LED یک قطعه الکترونیکی Light-emitting diode به معنی دیود ساطع‌کننده نور، نوع خاصی از دیودها است که مشخصات الکتریکی بسیار مشابهی با یک دیود پیوند PN دارد. این بدین معنی است که یک LED، جریان را در جهت مستقیم عبور خواهد داد، اما آن را در جهت معکوس سد خواهد کرد. این منشا کوچک، کم مصرف و دارای عمر طولانی‌تر است.
LED از یک لایه بسیار نازک از ماده نیمه‌رسانا با ناخالصی تقریباً زیاد ساخته شده و بسته به ماده نیمه‌رسانا و مقدار ناخالصی، وقتی بایاس مستقیم شود، یک نور رنگی با طول موج طیفی مشخص ساطع می‌کند.
ساختار یک LED نسبت به یک دیود عادی بسیار متفاوت است. پیوند PN یک LED از یک رزین اپوکسی پلاستیکی (Plastic Epoxy Resin) شفاف و سخت پوشیده شده است که پوسته یا بدنه‌ای به شکل یک نیم‌کره را تشکیل می‌دهد و از لرزش و شوک LED محافظت می‌کند.
جالب است بدانید که LED در واقع نور زیادی را منتشر نمی‌کند. بدنه رزین اپوکسی LED به گونه‌ای ساخته می‌شود که فوتون‌های نور منتشر شده از آن، به سمت بالا متمرکز شده و مانند یک لنز متمرکز می‌شوند. به همین دلیل است که نور خروجی بالای LED درخشان به نظر می‌رسد.
با این حال، پوسته اپوکسی همه LEDها به شکل نیم‌کره نیست. برخی از آنها، ساختار مستطیلی یا استوانه‌ای دارند و سطح صاف بالایی آنها مسطح است و یا به صورت نواری هستند. اما می‌توان گفت که همه LEDها دو پایه دارند که در قسمت زیرین آنها تعبیه شده است.
همچنین، تقریباً در همه LEDهای مدرن، کاتد یا ترمینال منفی، با یک نقطه مسطح یا غیرمسطح مشخص می‌شود یا پایه آن کوتاه‌تر از پایه آند است.
1958: والتر تی ماتزن (بالا) و باب بیارد (پایین) روی تقویت کننده‌های پارامتریک کار کردند، این به ایجاد زمینه برای LED کمک کرد.
نگاهی به تاریخچه LED
LED قدمت بسیار گسترده‌ای دارد و در سراسر جهان افراد بسیاری، موفق به ساخت LEDهای متنوع و پرکاربرد شده‌اند.تاریخچه روشنایی LED با کشف الکترولومینسانس آغاز می‌شود. مفهوم الکترولومینسانس در قلب توسعه چراغ‌های LED نهفته است.
در سال 1907 در آزمایشگاهی واقع در بریتانیا Henry Joseph Round برای اولین بار این پدیده را در سیلیکون کاربید مشاهده کرد و متوجه شد، زمانی که برق 10 ولت به کریستال کربوراندوم وصل می‌شود، نور زرد رنگی ساطع می‌گردد. هنری در آن زمان به طور کامل این موضوع را درک نکرد، اما دانسته‌ها و یافته‌های خود، در این حوزه را در سال ۱۹۰۷ در مجله‌ای به نام برق جهانی منتشر کرد.
در سال 1920، برنهارد گودن و رابرت ویچارد پل، از سولفید روی با مس برای تکرار این پدیده استفاده کردند.اما بار دیگر، نور ساطع شده از این ماده بسیار ضعیف بود و از آن استفاده عملی نمی‌توانستند بکنند، بنابراین تحقیقات دوباره در مورد این پدیده متوقف شد.
در سال 1927 ولادیمیرویچ لوزف از روسیه مقاله‌ای تحت عنوان آشکارساز کاربیدسیلیسیوم درخشان و اثر تشخیص و نوسانات با بلورها منتشر کرد.
