LED Nedir, Ne İşe Yarar?

Bir LED (Light-Emitting Diode/Işık Yayan Diyot), PN eklemi doğrudan polarize edildiğinde ve içinden bir elektrik akımı geçtiğinde düşük spektrumlu tutarsız ışık yayan yarı iletken bir cihazdır.

LED (Light-Emitting Diode/Işık Yayan Diyot) Nedir? Özellikleri & Nasıl Çalışır?

Renk, diyotun yapımında kullanılan yarı iletken malzemeye bağlıdır ve ultraviyole ile görünürden kızılötesine kadar değişebilir.

Ultraviyole ışık yayan diyotlara UV LED (Ultraviolet Light/Ultraviyole Işık) ve kızılötesi ışık yayan diyotlara IRED (InfraRed Emitting Diode/Kızılötesi Yayan Diyot) denir.

Tarihi

İlk led 1927’de Oleg Vladimirovich Losev tarafından geliştirildi, ancak 1960’lara kadar endüstride kullanılmadı.

Led’ler, sadece kırmızı, yeşil ve sarı renkte az ışık yoğunluğuna sahiptiler ve uzaktan kumanda ile bunları açık ve kapalı olarak yönetmek mümkündü.

20. yüzyılın sonunda, ultraviyole ve mavi LED’ler icat edildi, bu da sarı ışık üreten fosfor kaplı bir mavi ışık ledi olan beyaz ledin geliştirilmesine yol açtı.

Beyaz led, aydınlatma sistemlerinin kullanımını genişleten yüksek parlaklık sağlayan ay ışığı gibidir.

LED Nasıl Çalışır?

LED’lerin çalışması, yarı iletken malzemelerde, iletim bandından değerlik bandına geçerken bir elektronun enerji kaybetmesinden oluşur.

Bu kayıp enerji, rastgele bir genlik, yön ve faz ile yerinden çıkmış bir foton olarak ortaya çıkabilir.

Bir elektronun iletim bandından değerlik bandına geçtiğinde kaybedilen enerjinin, bağımsız bir foton olarak mı yoksa başka bir enerji formu olarak mı ortaya çıkacağı, esas olarak yarı iletken malzemenin türüne bağlı olacaktır.

Bir yarı iletken diyot doğrudan önyargılı olduğunda, p bölgesi delikleri n bölgesine ve n bölgesi elektronları p bölgesine hareket eder.

Yüklerin her iki yer değiştirmesi, diyottan geçen akımı oluşturur.

Elektronlar ve delikler aynı bölgedeyse, yeniden birleşebilirler, yani elektronlar, daha yüksek bir enerji seviyesinden daha kararlı bir alt seviyeye düşen delikleri tutar.

Bu işlem genellikle bant aralığına karşılık gelen enerjiyle bir foton dolaylı bant aralığı veya doğrudan bant aralığı yarı iletkenleri yayar.

Bu, diğer yarı iletkenlerde foton emisyonu olmadığı anlamına gelmez.

Bununla birlikte, bu emisyonların dolaylı bant genişliği yarı iletkenlerine kıyasla dolaylı bant genişliği yarı iletkenleri daha olasıdır.

Bu nedenle, kendiliğinden emisyon tüm diyotlarda belirgin bir şekilde ortaya çıkmaz ve sadece görünür ışık LED’leri gibi diyotlarda görülebilir.

Işınımı çevreleyen malzeme tarafından yeniden emilmesini önlemek için özel bir yapıcı düzenlemeye ve görünür spektruma karşılık gelen yasaklı bandın enerjisine sahiptir.

Diğer diyotlarda, enerji öncelikle ısı, kızılötesi ışınım veya ultraviyole ışınım şeklinde salınır.

Diyotun ultraviyole ışınım şeklinde enerji salması durumunda, diyot tarafından yayılan ultraviyole radyasyonu emer.

Daha sonra görünür ışık yayan floresan veya fosforlu maddeler vasıtasıyla görünür ışınım üretir.

Yarı iletken cihaz, genellikle akkor lambalarda kullanılan camlardan daha dayanıklı bir plastik kapak içinde kapsüllenir. Plastik renklendirilebilse de, yayılan ışığın rengini etkilemez.

