Go bunúsach is dé-óid leathsheoltóra acomhal PN í an Dé-óid Astaíochta Éadrom (LED) a astaíonn solas monacrómatach (dath amháin) nuair a oibrítear é i dtreo claonta ar aghaidh. Is éard atá i mbunstruchtúr LED an t-ábhar leathsheoltóra astaithe dísle nó solais, fráma luaidhe ina gcuirtear an bás go fíorasach, agus an eapocsa in-ghabhála a théann timpeall agus a chosnaíonn an bás (Fíor 1). Forbraíodh na chéad stiúir inúsáidte go tráchtála sna 1960idí trí thrí phríomhghné a chomhcheangal: galium, arsanaic agus fosfar (GaAsP) chun foinse solais dearg 655nm a fháil. Cé go raibh an déine lonrúil an-íseal le leibhéil gile de thart ar 1-10mcd @ 20mA, fuair siad úsáid fós i réimse feidhmchlár, go príomha mar tháscairí. I ndiaidh GaAsP, GaP, nó fosphide gallium, forbraíodh soilse dearga. Fuarthas amach go raibh éifeachtúlachtaí chandamach an-ard ag na gairis seo, áfach, ní raibh ach ról beag acu i bhfás feidhmchlár nua do stiúir. Bhí dhá chúis leis seo: Ar dtús, tá an astaíocht tonnfhaid 700nm i réigiún speictrim ina bhfuil leibhéal íogaireachta na súl daonna an-íseal (Fíor 2) agus dá bhrí sin, ní léir go bhfuil sí an-gheal cé go bhfuil an éifeachtúlacht ard (is é an tsúil dhaonna is freagraí do sholas buí-uaine). Sa dara háit, ní bhaintear an ardéifeachtúlacht seo amach ach ag sruthanna ísle. De réir mar a mhéadaíonn an sruth, laghdaíonn an éifeachtúlacht. Is míbhuntáiste é seo d’úsáideoirí mar mhonaróirí comharthaí teachtaireachta lasmuigh a dhéanann a gcuid soilse a ilphléacsáil ag sruthanna arda de ghnáth chun leibhéil ghile a bhaint amach atá cosúil le hoibríocht leanúnach DC. Mar thoradh air sin, ní úsáidtear soilse dearga GaP faoi láthair ach i líon teoranta iarratas. De réir mar a chuaigh teicneolaíocht LED ar aghaidh trí na 1970idí, tháinig dathanna agus tonnfhaid bhreise ar fáil. Ba iad na hábhair is coitianta GaP glas agus dearg, GaAsP oráiste nó ardéifeachtúlacht dearg agus GaAsP buí, a úsáidtear go léir fós sa lá atá inniu ann (Tábla 3). Bhí an treocht i dtreo iarratais níos praiticiúla ag tosú ag forbairt freisin. Fuarthas soilse i dtáirgí mar áireamháin, uaireadóirí digiteacha agus trealamh tástála. Cé go raibh iontaofacht na soilse níos fearr i gcónaí ná iontaofacht ghealbhruthach, neoin srl., Bhí ráta teip na bhfeistí luatha i bhfad níos airde ná mar a bhaineann an teicneolaíocht reatha amach anois. Tharla sé seo i bpáirt mar gheall ar an tionól comhpháirteanna iarbhír a bhí go príomha de láimh. Rinne oibreoirí aonair tascanna ar nós eapocsa a dháileadh, an dísle a chur ina seasamh, agus eapocsa a mheascadh go léir de láimh. Mar thoradh air seo bhí lochtanna ar nós “fána eapocsa” a d’fhág go raibh sceitheadh VF (voltas ar aghaidh) agus VR (voltas droim ar ais) nó fiú an acomhal PN á ghiorrú. Ina theannta sin, ní raibh na modhanna fáis agus na hábhair a úsáideadh chomh scagtha agus atá siad inniu. Mar thoradh ar líon ard lochtanna sna sraitheanna criostail, foshraithe agus epitaxial laghdaíodh éifeachtúlacht agus saolré gairis níos giorra.
