تاریخچه ال‌ای‌دی

مقدمه

امروزه بیش از هر زمان دیگری از لامپ‌های ال‌ای‌دی استفاده می‌کنیم، بنابراین لازم است با تاریخچه ال‌ای‌دی آشنا شویم و بدانیم که چه کسی آن‌ها را اختراع کرد. همچنین می‌توانید تاریخچه انواع لامپ را از “تاریخچه لامپ الکتریکی” مطالعه کنید.

ال‌ای‌دی چیست؟

LED به معنی دیود نورافشان (Lighting Emitting Diode) است. دیود یک جزء الکتریکی است که هنگام اتصال به جریان مستقیم، نور را منتشر می‌کند.

این ماده در اصل الکترولومینسانس (Electroluminescence) کار می‌کند و می‌تواند نور را در طیف مرئی و همچنین مادون قرمز و ماورا بنفش ساطع کند. الکترولومینسانس یا تابناکی به معنی تابش فوتون‌‌‌‌‌های نور (فرابنفش، مرئی یا فروسرخ) از یک جسم به دلیل‌ گذار الکترون‌‌‌‌‌های برانگیخته از تراز‌‌‌‌های بالا به پایین است.

تاریخچه ال‌ای‌دی

در سال ۱۹۰۷، یک مهندس رادیو بریتانیایی به نام هنری جوزف راند (Henry Joseph Round) که برای گولیلمو مارکونی (Guglielmo Marconi) کار می‌کرد؛ با استفاده از ردیاب‌های کریستالی آزمایشاتی را انجام داد. او برای اولین بار متوجه شد که وقتی ولتاژ ۱۰ ولتی بر بلور carborundum (کاربید سیلیسیوم) اعمال می‌شود، نوری زرد رنگ منتشر می‌شود. اگرچه “هنری راند” مکانیسم این پدیده را درک نکرد، اما یافته های خود را در سال ۱۹۰۷ در مجله‌ای به نام برق جهانی منتشر کرد.

ردیاب کریستالی

ولگ ولادیمیرویچ لوزف (Oleg Vladimirovich Losev) از روسیه در سال ۱۹۲۷، مقاله‌ای با عنوان “آشکارساز کاربید سیلیسیوم درخشان و اثر تشخیص و نوسانات با بلورها” منتشر کرد.

لوزف هنگام کار با گیرنده‌های رادیویی متوجه شد که وقتی جریان مستقیم از طریق محل اتصال کاربید سیلیسیوم عبور داده می‌شود، نقطه‌ای از با نور زرد رنگ روشن می‌شود. در حقیقت او یک دیود تابش نور ساخته بود. اگرچه این تأثیر پیش‌تر توسط هنری جوزف راند مشاهده شده بود، اما لوزف اولین کسی بود که نظریه‌ای درباره نحوه عملکرد این اثر و پیش‌بینی کاربردهای عملی ارائه داد. در سال ۱۹۲۷، لوزف جزئیات مشاهدات خود را در یک ژورنال روسی منتشر کرد.

ال‌ای‌دی مادون قرمز

پس از چند دهه عدم پیشرفت و کشف دستاورد جدید در این حوزه، در سال ۱۹۶۱، گری پیتمن (Gary Pittman) و باب بیارد (Bob Biard) از شرکت Texas Instruments، دریافتند که دیود گالیم آرسنید هر بار که به جریان برق متصل شود، نور مادون قرمز منتشر می‌کند. در همان سال آن‌ها برای LED مادون قرمز ثبت اختراع کردند.

ال‌ای‌دی مادون قرمز

اولین ال‌ای‌دی با نور مرئی

نیک هولونیاک جونیور (Nick Holonyak)، شاغل در جنرال الکتریک، در سال ۱۹۶۲ اولین دیود تابش نور را تولید کرد که در محدوده فرکانس نور مرئی، نور منتشر می‌کرد. این یک ال‌ای‌دی قرمز بود. هولونیاک برای دستیابی به این موفقیت، عنوان “پدر لامپ led” را به دست آورد.

مخترع ال‌ای‌دی مرئی، هولونیاک

آزمایش با یک نوع ماده نیمه رسانا که می‌توانست LED های کارآمدتری تولید کند، در طول دهه ۱۹۶۰ ادامه داشت. در سال‌های ابتدایی این دهه، LED ها با استفاده از گالیم آرسیدید فسفید روی یک بستر گالیم آرسنید ساخته می‌شدند. استفاده از گالیم فسفید به عنوان بستر، باعث افزایش راندمان LED ها و روشن‌تر رنگ قرمز آن‌ها شد. خیلی زود و پس از تولید ال‌ای‌دی‌های بهتر، LED های نارنجی رنگ شروع به تولید کردند.

در سال ۱۹۷۲، جورج کرافورد (M. George Craford) از شرکت مونسانتو از دو تراشه گالیم فسفید (یکی قرمز و دیگری سبز) برای ساخت LED هایی که نور زرد رنگ منتشر می‌کردند، استفاده کرد. اتفاقاً شرکت مونسانتو اولین شرکتی است که لامپ‌های LED را در مقیاس وسیع و برای مصرف انبوه تولید می‌کند. کرافورد همچنین یک LED اختراع کرد که حدوداً ده برابر بیشتر از نسخه هولونیاک تابش می‌کرد.

