تکنولوژی ال ای دی سفید، صنعت روشنایی جهانی را تغییر می دهد

در طول تمدن بشر، هر تکرار تکنولوژی روشنایی ساختار اجتماعی و روش های تولید را به طور عمیق تغییر داده است.و شمع ها به عصر لامپ های فلورسنت ادیسون و گسترش بعدی چراغ های فلورسنت، تلاش بشریت برای روشنایی همواره در اطراف سه پارامتر کلیدی بوده است: کارایی، طول عمر و کیفیت طیف.یکی از پیشرفت های تکنولوژیکی در اواخر قرن بیستم دیودهای تولید کننده نور سفید (WLEDs)نه تنها به سلطه ی یک قرن لامپ های روشنایی پایان داد، بلکه از طریق کوچک سازی نیمه هادی و بهبود بهره وری انرژی،که بشریت را به عصر دیجیتال اپتوالکترونیک وارد کرد.

در طول دهه 1980 تا اوایل دهه 1990 ، کاربردهای LED عمدتاً به چراغ های شاخص ، نمایشگرهای ماشین حساب و علائم بیرونی محدود محدود شده بود. این فناوری با یک تناقض اساسی روبرو شد:چگونگی دستیابی به تنظیمات پیکسل با چگالی بالا در فضای فیزیکی محدود.

نمایشگرهای LED تمام رنگی اولیه از بسته بندی های جداگانه استفاده می کردند، که به مهندسان نیاز داشت که تراشه های LED قرمز (R) ، سبز (G) و آبی (B) را در کنار هم روی صفحه مدار نصب کنند تا پیکسل های کامل را تشکیل دهند.این معماری محدودیت های قابل توجهی را اعمال کرد:

• محدودیت های ارتفاع:هر تراشه نیاز به سخت افزار نصب فردی، سیم های چسب و رزین کپسول، ایجاد فاصله پیکسل زیر میلی متر تقریبا غیرممکن است.
• پیکسل سازی قابل مشاهده:در حالی که دیدن از دور در فضای باز اجازه می دهد تا رنگ ها مخلوط شوند، نزدیک بودن در داخل نشان می دهد اثرات موزاییکی آشکار است.
• توزیع نابرابر نور:جدایی فضایی تراشه ها باعث تغییر رنگ قابل توجه در زاویه های مختلف می شود.

با افزایش تقاضا برای نمایشگرهای تجاری، بازار صفحه نمایش بزرگ داخلی بسیار رقابتی شد.با این حال، این محدودیت های فیزیکی مانع از نمایشگرهای LED از پاسخگویی به الزامات سختگیرانه داخلی برای وضوح بالا و کنتراست شد.، نیاز به راه حل های پیچیده بسته بندی انقلابی است.

در اواسط دهه 1990، پیشگامان صنعت مانند شرکت Nichia شروع به توسعه راه حل های بسته بندی یکپارچه کردند که بعداً به عنوان "3-in-1" یا فناوری دستگاه نصب سطح (SMD) شناخته می شود.

مفهوم "۳ در ۱" تراشه های کوچک قرمز، سبز و آبی را در یک محفظه کوچک قرار می دهد، که ترکیب رنگ را در سطح میکروسکوپی امکان پذیر می کند.این نوآوری به طور چشمگیری کم کردن پیکسل در حالی که افزایش اشباع رنگ و زاویه های مشاهده.

هنگامی که عرضه شد، توسعه دهندگان یک پدیده غیر منتظره را مشاهده کردند: در حالی که تقاضا برای صفحه نمایش چندرنگ وجود داشت، شور و شوق بازار برای نور سفید خالص از انتظارات فراتر رفت.هنوز به لامپ های فلورسنت غیر کارآمد و حاوی جیوه وابسته است، به سرعت به جایگزین های پایدار و انرژی کارآمد بدون فلزات سنگین نیاز دارد.