Arsanaide Alúmanam Gallium
Ní go dtí na 1980idí nuair a forbraíodh ábhar nua, GaAlAs (arsanaide alúmanaim galium), a thosaigh fás tapa in úsáid soilse. Chuir teicneolaíocht GaAlAs feidhmíocht níos fearr ar fáil ná na soilse a bhí ar fáil roimhe seo. Bhí an gile níos mó ná 10 n-uaire níos mó ná soilse caighdeánacha mar gheall ar éifeachtúlacht mhéadaithe agus struchtúir ilchineálacha, cineál heterojunction. Bhí an voltas a theastaigh le haghaidh oibríochta níos ísle agus sábháladh cumhacht iomlán dá bharr. D’fhéadfaí na soilse a bhrú nó a ilphléacsáil go héasca freisin. Cheadaigh sé seo iad a úsáid i dteachtaireachtaí athraitheacha agus i gcomharthaí lasmuigh. Dearadh soilse i bhfeidhmchláir den sórt sin mar scanóirí barrachód, córais tarchurtha sonraí snáthoptaice, agus trealamh míochaine. Cé gur dul chun cinn mór é seo i dteicneolaíocht LED, bhí míbhuntáistí suntasacha ann fós d’ábhar GaAlAs. Ar dtús, ní raibh sé ar fáil ach i dtonnfhad dearg 660nm. Ar an dara dul síos, tá díghrádú aschur solais GaAlAs níos mó ná díghrádú na teicneolaíochta caighdeánaí. Is míthuiscint le fada an lá le soilse stiúir go dtiocfaidh laghdú 50% ar aschur solais tar éis 100,000 uair an chloig oibríochta. Déanta na fírinne, d’fhéadfadh go dtiocfadh laghdú 50% ar roinnt soilse GaAlAs tar éis ach 50,000 -70,000 uair an chloig oibríochta. Tá sé seo fíor go háirithe i dtimpeallachtaí ardteochta agus / nó ard taise. Le linn na tréimhse seo freisin, ní fhaca ach buí, glas agus oráiste ach mionfheabhsú ar ghile agus éifeachtúlacht a bhí go príomha mar gheall ar fheabhsuithe ar fhás criostail agus dearadh optice. Níor tháinig aon athrú ar bhunstruchtúr an ábhair.
Chun na saincheisteanna deacra seo a shárú bhí teicneolaíocht nua ag teastáil. D'iompaigh dearthóirí LED teicneolaíocht dé-óid léasair le haghaidh réitigh. I gcomhthreo leis na forbairtí gasta i dteicneolaíocht LED, bhí dul chun cinn á dhéanamh freisin ag teicneolaíocht dé-óid léasair. I ndeireadh na 1980idí thosaigh dé-óidí léasair le haschur sa speictream infheicthe a tháirgeadh go tráchtála d’fheidhmchláir ar nós léitheoirí barrachód, córais tomhais agus ailínithe agus córais stórála na chéad ghlúine eile. D’fhéach dearthóirí LED le teicnící comhchosúla a úsáid chun soilse ard-ghile agus ard-iontaofachta a tháirgeadh. Mar thoradh air seo forbraíodh InLaAlP (Indium Gallium Aluminium Phosphide) le feiceáilLEDs. Cheadaigh úsáid InGaAlP mar an t-ábhar luminescent solúbthacht i ndearadh dath aschuir LED ach trí mhéid na bearna banda fuinnimh a choigeartú. Mar sin, d’fhéadfaí soilse glasa, buí, oráiste agus dearga go léir a tháirgeadh ag úsáid na teicneolaíochta bunúsacha céanna. Ina theannta sin, cuirtear feabhas suntasach ar dhíghrádú aschur solais ábhar InGaAlP fiú ag teocht agus taise ardaithe.