Bir LED genellikle farklı parçalara sahip kompozit bir ışık kaynağıdır, bu yüzden yayılan ışığın yoğunluk modeli oldukça karmaşıktır.

İyi bir ışık yoğunluğu elde etmek için, ledli akım iyi seçilmelidir.

Bunun için, çalışma voltajının yaklaşık 1.8 ila 3.8 volt arasında değiştiği ve içinden dolaşması gereken akım aralığının uygulamasına göre değiştiği dikkate alınmalıdır.

Akım ledinin doğrudan polarizasyon akımının tipik değerleri 10 ila 40 mA arasındadır.

Genel olarak, LED’ler daha iyi bir verimliliğe sahiptir. Bundan dolayı da içinden geçen akım ne kadar düşük olursa, optimize edilmiş çalışmalarında genellikle ürettikleri ışık yoğunluğu ve verimlilik arasında bir uzlaşma olur.

Görünür spektrumda yayılan ilk LED, 1962’de General Elektrik mühendisi Nick Holonyak tarafından geliştirildi.

OLED Teknolojisi

Doğru akımda (DC), elektron deliği çiftleri yeniden birleştiğinde tüm diyotlar belirli miktarda ışınım yayar.

Kısacası, elektronlar iletim bandından değerlik bandına düştüğünde, işlemde fotonlar yayarlar. Sonuç olarak, rengi, bandın yüksekliğine, yani kullanılan malzemelere bağlı olacaktır.

Silikon veya germanyum diyotlar görünür spektrumdan çok uzak kızılötesi ışınımı yayar. Bununla birlikte, özel malzemelerle, görünür dalga boylarına ulaşılabilir.

LED’ler ve IRED’ler, yayılan ışınımın, diyotun kendisini çevreleyen malzeme tarafından yeniden emilmesini önlemek için özel geometrilere sahiptir.

Keşfedilen ilk diyotlar kırmızı renkli ve kızılötesi diyotlardı ve diyotların yapılmasına izin veren daha ileri teknolojik gelişmelerdi.

Özellikle, 1990’ların sonunda Shuji Nakamura mavi diyotlaru geliştirdi. Daha önce geliştirilen kırmızılara ve yeşilliklere ekleyerek bunların kombinasyonu ekleyerek beyaz ışık elde etti.

Çinko selenid diyot, yaydığı mavi ışığı fotolüminesans tarafından oluşturulan kırmızı ve yeşil ışık ile karıştırarak da beyaz ışık yayabilir.

Led teknolojisi alanındaki son yenilik, floresan malzemeleri aydınlatmak için siyah ışık üretiminde başarıyla kullanılan ultraviyole diyotlardır.

Hem mavi hem de ultraviyole diyotlar en yaygın olanlara göre pahalıdır ve bu nedenle ticari uygulamalarda daha az kullanılır. Tipik ticari LED’ler, 30 ile 60 mW’lık güç olarak tasarlanmıştır.

1999’da sürekli veya günlük kullanım için 1 watt’lık güçle çalışabilen diyotlar piyasaya sunuldu.

Bu diyotlar, bu tür güçlere dayanabilmek ve Joule etkisi tarafından üretilen ısıyı dağıtmak için metal yüzgeçleri dahil edebilmek için çok daha büyük boyutlu yarı iletken matrislere sahiptir.

Günümüzde LED’ler geliştirilmekte ve çok daha üstün performansla ve aydınlatma uygulamaları ile çeşitli alanlarda kullanılmaktadır.

Nichia Corporation’ın 20 miliamper (mA) doğrudan polarizasyon akımı kullanarak 150 lm/W ışık verimliliği ile beyaz ışık LED’lerini geliştirdi.

Bu verimlilik, yalnızca performans açısından diğer ışık kaynaklarına göre, yüksek renksel ve bir flüoresan lambaya göre yaklaşık 1,7 kat ve bir akkor lambaya göre yaklaşık 11,5 kat daha fazladır.

Verimliliği, en verimli ışık kaynaklarından biri olarak kabul edilen yüksek basınçlı sodyum buharlı lambanınkinden bile daha yüksektir.

21. yüzyılın başlangıcında, organik yarı iletken polimer malzemelerden yapılmış OLED diyotların gelişimi başladı.

