LED

נורת לד (LED)

LEDאנגלית: Light-Emitting Diode - דיודה פולטת אור או בשמה העממי "לד") היא דיודה הפולטת אור בספקטרום צר בעת מעבר זרם חשמלי. דיודות מסוג זה הן הרכיב העיקרי בנוריות חיווי ובקרה וכן בנורות LED, והן נמצאות גם בטלפונים סלולריים ובצגי טלוויזיה ומחשב.

דיודות אור בשלושת הצבעים הבסיסיים

היסטוריהעריכה

 
תצוגת LED במחשבון משנת 1978. הספרות הוגדלו משמעותית על ידי שימוש בעדשות בגלל העוצמה הנמוכה של האור

ב-1957 דיווח רובין בראונסטין (אנ'), 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 אור בספקטרום אינפרא אדום משמשות עד היום בהתקני שלט-רחוק. באותה שנה פיתחו ניק חולונייק (אנ') ואולג לוסב (אנ') את הדיודה הראשונה שפולטת אור בתחום האור הנראה. הדיודה פלטה אור אדום[1]. ב-1972 פותחה דיודה הפולטת אור צהוב. הייצור שלהן החל בשנות השישים, בתחילה בצבע אדום, ובמחיר גבוה יחסית. 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. עם ההתפתחות הטכנולוגית ניתן לייצר דיודות שיפלטו אור בצבעי הספקטרום הנראה, בתחום התת-אדום ובתחום העל-סגול. כדי לייצר אור לבן, נדרש היה פיתוח של LED לאור כחול[2]. ב-1972, הרברט פאול מארושקה וואלי רהינס מאוניברסיטת סטנפורד, פיתחו את הדיודה הראשונה שפולטת אור בצבע כחול מסוג גליום ניטריד[3][4]. בשנת 1989, חברת Cree (אנ') פיתחה דיודות אור כחולות מסוג צורן קרביד שאפשרו לייצר דיודות RGB[5][6] ואף אור לבן משילוב שלושת הצבעים. אולם רק עם פיתוח דיודות פולטת אור כחולות בבהירות גבוהה ביפן בתחילת שנות התשעים על ידי שוג'י נקמורה, הירושי אמאנו, ואיסאמו אקאסאקי, התאפשר לקראת סוף העשור פיתוחן של דיודות פולטות-אור לבנות, המורכבות מדיודה כחולה וציפוי זרחני צהוב שיוצרים ביחד אור לבן, בעוצמה מספקת כדי לשמש לתאורה, ולייצור של נורות LED שיחליפו את נורות הליבון הוותיקות. למרות היתרונות העיקריים עליהם מצהירים יצרני התאורה ביחס לנורות אלה, הכוללים נצילות אורית גבוהה ואורך חיים משוער שיכול להגיע ל-60,000 שעות פעולה, בפועל מסיימות רבות מנורות ה-LED את חייהן כבר לאחר מספר שנים בודדות[7][8][9][10].

אף ששוג'י נקמורה, הירושי אמאנו, ואיסאמו אקאסאקי לא המציאו את נורת ה-LED הכחולה, אלא תרמו להפיכתה למוצר מסחרי, הם זכו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2014 על הישג זה[11]. זהו הפיתוח הראשון בהיסטוריה בתחום התאורה שזוכה להכרה על ידי פרס נובל. מדענים אחרים, שעסקו בפיתוחים לא פחות חשובים בתחום התאורה (כדוגמת תומאס אדיסון, שהפך את התאורה החשמלית לנחלת הכלל, המפרי דאווי שגילה את הקשת החשמלית, ניק חולונייק ואולג לוסב, ממציאי דיודת ה-LED הראשונה שפלטה אור בתחום האור הנראה[12], וכן הרברט פאול מארושקה, ממציא דיודת ה-LED הכחולה בפועל[3][4]), לא זכו בפרס נובל. זהו גם אחד מההישגים הטכנולוגיים הבודדים בהיסטוריה שזכה להכרה על ידי פרס נובל, שאיננו ממוקד בתחום הטכנולוגיה. הפרס המקביל לנובל בתחום הטכנולוגיה הוא פרס טכנולוגיית המילניום (אנ').

