الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED)، وهو جهاز أشباه موصلات في الحالة الصلبة، قادر على تحويل الطاقة الكهربائية إلى ضوء مرئي. ويعتمد الصمام الثنائي الباعث للضوء على رقاقة أشباه موصلات. أحد طرفي الرقاقة مُثبّت بحامل، والآخر قطب سالب، والآخر قطب موجب لمصدر الطاقة، بحيث تُغلّف الرقاقة بأكملها براتنج إيبوكسي.
تتكون رقاقة أشباه الموصلات من جزأين. أحدهما شبه موصل من النوع P، حيث تسود الثقوب، والآخر شبه موصل من النوع N، حيث تسود الإلكترونات. عند توصيل هذين شبه الموصلين، تتشكل وصلة PN بينهما. عندما يمر التيار الكهربائي عبر السلك على الرقاقة، تُدفع الإلكترونات إلى منطقة P، حيث تتحد مع الثقوب، ثم تُصدر طاقة على شكل فوتونات. هذا هو مبدأ انبعاث ضوء LED. يتحدد طول موجة الضوء، أي لونه، بالمادة التي تُشكل وصلة PN.
يمكن لمصباح LED أن يصدر ضوءًا أحمر وأصفر وأزرق وأخضر وأخضر وبرتقالي وأرجواني وأبيض بشكل مباشر.
في البداية، استُخدمت مصابيح LED كمصدر ضوء مؤشر للأجهزة والعدادات. لاحقًا، استُخدمت مصابيح LED بألوان فاتحة متنوعة على نطاق واسع في إشارات المرور وشاشات العرض الكبيرة، مما حقق فوائد اقتصادية واجتماعية جيدة. خذ مصباح إشارة المرور الأحمر مقاس 12 بوصة كمثال. في الولايات المتحدة، استُخدم المصباح المتوهج بقدرة 140 واط، ذو العمر الطويل وكفاءة الإضاءة المنخفضة، كمصدر للضوء في الأصل، والذي أنتج 2000 لومن من الضوء الأبيض. بعد المرور عبر مرشح الضوء الأحمر، يبلغ فقدان الضوء 90%، ويتبقى 200 لومن فقط من الضوء الأحمر. في المصباح المصمم حديثًا، تستخدم Lumileds 18 مصدر ضوء LED أحمر، بما في ذلك فقدان الدائرة. يبلغ إجمالي استهلاك الطاقة 14 واط، مما يُنتج نفس التأثير الضوئي. يُعد مصباح إشارة السيارة أيضًا مجالًا مهمًا لتطبيقات مصادر إضاءة LED.
للإضاءة العامة، يحتاج الناس إلى مصادر ضوء أبيض أكثر. في عام ١٩٩٨، طُوّر مصباح LED الأبيض بنجاح. يُصنع هذا الصمام عن طريق تغليف رقاقة GaN وYttrium aluminum garnet (YAG) معًا. تُصدر رقاقة GaN ضوءًا أزرق (λ P = ٤٦٥ نانومتر، Wd = ٣٠ نانومتر)، ويُصدر فوسفور YAG المحتوي على Ce3+ المُلبّد في درجة حرارة عالية ضوءًا أصفر بعد إثارته بهذا الضوء الأزرق، بقيمة ذروة ٥٥٠ نانومتر لمصباح LED. تُركّب ركيزة LED الزرقاء في تجويف انعكاس على شكل وعاء، مغطاة بطبقة رقيقة من الراتنج الممزوج بـ YAG، بطول موجة يتراوح بين ٢٠٠ و٥٠٠ نانومتر تقريبًا. يمتص الفوسفور جزءًا من الضوء الأزرق من ركيزة LED، بينما يُخلط الجزء الآخر مع الضوء الأصفر من الفوسفور للحصول على الضوء الأبيض.
بالنسبة لمصباح LED الأبيض InGaN/YAG، يمكن الحصول على أنواع مختلفة من الأضواء البيضاء بدرجة حرارة لون تتراوح بين 3500 و10000 كلفن عن طريق تغيير التركيب الكيميائي لفوسفور YAG وضبط سمك طبقة الفوسفور. تتميز هذه الطريقة، التي تُستخدم للحصول على الضوء الأبيض من خلال LED الأزرق، ببنيتها البسيطة وكلفتها المنخفضة وتطورها التكنولوجي، مما يجعلها شائعة الاستخدام.
وقت النشر: ٢٩ يناير ٢٠٢٤