LED

LED (מאנגלית: 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.

היסטוריה

ב-1957 דיווח רובין בראונסטין , עובד RCA, על גילוי פליטת אור אינפרא אדום ממוליך למחצה מסוג גליום ארסניד.

ב-1962 רשמו שני חוקרים, ג'יימס בירד וגרי פיטמן, מחברת טקסס אינסטרומנטס פטנט מספר US3293513A 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  ואולג לוסב  את הדיודה הראשונה שפולטת אור בתחום האור הנראה. הדיודה פלטה אור אדום. 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 (לרוב עד ל-350 ננומטר, אם כי חברות כמו אוסרם וסמסונג הציגו דיודות שפולטות באורכי גל קצרים). כדי לייצר אור לבן, נדרש היה פיתוח של LED לאור כחול. ב-1972, הרברט פאול מארושקה וואלי רהינס מאוניברסיטת סטנפורד, פיתחו את הדיודה הראשונה שפולטת אור בצבע כחול מסוג גליום ניטריד. בשנת 1989, חברת Cree  פיתחה דיודות אור כחולות מסוג צורן קרביד שאפשרו לייצר דיודות RGB 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.

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. זהו הפיתוח הראשון בהיסטוריה בתחום התאורה שזוכה להכרה על ידי פרס נובל. 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, 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 .

עקרון הפעולה

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־LED

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

נוריות בקרה
נוריות בשלט רחוק
גלאי תזוזה - כמו בעכבר האופטי
פנס יד
הדפסה (חלק מהמדפסות הקרויות "לייזר" משתמשות למעשה ב-LED)
תקשורת אופטית על גבי סיבים אופטיים לטווחים קצרים
תאורת חירום
תאורת מסכי LCD ו-OLED - טלוויזיות, צגי מחשב, מסכי טלפון סלולרי ומסכי בית קולנוע.
תאורה ביתית - נורות LED וגופי תאורה
תאורת רחוב
תאורת גנים ושצפ"ים
תאורת מנהרות רכב ומנהרות רכבת
תאורת מגרשי ספורט
תאורה אדריכלית (הארת מבנים, פסלים, מונומנטים ועוד), שימוש ב-RGB
תאורת רכבים
רמזורים
שלטי חוצות
 תאורה דקורטיבית (פסי LED, גרילנדות וצינורות אורות)

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.

מיחזור
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.

ראו גם
 נורה חשמלית
 נורת להט
 נורה פלואורסצנטית
 סרט לד

קישורים חיצוניים

 תאורת לד – מורה נבוכים באתר חברת החשמל
 איתי נבו, האיש שגילה את האור, ריאיון עם ממציא הלד, רשת ב', ספטמבר 2012
 איתי נבו, פרס נובל בפיזיקה למפתחי הלד הכחול, רשת ב', אוקטובר 2014
 הצד האפל של נורות הלד, ScientificAmerican, ספטמבר 2012

הערות שוליים

א
אלקטרואופטיקה
ארצות הברית: המצאות
נורות
תאורה חשמלית