لوزف هنگام کار با گیرنده‌های رادیویی به این نتیجه رسید که هنگامی که جریان مستقیم از طریق اتصال کاربیدسیلیسیوم عبور داده می‌شود، نقطه‌ای نورانی به رنگ زرد ایجاد می‌شود.
ولادیمیر با این کار در واقع توانسته بود یک دیود بسازد. این مشاهدات پیش‌تر توسط هنری جوزف راند ثبت شده بود اما لوزف اولین فردی بود که نظریه‌ای اساسی درباره نحوه این کار و عملکرد خود ارائه داد. در سال ۱۹۲۷ مشاهدات و جزئیات آزمایش‌های لوزف در ژورنال روسی منتشر شد. اصطلاح “الکترولومینسانس” توسط جورج دستریو در سال 1936 هنگامی که گزارشی در مورد پدیده نور تولید شده توسط پودر سولفید روی، هنگام عبور جریان الکتریکی از آن منتشر کرد، ابداع شد.
در سال 1961، رابرت بیارد و‌گری پیتمن در حالی که برای تگزاس اینسترومنتز کار می‌کردند، یک LED مادون قرمز اختراع کردند. اما این نور چون برای انسان نامرئی بود، کاربرد عملی نداشت. این یک اختراع تصادفی بود، زیرا بیارد و پیتمن در واقع روی یک دیود لیزر کار می‌کردند.LED با نور مرئی
آزمایش استفاده از نیمه هادی گالیوم آرسنید که در دهه 1950 آغاز شده بود، متعاقباً منجر به توسعه اولین LED با کاربرد عملی شد.در سال ۱۹۶۲ فردی از جنرال الکتریک به نام نیک هولونیاک جونیور اولین دیود منتشرکننده نور را اختراع کرد. این دیود می‌توانست نوری با فرکانس محدوده مرئی تولید کند. لامپ‌هایی که از این دیود در ساختار آنها استفاده شده بود، جزو اولین لامپ‌های LED در دنیا به شمار می‌آیند.
هولونیاک با اختراع این دیودها و ساخت اولین لامپ LED در دنیا عنوان پدر لامپ LED را از آن خود کرد.
آزمایش با نوع نیمه هادی که می‌تواند LEDهای کارآمدتری تولید کند در طول دهه 1960 ادامه یافت. در سال‌های اولیه این دهه، LEDها با استفاده از فسفید آرسنید گالیم بر روی بستر آرسنید گالیم ساخته شدند. استفاده از فسفید گالیم به عنوان بستر کارایی چراغ‌ها را افزایش داد و LEDهای قرمز روشن‌تر به وجود آمدند. بلافاصله پس از آن، LEDهای نارنجی رنگ شروع به تولید کردند.
تاریخچه روشنایی LED در تولید انبوه در مونسانتو آغاز می‌شود
فردی به نام جورج کرافورد از شرکت مونسانتو در سال ۱۹۷۲ توانست از دو تراشه گالیم فسفید قرمز و سبز LEDهایی بسازد که نورهای زرد رنگ از خود تولید می‌کردند. همین امر سبب شد تا شرکت مونسانتو اولین شرکتی باشد که لامپ‌های LED را در مقیاس‌های بزرگ و جهت مصارف انبوه تولید کند.
همین فرد توانست LED بسازد که ده برابر بیشتر از LED هولونیاک از خود نور تولید کند.
LEDهای قرمز، زرد، سبز و نارنجی
دیود تابش نور بالا برای استفاده از فیبر نوری در سال 1976 توسط توماس پیرسال (Thomas P. Pearsall) جهت ارتباطات از راه دور توسعه داده شد.کار تحقیق و توسعه مداوم و فشرده در زمینه فناوری LED منجر به توسعه نسل اول LEDهای قرمز، زرد و سبز فوق العاده روشن در سال‌های اولیه دهه 1980 شد. علاوه بر این، دانشمندان به کمک ترکیب فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم (AlGalnP) و استفاده از آن به عنوان نیمه رسانا در سال ۱۹۹۰ توانستند LEDهای نورانی با رنگ‌های قرمز، نارنجی، زرد و سبز تولید کنند.
