LED Nedir?
LED Tanımı
Bir Işık Yayan Diod (LED), içinden elektrik akımı geçtiğinde ışık yayan bir yarıiletken cihazdır.Eski LED teknolojileri galium arsenit fosfide (GaAsP), galium fosfide (GaP) ve alüminyum galium arsenit (AlGaAs) kullanırdı.LED'ler, doğrudan akım döngülü kristal ile PN bağlantısı olan bir kristal boyunca geçen doğrudan akım sonucunda oluşan elektrolüminesans etkisiyle görünür ışık üretirler.
Doping, periyodik tablodaki III. ve V. sütundan elementler eklemeyi içerir. İleri yanlı akım (IF) ile enerji verildiğinde, p-n bağlantısı aktif bölgenin enerji boşluğunun (Eg) belirlediği dalga boyunda ışık yayar.
Işık Yayan Diod (LED) Çalışması
Diyanın p-n bağlantısına ileri yanlı akım (IF) uygulandığında, az sayıda taşıyıcı elektron p bölgesine enjekte edilir ve karşılıklı olarak az sayıda taşıyıcı elektron n bölgesine enjekte edilir. Foton emisyonu, p bölgesindeki elektron-kuyruk yeniden birleşmesi sonucu gerçekleşir.
Elektron enerjisinin enerji boşluğu üzerinden geçişleri, radyasyonlu yeniden birleşmeler olarak adlandırılır ve fotonlar (yani ışık) üretir, ancak yan kanal enerji geçişleri, radyasyonsuz yeniden birleşmeler olarak adlandırılır ve fononlar (yani ısı) üretir. Aşağıdaki tabloda, farklı zirve dalga boyları için tipik AlInGaP LED'lerin ve InGaN LED'lerin ışık verimlilikleri gösterilmektedir.
LED verimliliği, bağlantı noktasında üretilen ışık ve kristalden çıkan ışığın yeniden soğurulmasından kaynaklanan kayıplar tarafından etkilidir. Çoğunlukla kullanılan yarıiletkenlerin yüksek kırılma indeksleri nedeniyle, çok fazla ışık kristale geri yansıyarak yoğunluğu azalır. Bu son ölçülebilir görünen enerji açısından ifade edilen verimlilik dışsal verimlilik olarak adlandırılır.
Elektrolüminesans fenomeni, 1923 yılında doğal olarak oluşan bağlantı noktalarında gözlemlenmiştir, ancak o zamanlar düşük ışık verimliliği nedeniyle uygulanabilir değildi. Ancak, bugün verimlilik önemli ölçüde artmış ve LED'ler sadece sinyaller, göstergeler, işaretler ve ekranlarda değil, aynı zamanda iç mekan aydınlatma ve yol aydınlatma uygulamalarında da kullanılmaktadır.
LED'in Rengi
Bir LED cihazının rengi, yayılan hakim dalga boyu λd (nm cinsinden) olarak ifade edilir. AlInGaP LED'ler kırmızı (626-630 nm), kırmızımsı turuncu (615-621 nm), turuncu (605 nm) ve sarımsı turuncu (590-592 nm) renklerini üretir. InGaN LED'ler yeşil (525 nm), maviye çalan yeşil (498-505 nm) ve mavi (470 nm) renklerini üretir. AlInGaP LED'lerin rengi ve ileri itici voltajı, LED p-n bağlantısının sıcaklığına bağlıdır.
LED p-n bağlantısının sıcaklığının artmasıyla, ışık yoğunluğu azalır, hakim dalga boyu daha uzun dalga boylarına doğru kayar ve ileri itici voltaj düşer. InGaN LED'lerin işletme çevresel sıcaklıkta ışık yoğunluğunun değişimi (-20°C ile 80°C arasında yaklaşık %10'dur). Ancak, InGaN LED'lerin hakim dalga boyu, LED sürücü akımına bağlı olarak değişir; LED sürücü akımı arttıkça, hakim dalga boyu daha kısa dalga boylarına doğru kayar.
Renkli LED'leri bir elektronik projesi için kullanmayı düşünüyorsanız, en iyi Arduino başlangıç setleri çeşitli renkte LED'ler içerir.
Sönümleme
LED'ler, sürücü akımını azaltarak nominal ışık çıkışının %10'unu verecek şekilde sönüklaştırılabilir. Genellikle LED'ler Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM) teknikleri kullanılarak sönükleştirilir.
Güvenilirlik
Maksimum bağlantı noktası sıcaklığı (TJMAX), bir LED'nin ömrü için kritiktir. Bu sıcaklığın aşılması genellikle kaplanmış cihazı zararlı olur. LED ömrü, birçok LED'yi standart akım ve sıcaklıkta test ederek yarısının başarısız olduğu zamana kadar hesaplanan Ortalama Arızadan Başarısızlığa Zaman (MTBF) ile ölçülür.
Beyaz LED'ler
Beyaz LED'ler şu an iki yöntemle üretilmektedir: İlk yöntemde, kırmızı, yeşil ve mavi LED çipleri aynı pakette birleştirilerek beyaz ışık üretir; ikinci yöntemde ise fosforlülük kullanılır. InGaN LED cihazından gelen kısa dalga boylu enerji ile etkinleştirilen, LED çipi etrafındaki epoksi içinde kapsüllenen fosforun floresansı ile beyaz ışık elde edilir.
Işık Verimliliği
LED ışık verimliliği, tüketilen birim elektrik gücü (W cinsinden) başına yayılan ışık akışı (lm cinsinden) olarak tanımlanır. Mavi LED'lerin nominal dahili verimliliği yaklaşık 75 lm/W; kırmızı LED'lerin ise yaklaşık 155 lm/W; ve sarımsı turuncu LED'lerin 500 lm/W'dır. İç soğurum kayıplarını dikkate alındığında, ışık verimliliği sarımsı turuncu ve yeşil LED'ler için yaklaşık 20-25 lm/W'dır. Bu verimlilik tanımı, dışsal verimlilik olarak adlandırılır ve diğer ışık kaynağı türleri için tipik olarak kullanılan verimlilik tanımı ile benzerdir.
