Bir LED Nasıl Çalışır?
LED Tanımı
LED veya Işık Yayan Diod, elektrikle enerjileştirildiğinde elektrolüminesans adı verilen bir süreç aracılığıyla ışık yayabilen bir yarı iletken cihaz olarak tanımlanır.
LED Nasıl Çalışır
Bir diod gibi, LED diodu ileri yönde biaslandığında çalışır. Bu durumda, n-tipi yarıiletken p-tipten daha yoğun doygunlukta olup, p-n birleşimini oluşturur. İleri yönde biaslandığında, potansiyel bariyer azalır ve elektronlar ve delikler tükenme tabakasında (veya aktif tabakada) birleşir, ışık veya fotonlar her yöne doğru yayılır. Tipik bir şekilde, ileri yönde biaslanırken elektron-delik çiftinin birleşmesiyle ışık yayan bir figür gösterilmektedir.
LED'de fotonların yayılması, katı maddelerin enerji band teorisi tarafından açıklanır. Bu teori, ışık yayımının malzemenin band boşluğunun doğrudan veya dolaylı olduğuna bağlı olduğunu belirtir. Doğru band boşluğa sahip olan yarıiletken malzemeler, fotonları yayar. Doğru band boşluğa sahip bir malzeme, enerji seviyesi diyagramındaki konduksiyon bandının altı, valans bandının en üst enerji seviyesinin tam üstünde yer alır.
Elektronlar ve delikler birleştiğinde, E = hν formülüne karşılık gelen △ (eV) enerji boşluğu, ışık enerjisi veya fotonlar şeklinde dışarıya çıkar. Burada h, Planck sabiti ve ν ise ışığın frekansıdır.
Doğru Band Boşluğu
Dolaylı band boşluğuna sahip malzemeler, ışık yayıcı değildir, çünkü konduksiyon bandının altı, valans bandının üstüyle hizalanmamaktadır ve çoğu enerji ısıya dönüştürülür. Örnekler arasında Si, Ge vb. bulunur.
Dolaylı Band Boşluğu
Doğru band boşluğuna sahip bir malzeme örneği, Gallium Arsenide (GaAs)’dir. GaAs, LED'lerde kullanılan bir bileşik yarıiletken malzemedir. GaAs'e doygunlaştırıcı atomlar eklenerek geniş bir renk yelpazesi elde edilir. LED'lerde kullanılan bazı malzemeler şunlardır:
Alüminyum Galium Arsenit (AlGaAs) – kızılötesi.
Galium Arsenit Fosfit (GaAsP) – kırmızı, turuncu, sarı.
Alüminyum Galium Fosfit (AlGaP) – yeşil.
İndiyum Galium Nitrit (InGaN) – mavi, mavi-yeşil, yakın UV.
Cink Selenit (ZnSe) – mavi.
LED'nin Fiziksel Yapısı
LED, yayılan ışığın malzeme tarafından yeniden soğurulmaması için yapılandırılmıştır. Böylece, elektron-delik birleşiminin yüzeyde gerçekleşmesi sağlanır.
Yukarıdaki şekil, LED p-n birleşiminin iki farklı yapılandırma yolunu göstermektedir. P-tipi katman ince yapılmış ve n-tipi substrat üzerinde büyütmüş olup, her iki tarafta da bulunan metal elektrotlar, dış elektrik bağlantısı için düğüm olarak hizmet eder. Işık yayan diod p-n birleşimi, ışığın tüm yönlerde eşit olarak yayılmasını ve minimum iç yansımayı sağlayacak şekilde kubbe biçimli şeffaf bir kaplama içinde yer alır.
LED'nin daha büyük bacağı, pozitif elektroda veya anoda temsil eder.
LED'ler, aynı LED paketinde çok renkli ışık elde etmek için 3, 4 ve 6 pin yapılandırmalarına sahip olabilir. Yüzey montajlı LED ekranlar, PCB'ler üzerine monte edilebilir.
LED'ler genellikle birkaç on miliamper akım gerektirir ve daha yüksek ileri gerilim düşümü (1.5 ila 3.5 volt) nedeniyle seride yüksek direnç gerekir, normal diodlara göre daha yüksektir.
Beyaz Işık LED'leri veya Beyaz LED Lambaları
LED lambaları, ampuller, sokak aydınlatması günümüzde çok popülerdir, çünkü LED'ler, milivatt başına ışık çıkışı açısından incandescent ampullere göre çok yüksek verimlidir. Genel amaçlı aydınlatma için beyaz ışık tercih edilir. LED'ler yardımıyla beyaz ışık üretmek için iki yöntem kullanılır:
Üç ana renk RGB'nin karıştırılması ile beyaz ışık oluşturulur. Bu yöntem, yüksek kuantum verimliliğine sahiptir.
Diğer yöntem, bir rengin LED'si farklı bir rengin fosforla kaplanmasıdır, bu da beyaz ışık üretmek için kullanılır. Bu yöntem, LED ampullerinin ve aydınlatmalarının endüstriyel üretiminde ticari olarak popülerdir.
LED'lerin Uygulamaları
OLED'ler, mikro-LED'ler, kuantum noktaları vb. gibi elektronik ekranlar.
LED göstergesi olarak.
Uzaktan kumandalarda.
Aydınlatma.
Opto-izolatörler.
