtejn fil-luminanza LED fuq apparat konvenzjonali. Il-prestazzjoni tal-LED tjiebet aktar bl-introduzzjoni ta 'saff ta' imblukkar kurrenti fl-istruttura tal-LED (Figura 5). Dan is-saff tal-imblukkar essenzjalment jibdel il-kurrent permezz tal-apparat biex tinkiseb effiċjenza aħjar tal-apparat. Bħala riżultat ta 'dawn l-iżviluppi, ħafna mit-tkabbir għall-LEDs fl-1990 se jkun ikkonċentrat fi tliet oqsma ewlenin: L-ewwel huwa f'apparati ta' kontroll tat-traffiku bħal dwal ta 'waqfien, sinjali pedonali, dwal barrikati u sinjali ta' periklu fit-toroq. It-tieni huwa f'sinjali ta 'messaġġ varjabbli bħal dak li jinsab f'Times Square New York li juri komoditajiet, aħbarijiet u informazzjoni oħra. It-tielet konċentrazzjoni tkun fl-applikazzjonijiet tal-karozzi. L-LED viżibbli mexa triq twila mill-introduzzjoni tiegħu kważi 40 sena ilu u għad irid juri xi sinjali ta 'tnaqqis. LED Blu, li sar disponibbli fi kwantitajiet ta 'produzzjoni fl-1990, irriżulta f'ġenerazzjoni sħiħa ta' applikazzjonijiet ġodda. L-LEDs blu minħabba l-enerġiji tal-fotoni għolja tagħhom (& gt;2.5eV) u s-sensittività tal-għajnejn relattivament baxxa dejjem kienu diffiċli biex jiġu manifatturati. Barra minn hekk it-teknoloġija meħtieġa biex tiffabbrika dawn l-LEDs hija differenti ħafna u ferm inqas avvanzata minn materjali LED standard. L-LEDs blu disponibbli llum jikkonsistu f'kostruzzjoni GaN (nitrur tal-gallju) u SiC (karbur tas-silikon) b'livelli ta 'luminożità ta' aktar minn 10,000mcd @ 20mA għal apparati GaN. Peress li l-blu huwa wieħed mill-kuluri primarji, (it-tnejn l-oħra huma ħomor u ħodor), sinjali LED ta 'stat solidu b'kulur sħiħ, TV's eċċ saru disponibbli kummerċjalment. Applikazzjonijiet oħra għall-LEDs blu jinkludu tagħmir dijanjostiku mediku u fotolitografija.
Kuluri LED Huwa wkoll possibbli li jiġu prodotti kuluri oħra bl-użu tal-istess teknoloġija bażika GaN u proċessi ta 'tkabbir. Pereżempju, ġie żviluppat LED aħdar ta 'luminożità għolja (madwar 500nm) li ssostitwixxa l-bozza ħadra fid-dwal tat-traffiku. Kuluri oħra inklużi vjola u abjad huma wkoll possibbli. Bl-introduzzjoni ta 'LEDs blu, huwa possibbli li tipproduċi abjad billi tgħaqqad b'mod selettiv il-kombinazzjoni xierqa ta' dawl aħmar, aħdar u blu. Dan il-proċess madankollu, jeħtieġ disinn sofistikat ta 'softwer u ħardwer biex jiġi implimentat. Barra minn hekk, il-livell tal-luminożità huwa baxx u l-output tad-dawl ġenerali ta 'kull die RGB li qed jintuża jiddegrada b'rata differenti li tirriżulta f'żbilanċ eventwali tal-kulur. Approċċ ieħor meħud biex jinkiseb output ta 'dawl abjad, huwa li tuża saff ta' fosfru (Yttrium Aluminum Garnet) fuq il-wiċċ ta 'LED blu. Fil-qosor, l-LEDs marru mill-bidu sa l-adolexxenza u qed jesperjenzaw xi wħud mill-aktar tkabbir mgħaġġel tas-suq ta 'ħajjithom. Bl-użu ta 'materjal InGaAlP b'MOCVD bħala l-proċess ta' tkabbir, flimkien ma 'twassil effiċjenti ta' dawl iġġenerat u użu effiċjenti ta 'kurrent injettat, uħud mill-LEDs l-aktar brillanti, effiċjenti u affidabbli issa huma disponibbli. Din it-teknoloġija flimkien ma 'strutturi LED ġodda oħra se tiżgura applikazzjoni wiesgħa ta' LEDs. Żviluppi ġodda fl-ispettru blu u fuq il-ħruġ tad-dawl abjad se jiggarantixxu wkoll iż-żieda kontinwa fl-applikazzjonijiet ta 'dawn is-sorsi tad-dawl ekonomiċi.