Forbairtí Reatha Teicneolaíocht LED Ghlac soilse InGaAlP tuilleadh gile le forbairt nua le Toshiba, príomh-mhonaróir soilse. Bhí Toshiba, ag baint úsáide as an bpróiseas fáis MOCVD (Taisceadh Gal Ceimiceach Ocsaíde Miotail), in ann struchtúr feiste a tháirgeadh a léirigh 90% nó níos mó den solas ginte ag taisteal ón gciseal gníomhach go dtí an tsubstráit ar ais mar aschur solais úsáideach (Fíor 4). Cheadaigh sé seo méadú beagnach dhá oiread ar an luminance LED thar ghléasanna traidisiúnta. Cuireadh feabhas breise ar fheidhmíocht LED trí chiseal blocála reatha a thabhairt isteach sa struchtúr LED (Fíor 5). Go bunúsach déanann an ciseal blocála seo an sruth tríd an bhfeiste a threorú chun éifeachtúlacht feiste níos fearr a bhaint amach. Mar thoradh ar na forbairtí seo, beidh cuid mhór den fhás do stiúir sna 1990idí dírithe i dtrí phríomhréimse: Tá an chéad cheann i bhfeistí rialaithe tráchta ar nós soilse stad, comharthaí do choisithe, soilse baracáide agus comharthaí guaise bóthair. Tá an dara ceann i gcomharthaí teachtaireachta inathraithe mar an ceann atá lonnaithe in Times Square Nua-Eabhrac a thaispeánann tráchtearraí, nuacht agus faisnéis eile. Bheadh an tríú tiúchan in iarratais ngluaisteán. Tá an stiúir infheicthe tagtha ar bhealach fada ó tugadh isteach é beagnach 40 bliain ó shin agus níor léirigh sé aon chomharthaí go bhfuil sé ag moilliú go fóill. Mar thoradh ar LED Gorm, a cuireadh ar fáil i gcainníochtaí táirgeachta sna 1990idí, cruthaíodh giniúint iomlán feidhmchlár nua. Bhí sé deacair i gcónaí déantús a dhéanamh ar stiúir ghorma mar gheall ar a bhfuinneamh ard fótóin (& gt; 2.5eV) agus íogaireacht súl réasúnta íseal. Ina theannta sin tá an teicneolaíocht atá riachtanach chun na soilse seo a dhéanamh an-difriúil agus i bhfad níos lú chun cinn ná ábhair chaighdeánacha LED. Is éard atá sna soilse gorma atá ar fáil inniu tógáil GaN (nítríd galium) agus SiC (chomhdhúile sileacain) le leibhéil ghile os cionn 10,000mcd @ 20mA do ghléasanna GaN. Ós rud é go bhfuil gorm ar cheann de na príomh dathanna, (an dá cheann eile dearg agus glas), tá comharthaí stiúir lán-daite faoi stiúir stáit, teilifíseáin srl. Ar fáil go tráchtála. I measc na n-iarratas eile ar stiúir ghorm tá trealamh diagnóiseach míochaine agus fótografaíocht.
Dathanna faoi stiúir Is féidir dathanna eile a tháirgeadh ag baint úsáide as an teicneolaíocht bhunúsach chéanna GaN agus as na próisis fáis. Mar shampla, forbraíodh stiúir ard-ghile glas (thart ar 500nm) a tháinig in áit an bholgáin ghlais i soilse tráchta. Is féidir dathanna eile lena n-áirítear corcra agus bán. Le soilse gorma a thabhairt isteach, is féidir bán a tháirgeadh trí an teaglaim cheart de sholas dearg, glas agus gorm a chomhcheangal go roghnach. Éilíonn an próiseas seo, áfach, dearadh sofaisticiúil bogearraí agus crua-earraí chun é a chur i bhfeidhm. Ina theannta sin, tá an leibhéal gile íseal agus díghrádaíonn aschur solais foriomlán gach bás RGB ag ráta difriúil agus bíonn neamhchothromaíocht dathanna sa deireadh mar thoradh air. Cur chuige eile a ghlactar chun aschur solais bháin a bhaint amach, is ea ciseal fosfair (Yttrium Aluminium Garnet) a úsáid ar dhromchla stiúir ghorm. Go hachomair, tá soilse stiúir imithe ó thús go hógántacht agus tá siad ag fulaingt cuid den fhás margaidh is gasta dá saolré. Trí ábhar InGaAlP a úsáid le MOCVD mar an próiseas fáis, in éineacht le seachadadh éifeachtúil éadrom ginte agus éifeachtach srutha insteallta, tá cuid de na soilse is gile, is éifeachtaí agus is iontaofa ar fáil anois. Cinnteoidh an teicneolaíocht seo i dteannta le struchtúir nua stiúir eile go gcuirfear soilse i bhfeidhm go leathan. Ráthaíonn forbairtí nua sa speictream gorm agus ar aschur solais bháin méadú leanúnach ar fheidhmeanna na bhfoinsí solais eacnamaíocha seo.