עקרון הפעולהעריכה

 
דיודות פולטות אור מסוגים שונים

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 ממתח קדמי מצד ה-p לצד ה-n, אך לא יזרום בכיוון ההפוך כאשר הדיודה במתח אחורי. נושאי מטען (אלקטרונים וחורים) יסחפו אל תוך הצומת כתוצאה מהמתח הקדמי שמופעל על הדיודה. ברגע שאלקטרון יפגוש חור, הוא יאבד מהאנרגיה שלו וייפול למצב אנרגטי נמוך יותר.

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

שימושים ב־LEDעריכה

דיודות פולטות אור הן הרכיב העיקרי בנוריות חיווי ובקרה וכן בנורות LED.

 
רמזור מופעל בתאורת LED
 
פנסי LED של מכונית

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. כיוון שהנורה הופכת אנרגיה חשמלית לאור ומסוגלת לעשות את התהליך ההפוך, ניתן להשתמש בה עם רב מודד כדי לבדוק את עוצמת האור.

ה-LED איננו מסיים את חייו בדרך כלל באופן פתאומי כמו נורת להט, אלא מספק פחות ופחות אור לאורך זמן.

מיחזורעריכה

כמו בכל מוצר אלקטרוני, נורות וגופי תאורה של LED מכילות רכיבים אלקטרונים רבים שייצורם מזהם מאוד את הסביבה והן מהוות פסולת אלקטרונית בעת השלכתן, עקב כך יש לפנות אותן למיחזור אלקטרוניקה שידוע כמזהם סביבתי חמור[14][15][16][17].

ראו גםעריכה

קישורים חיצונייםעריכה

  מדיה וקבצים בנושא LED בוויקישיתוף

הערות שולייםעריכה

  1. ^ "Nobel Prize: Inventor of red LED criticises committee for overlooking". The Independent (באנגלית). 2014-10-08. נבדק ב-2016-10-11.
  2. ^ דר. משה נחמני, ‏תרומת זוכי הנובל: לדים כחולים ממלאים את העולם באור חדש, באתר "הידען", 8 באוקטובר 2014
  3. ^ Nobel Shocker: RCA Had the First Blue LED in 1972, IEEE Spectrum: Technology, Engineering, and Science News
  4. ^ "Oregon tech CEO says Nobel Prize in Physics overlooks the actual inventors". OregonLive.com. נבדק ב-2017-01-11.
  5. ^ LEDs - Gallium Indium Nitride UV, violet, purple, blue, aqua, turquoise, green, white. Also Gallium Arsenide and others. New LED MUSEUM! GaN, InGaN, SiC, GaAs, GaP, GaAlP, ZnSe, flashlight, flashlights., www.ledmuseum.net
  6. ^ Cree History & Milestones, www.cree.com
  7. ^ "One in four 'long-life' bulbs doesn't last as long as makers claim". Mail Online. נבדק ב-2017-10-05.
  8. ^ Fallon, Sean. "LED Bulb Life Spans Are Not What They Seem". Gizmodo (בAmerican English). נבדק ב-2017-10-05.
  9. ^ "Are your LED light bulbs burning out too soon? - Which? Conversation". Which? Conversation (באנגלית בריטית). 2014-01-20. נבדק ב-2017-10-05.
  10. ^ The big lie about LED lighting, eeNews Europe, ‏2014-12-31 (באנגלית)
  11. ^   עידו אפרתי, הוכרזו הזוכים בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2014 - מפתחי טכנולוגיית ה-LED, באתר הארץ, 7 באוקטובר 2014
  12. ^ "Nobel Prize: Inventor of red LED criticises committee for overlooking". The Independent (באנגלית). 2014-10-08. נבדק ב-2016-10-11.
  13. ^ יובל מן, להתראות למקרן: מסך ה-LED מגיע לקולנוע, באתר ynet, 1 באפריל 2019
  14. ^ Are Light Emitting Diodes (LED) e-waste? – | be Waste Wise (באנגלית)
  15. ^ theresa.luger, LED Lamps Recycling Technology for a Circular Economy — LED professional - LED Lighting Technology, Application Magazine, www.led-professional.com (באנגלית)
  16. ^ Recycling LEDs Becomes a Pressing Issue - LEDinside, www.ledinside.com (באנגלית)
  17. ^ Are waste LEDs hazardous? - European Commission