LEDهای آبی و سفید
فردی به نام شوجی ناکامورا در سال ۱۹۷۹ توانست LEDهایی با رنگ آبی اختراع کند. شوجی در ساخت این LEDها از گالیم نیترید استفاده کرد. این لامپ‌ها نورهایی به رنگ آبی بسیار روشن داشتند که بعدها با پوشاندن تراشه نور آبی با فسفرهای فلورسنت، دانشمندان توانستند LED با نور سفید اختراع کنند.
این طرح در سال ۱۹۷۹ اجرا شد، اما تولید آن با وسایل موجود بسیار پر هزینه بود. به همین دلیل در سال ۱۹۹۳ این محصول به تولید انبوه رسید. تیمی که باعث اختراع این تکنولوژی شده بود، در سال ۲۰۱۴ موفق به دریافت جایزه نوبل فیزیک شد.
در ابتدا دیودهای ساطع‌کننده نور بسیار گران بودند و هر قطعه حدود 200 دلار آمریکا بود. به همین دلیل، آنها تنها در تجهیزات آزمایشگاهی بسیار حرفه‌ای مورد استفاده قرار گرفتند. Fairchild Semiconductors در دهه 1970 موفق شد با استفاده از فرآیند مسطح در تولید تراشه‌های نیمه هادی برای دیودهای ساطع‌کننده نور، هزینه LED تکی را به 5 سنت کاهش دهد. Fairchild با استفاده از روش‌های نوآورانه بسته‌بندی و فرآیند مسطح تولید تراشه، LED را به یک محصول تجاری با کاربردهای متنوع تبدیل کرد.
کاربرد LED
LED با نور مرئی به عنوان جایگزینی برای چراغ‌های رشته‌ای و نئون‌ها شده و امروزه کاربرد گسترده‌تری دارند و به عضو جدایی ناپذیردر زندگی بشر تبدیل شده‌اند.از انواع کاربرد LEDها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
به عنوان لامپ در منازل و صنایع
دیودهای ساطع‌کننده نور در وسایل نقلیه‌ای مانند اتومبیل، دوچرخه و غیره
تابلوهای نمایش LED مانند تابلوهای محل اقامت، تابلوهای تبلیغاتی، تابلوهای راه و غیره
در تابلوهای راهنما
به عنوان عناصری در نمایشگرهای هفت بخش
در نمایشگرهای بزرگ RGB
در سمافورها (Semaphore) و سایر سیگنال‌های بصری
در ماشین حساب‌ها، ساعت‌ها و چراغ قوه ها
LEDهای مادون قرمز در واحدهایی برای کنترل از راه دور در تلویزیون‌ها، دی وی دی‌ها و سایر مکان‌هایی که نیاز به کنترل بی‌سیم دارند، بیشتر کاربرد دارد.
به طور خلاصه اختراع LED انقلابی در مصرف کمتر انرژی نسبت به لامپ‌های رشته‌ای ایجاد کرد، لامپ‌های LED امروزی شش تا هفت برابر کارآمدتر از لامپ‌های رشته‌ای سنتی هستند. چراغ‌های LED نسبت به همتایان رشته‌ای خود 80 درصد انرژی کمتری مصرف می‌کنند. آنها همچنین 25 برابر بیشتر عمر می‌کنند. چراغ‌های LED برای نصب در مقیاس بزرگ مقرون به صرفه هستند.
در همین حال، تحقیقات در مورد فناوری LED ادامه دارد. در حال حاضر LEDهایی وجود دارند که نور بنفش خالص و حتی ماوراء بنفش “سیاه” را ساطع می‌کنند. افزایش بهره وری انرژی چراغ‌های LED صاحبان مشاغل را بر آن داشته است تا از این چراغ‌ها در مقیاس وسیع در دفاتر، عملیات صنعتی و توسعه‌های تجاری خود برای صرفه جویی بیشتر در هزینه‌ها استفاده کنند.