Bu cihazlarla elde edilen verimlilik inorganik diyotlardan çok uzak olmasına rağmen, üretimleri kendilerinden çok daha ucuz olmayı hedefler.

Ayrıca renkli ekranlar oluşturmak için boyama teknikleri kullanarak herhangi bir yüzeye büyük miktarda diyot eklenmesi de mümkündür.

OLED (Organic Light-Emitting Diode/Organik Işık Yayan Diyot), bir organik bileşenlerin filmi tarafından oluşturulan ve kendiliğinden ışık üreten ve yayan belirli bir elektriksel uyarmaya tepki veren bir elektrominesans katmana dayanan bir diyottur.

OLED tabanlı teknolojiler sadece görüntü çoğaltma ekranları olarak bir uygulamaya sahip değildir.

Bu yeni teknolojinin avantajları muazzamdır, ancak bunların birçoğu tamamen durumsal olmasına rağmen bir dizi dezavantaja sahiptir.

Hibrit Aydınlatma Sistemleri, tipik LED’lerin yüksek verimliliğinden ve OLED’lerin düşük maliyetlerinden yararlanmayı amaçlayan teknolojik bir çözümdür.

Bu tür bir teknolojik çözümün iki örneği Cyberlux şirketi tarafından HWL (Hybrid White Light/Hibrit Beyaz Işık) ve HML (Hybrid Multi-Color Light/Hibrit Çok Renkli Işık) adı altında projelenmektedir. Bu çalışmalar sonucunda çok daha verimli ve maliyetli aydınlatma sistemleri üretebilir.

LED Teknolojisini Hangi Alanlarda Kullanıyoruz?

Kızılötesi diyotlar, 20. yüzyılın ortalarından beri televizyon sistemlerinin uzaktan kumandalarında, klima ekipmanlarında, müzik ekipmanlarında, tüm uzaktan kumanda uygulamalarında ve cihaz dedektörlerinde kullanılmaktadır.

Ayrıca, bilgisayar ağları gibi elektronik cihazlar ile cep telefonları, el bilgisayarları gibi cihazlar arasında veri iletimi için kullanılır. Bu veri iletim teknolojisi Bluetooth teknolojisine göre eski olsa da günümüzde kullanımı hala mevcuttur diyebiliriz.

LED’ler sinyal cihazları ve bilgi panellerinde her türlü durum göstergesinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ayrıca cep telefonları, hesap makineleri, elektronik günlükler, bisikletler ve benzeri kullanımlar için sıvı kristal ekranların ışıklandırılmasında da kullanılırlar.

Ek olarak, ofis uygulamaları ile beraber sıkça kullanılan ve dökümanlama görevi yapan lazer yazıcılarda da kullanılır.

LED aydınlatma mükemmel avantajlara sahiptir. Bunlar; güvenilirlik, daha fazla enerji verimliliği, titreşimlere karşı daha fazla direnç, farklı aydınlatma koşullarında daha iyi görüş, daha az enerji dağılımı, çevreye daha az risk, sürekli çalışma yeteneği gibi bir çok avantaja sahiptir.

LED’ler, şimdiye kadar kullanılan lambaların çoğunun aksine, benzer bir etki elde etmek için filtreleri olan yüksek ışık verimliliği ile farklı renkli ışıklar üretebilir.

Beyaz Işık LED’leri, mevcut ampulleri çok daha avantajlı cihazlarla değiştirmek için çok iyi kurulmuş bir girişimdir.

Günümüzde yaygın ev tipi akkor ampullerden %90 daha az ve çoğu floresan lambadan %40 daha az tüketen teknoloji mevcuttur.

Ayrıca, bu LED’ler 20 yıla kadar dayanabilir ve geleneksel floresan ampullere göre daha az maliyetlidir.

Fiber optikler aracılığıyla iletilen ışık sinyallerinin emisyonunda da LED’ler kullanılır.

LED ekran, RGB mimarisine göre düzenlenmiş, çok parlak ve çok yüksek kontrastlı canlı görüntüler oluşturmak için ayrı ayrı kontrol edilen yeşil, mavi ve kırmızı LED sıralarından oluşan çok parlak ekrandır.

LED ekranlarda diğerlerine göre iyi renk desteği, son derece yüksek parlaklık, güneş ışığında tamamen görünür olma yeteneği verir.