توماس پیرسال (Thomas P. Pearsall) در سال ۱۹۷۶، دیود تابش نور بالا را برای استفاده از فیبر نوری در ارتباطات از راه دور توسعه داد.تحقیق و توسعه مداوم و فشرده در فن آوری LED، منجر به توسعه اولین نسل از LED های فوق العاده روشن قرمز، زرد و سبز در سال های اولیه دهه ۱۹۸۰ شد.

در اوایل دهه ۱۹۹۰، دانشمندان با استفاده از  فسفید آلومینیوم گالیم ایندیم یا به اختصار AlGaInP، به عنوان ماده نیمه هادی، توانستند LED های بسیار روشن‌تری به رنگ‌های قرمز، نارنجی، سبز و زرد تولید کنند.

ال‌ای‌دی آبی و سفید

در سال ۱۹۷۹، شوجی ناکامورا (Shuji Nakamura)، ال‌ای‌دی‌هایی به رنگ آبی و با استفاده از گالیم نیترید اختراع کرد. این چراغ‌های LED آبی بسیار روشن، پایه و اساس توسعه led های سفید که امروزه معمولاً در فضاهای تجاری و تولیدی نصب می‌شوند، هستند. دانشمندان دریافتند که با پوشاندن تراشه نور آبی با فسفرهای فلورسنت، می‌توان از این دیود برای انتشار نور سفید روشن استفاده کرد. لازم به ذکر است که اختراع ناکامورا در سال ۱۹۷۹به علت گران بودن برای استفاده تجاری، در سال ۱۹۹۳ به تولید انبوه رسید.

مخترع ال‌ای‌دی آبی

کاربردها

ال‌ای‌دی با نور مرئی، به عنوان جایگزینی برای چراغ‌های رشته‌ای و نئونی، در نمایشگرهای هفت قسمتی (seven segment)، در نمایشگرهای بزرگ RGB، در ماشین حساب، ساعت و چراغ قوه و … مورد استفاده قرار می‌گیرد. از LED های مادون قرمز در کنترل از راه دور در تلویزیون، دی‌وی‌دی‌ها و سایر مکان‌هایی که به کنترل بی‌سیم نیاز دارند، استفاده می‌شود.مزایای استفاده از LED ها زیاد است؛ اما نقص‌هایی نیز وجود دارد. از جمله مزیت مهم led این است که بسیار کم‌مصرف هستند. اندازه کوچکی دارند، زمان روشن / خاموش آن‌ها بسیار کوتاه‌تر از انواع دیگر منبع نور الکتریکی است (سریع هستند)، طول عمر آن‌ها طولانی‌تر است و نسبت به آسیب مقاوم هستند.از جمله نقص ال‌ای‌دی‌ها می‌توان به قیمت بالای آن‌ها در هر لومن و وابستگی زیاد به دمای بیرون اشاره کرد.

جمع بندی

به طور خلاصه اگر بخواهیم به ترتیب تاریخچه ال‌ای‌دی را تیتر‌وار بیان کنیم، خواهیم داشت:

۱۹۰۷: هنری راند اولین کسی است که الکترولومینسانس را کشف و توصیف می‌کند. او هنگام عبور جریان از طریق کریستال کاربید سیلیسیوم، متوجه درخشش نوری زرد رنگ شد.

۱۹۲۷: دانشمند روسی به نام اولگ لوزف همان درخشش ساطع شده توسط دیودهای حالت جامد را هنگام اتصال به یک جریان الکتریکی مشاهده می‌کند. او به تحقیق و انتشار نظریه‌های مفصل در مورد این موضوع پرداخته و به یکی از اولین فیزیکدانان علم نیمه هادی تبدیل می‌شود. لوزف آزمایش راند را انجام داده و ماهیت پدیده را بررسی می‌کند.

۱۹۶۱: بیارد و پیتمن فناوری IR یا ال‌ای‌ی مادون قرمز را که هنوز در حال استفاده است، کشف و ثبت کردند.

۱۹۶۲: تولد لامپ LED: هونولیاک یک LED قرمز قابل رؤیت ساخت. از او به عنوان پدر ال‌ای‌دی یاد می‌شود.

۱۹۷۲: کرافورد، دانش آموز سابق هولونیاک اولین ال‌ای‌دی زرد رنگ را ایجاد می‌کند و ال‌ای‌دی هولونیاک را نیز بهبود می‌بخشد.

۱۹۷۶: تام پیرسل، یک LED بسیار روشن و کارآمد برای ارتباطات فیبر نوری اختراع می‌کند.

۱۹۹۳: شوجی ناکامورا، ایسامو ناکازاکی و هیروشی آنامو یک چراغ آبی روشن و ارزان ایجاد می‌کنند. اختراع ال‌ای‌دی آبی بلافاصله منجر به تولد LED سفید شد. این تیم در سال ۲۰۱۴ موفق به دریافت جایزه نوبل فیزیک شد.

۲۰۰۱: ظهور led های قابل حمل

۲۰۰۳: ساخت اولین ماژول‌های ال‌ای‌دی COB.

 

اشتراک گذاری: