الدايود المنبعث للضوء الأبيض

تعريف LED الأبيض

يُعرف LED الأبيض بأنه تقنية إضاءة تستخدم طرقًا مختلفة لإنتاج ضوء أبيض من خلال LEDs، وهي الآن مستخدمة على نطاق واسع في العديد من تطبيقات الإضاءة.

لقد ثورة الثنائيات الباعثة للضوء البيضاء (أو LEDs البيضاء) في مجال الإضاءة. في البداية، كانت LEDs مقتصرة على المؤشرات والشاشات والإضاءة الطارئة. الآن، يتم استخدام LEDs البيضاء تقريبًا في جميع تطبيقات الإضاءة، من الإضاءة الداخلية إلى إضاءة الشوارع وإضاءة الفيضانات، مما يجعلها شائعة الاستخدام.

لا يمكن لـ LEDs أن تصدر ضوءًا أبيض بشكل طبيعي، ولكن تقنيات معينة تمكنها من ذلك. الطرق الرئيسية لإنتاج الضوء الأبيض في LEDs هي تحويل الطول الموجي ومزج الألوان والتكنولوجيا الهومو-إبيتاكسيالية ZnSe.

تحويل الطول الموجي

يعمل تحويل الطول الموجي على تحويل الإشعاع المنبعث من LED إلى ضوء أبيض. تتضمن الطرق استخدام LED أزرق مع فوسفور أصفر، أو عدة فوسفورات، أو LED فوق بنفسجي مع فوسفورات RGB، أو LED أزرق مع نقاط كمياتية.

LED أزرق وفوسفور أصفر

في هذه الطريقة لتحويل الطول الموجي، يتم استخدام LED يصدر إشعاعًا أزرقًا لتحفيز فوسفور أصفر (غرن الزركونيوم الألومنيوم). هذا يؤدي إلى إصدار ضوء أصفر وأزرق، وخلطة الضوءين الأزرق والأصفر تعطي مظهر الضوء الأبيض. تعتبر هذه الطريقة أقل تكلفة لإنتاج الضوء الأبيض.

LED أزرق وفوسفورات متعددة

تتضمن هذه الطريقة لتحويل الطول الموجي استخدام عدة فوسفورات مع LED أزرق. كل فوسفور يستخدم يصدر ضوءًا بألوان مختلفة عندما يسقط الإشعاع المنبعث من LED الأزرق عليها. هذه الألوان المختلفة من الضوء تمتزج مع الضوء الأزرق الأصلي لإنتاج الضوء الأبيض. استخدام الفوسفورات المتعددة بدلاً من الفوسفور الأصفر ينتج ضوءًا أبيض له طيف أطول وأفضل جودة للون من حيث CRI وCCT. ومع ذلك، فإن هذه العملية أكثر تكلفة مقارنة بالعملية التي تتضمن فقط الفوسفور الأصفر (YAG).

LED فوق بنفسجي مع فوسفورات RGB

الطريقة الثالثة لتحويل الطول الموجي تتعلق باستخدام LED يصدر إشعاعًا فوق بنفسجيًا مع فوسفورات حمراء وخضراء وأزرق (RGB). يصدر LED الإشعاع فوق البنفسجي، الذي لا يمكن رؤيته بالعين البشرية، والذي يسقط على الفوسفورات الحمراء والخضراء والأزرق ويحفزها. عند تنشيط هذه الفوسفورات RGB، تصدر إشعاعات تمتزج معًا لتوفير ضوء أبيض. هذا الضوء الأبيض له طيف أطول من التقنيات المذكورة سابقًا.

LED أزرق ونقاط كمية

في هذه الطريقة، يتم استخدام LED أزرق لتحفيز النقاط الكمية. النقاط الكمية هي بلورات نصف موصلات صغيرة جدًا بين 2 و10 نانومتر. تتوافق مع قطر يتراوح بين 10 و50 ذرة. عند استخدام النقاط الكمية مع LED أزرق، تشكل طبقة رقيقة من الجسيمات النانوية تحتوي على 33 أو 34 زوجًا من الكادميوم أو السيلينيوم التي تغطي أعلى LED. الضوء الأزرق المنبعث من LED يحمس النقاط الكمية. يؤدي هذا التحفيز إلى إنتاج ضوء أبيض له طيف أطول شبه مماثل للضوء الأبيض المنتج بواسطة LED فوق البنفسجي مع فوسفورات RGB.

مزج الألوان

يتم تركيب عدة LEDs (عادة ما تصدر الألوان الأساسية الحمراء والأزرق والأخضر) داخل مصباح وتتم تنظيم شدة كل LED بشكل متناسب للحصول على ضوء أبيض. هذه هي الفكرة الأساسية لمزج الألوان. تتطلب تقنية مزج الألوان استخدام اثنين على الأقل من LEDs معاً، يصدر أحدهما ضوءًا أزرقًا والأخر ضوءًا أصفرًا، ويتم تغيير شدة كل منهما للحصول على ضوء أبيض. يمكن أيضًا القيام بمزج الألوان باستخدام أربعة LEDs حيث يتم استخدام الألوان الحمراء والأزرق والخضراء والأصفر بجانب بعضها البعض. بما أن الفوسفورات لا تستخدم في مزج الألوان، فلا يوجد فقدان للطاقة أثناء عملية التحويل، وبالتالي فإن تقنية مزج الألوان تكون أكثر كفاءة من تقنيات تحويل الطول الموجي.

ZnSe الهومو-إبيتاكسيالي

تعاونت شركة Sumitomo Electric Industries, Ltd. في أوساكا، اليابان، مع شركة Procomp Informatics, Ltd. في تايبيه، تايوان، في مشروع مشترك تم تسميته Supra Opto, Inc. لتطوير وتجارية تقنية جديدة لإنتاج الضوء الأبيض من خلال LED. تُعرف هذه التقنية الجديدة باسم تقنية ZnSe الهومو-إبيتاكسيالية لإنتاج الضوء الأبيض.

في هذه التقنية، يتم إنتاج الضوء الأبيض عن طريق نمو طبقة إبيتاكسيالية لـ LED أزرق على قاعدة الزنك السيلينيد (ZnSe). هذا يؤدي إلى إصدار الضوء الأزرق من المنطقة النشطة والضوء الأصفر من القاعدة في نفس الوقت. طبقة LED الإبيتاكسيالية أصدرت ضوءًا أزرقًا مائلًا للأخضر عند 483 نانومتر، بينما أصدرت قاعدة ZnSe ضوءًا برتقاليًا عند 595 نانومتر في نفس الوقت. مزيج الضوء الأزرق المائل للأخضر بطول موجي 483 نانومتر والضوء البرتقالي بطول موجي 595 نانومتر ينتج ضوءًا أبيض، ونحصل على LED أبيض ذو درجة حرارة لون مرتبطة (CCT) تتراوح بين 3000 كلفن وما فوق. عمر هذا LED الأبيض المتوسط حوالي 8000 ساعة.

حاليا، يتم استخدام هذا LED في تطبيقات مثل الإضاءة والمؤشرات والإضاءة الخلفية للشاشات البلورية السائلة. ومع زيادة عمره المتوسط، سيصبح هذا LED الأبيض مناسبًا لتطبيقات إضاءة إضافية.