با این حال، تولید نور سفید مبتنی بر RGB چالش های قابل توجهی ایجاد کرد:

• هزینه های بالا از مدارهای چند راننده
• تغییر دما رنگ از پیری نابرابر تراشه
• محدودیت های بهره وری سیستم از الکترونیک پیچیده

این واکنش بازار تحقیقات را به سمت علوم مواد هدایت کرد: آیا "نور سفید یک منبع" می تواند از طریق روش های فیزیکی ساده تر به دست آید؟

تولد ال ای دی های سفید نشان دهنده پیروزی علم مواد بین رشته ای است، ترکیبی از فیزیک نیمه هادی با مواد فوتولومینیسنت.

پیشرفت ال ای دی آبی در سال 1993 توسط شوجی ناکامورا در نیکیا، بستر فیزیکی ضروری را فراهم کرد. فوتون های آبی با انرژی بالا به "منابعی پمپ" ایده آل برای تحریک فسفر تبدیل شدند.

محققان متوجه شدند که پوشش دی ای دی های آبی با مواد تبدیل نور آبی به زرد می تواند نور سفید را از طریق مخلوط کردن رنگ های افزودنی تولید کند.مطالعات سیستماتیک مواد گارنت آلومینیوم اتریوم (YAG) نشان داد که فسفرهای YAG با سیریوم دارای بهره وری تبدیل استثنایی و ثبات حرارتی هستند.

• اصل نوری:نور آبی (~ 450-460nm) و زرد تولید شده توسط YAG (~ 550-570nm) از ادراک رنگ انسان برای ظاهر سفید استفاده می کنند.
• فروش:راه حل "چیپ آبی + فسفر YAG" در سال 1996 سیستم های پیچیده RGB را از بین برد و نور سفید کارآمد را از یک تراشه و لایه فسفر واحد فراهم کرد.

ال ای دی های سفید نه تنها تکنولوژی روشنایی را بهبود بخشیدند بلکه کل صنعت را انقلابی کردند.

در حالی که لامپ های رشته ای تنها 5٪ انرژی را به نور تبدیل می کنند، کارایی LED سفید (لومن / وات) در عرض چند دهه از ده ها به بیش از 200 افزایش یافته است و مصرف انرژی روشنایی جهانی را به طور چشمگیری کاهش می دهد.

ال ای دی های سفید نوردهی حالت جامد را آغاز کردند. اندازه های جمع و جورشان، طول عمرشان،و برنامه ریزی قابل تغییر روشنایی از لامپ های ایستاتیک به سیستم های هوشمند.

از ساخت تراشه تا سنتز فسفر، بسته بندی دقیق، و طراحی درایور،ال ای دی های سفید یک زنجیره تامین گسترده جهانی را به وجود آوردند که تولید نیمه هادی پیشرفته و فناوری های نمایش مانند چراغ های LCD و Micro-LED را ایجاد کرد..

توسعه ال ای دی سفید نمونه ای از نوآوری مهندسی است: حل پیکسل سازی صفحه نمایش از طریق بسته بندی یکپارچه به طور غیر منتظره نیازهای نور سفید را پاسخ می دهد،در نهایت به دست آوردن تحول تکنولوژیکی از طریق علم مواد.

این مسیر نوآوری غیر خطی نشان می دهد که چگونه درک عمیق از خواص مواد، اصول نوری و نیازهای بازار می تواند نتایج انقلابی را به همراه داشته باشد.محیط های روشن امروز و نمایشگرهای دیجیتال پر جنب و جوش نشان دهنده سود این انقلاب تکنولوژیک نیم قرن است.

به جلو نگاه می کنیم، نقاط کوانتومی، نور لیزر و مواد پرووسکیتی وعده می دهند که فناوری LED سفید را به جلو ببرند، و همچنان دنیای ما را از طریق برنامه های کاربردی در خانه های هوشمند، مراقبت های بهداشتی،و روشنایی بیولوژیکی.