LED ışık prensibi

LED (Işık Yayan Diyot)elektrik enerjisini görünür ışığa dönüştürebilen katı hal yarı iletken bir cihazdır. Elektriği doğrudan ışığa dönüştürebilir. LED'in kalbi yarı iletken bir çiptir. Çipin bir ucu bir brakete bağlanır, bir ucu negatif elektrottur ve diğer ucu güç kaynağının pozitif elektrotuna bağlanır, böylece çipin tamamı epoksi reçine içinde kapsüllenir.

Yarı iletken levha iki bölümden oluşur. Bir kısmı deliklerin hakim olduğu P tipi bir yarı iletken, diğer ucu ise çoğunlukla elektronların mevcut olduğu N tipi bir yarı iletkendir. Ancak bu iki yarı iletken bağlandığında aralarında bir P-N bağlantısı oluşur. Akım tel üzerinden levhaya etki ettiğinde, elektronlar P bölgesine itilecek, burada elektronlar deliklerle yeniden birleşecek ve ardından foton şeklinde enerji yayılacaktır. LED ışık yayma prensibi budur. Işığın dalga boyu yani rengi P-N bağlantısını oluşturan malzeme tarafından belirlenir.

LED doğrudan kırmızı, sarı, mavi, yeşil, camgöbeği, turuncu, mor ve beyaz ışık yayabilir.

Başlangıçta LED'ler enstrümanlar için gösterge ışık kaynağı olarak kullanıldı. Daha sonra çeşitli ışık renklerindeki LED'ler trafik ışıklarında ve geniş alanlı görüntü ekranlarında yaygın olarak kullanıldı ve iyi ekonomik ve sosyal faydalar sağlandı. Örnek olarak 12 inçlik kırmızı trafik ışığını alın. Amerika Birleşik Devletleri'nde, ışık kaynağı olarak 2.000 lümen beyaz ışık üreten, uzun ömürlü, düşük ışıkta görsel verimliliğe sahip 140 watt'lık akkor lamba kullanılıyor. Kırmızı filtreden geçtikten sonra ışığın %90'ı kaybolur ve geriye yalnızca 200 lümenlik kırmızı ışık kalır. Lumileds, yeni tasarladığı lambada aynı ışık efektini üretmek için devre kayıpları dahil toplam 14 watt güç tüketen 18 adet kırmızı LED ışık kaynağı kullanıyor. Otomotiv sinyal lambaları da LED ışık kaynağı uygulamaları için önemli bir alandır.

Genel aydınlatma için insanların beyaz ışık kaynaklarına ihtiyacı vardır. 1998 yılında beyaz ışık yayan LED başarıyla geliştirildi. Bu tür LED, GaN çipleri ve itriyum alüminyum garnetin (YAG) paketlenmesiyle yapılır. GaN çipi mavi ışık yayar (λp=465nm, Wd=30nm) ve yüksek sıcaklıkta sinterlemeyle üretilen Ce3+ içeren YAG fosforu, mavi ışıkla uyarıldıktan sonra 550nLED lamba m tepe değeriyle sarı ışık yayar. Mavi LED alt tabaka, kase şeklindeki bir yansıtıcı boşluğa yerleştirildi ve yaklaşık 200-500 nm'lik YAG ile karıştırılmış ince bir reçine tabakasıyla kaplandı. LED substrat tarafından yayılan mavi ışığın bir kısmı fosfor tarafından emilir ve mavi ışığın diğer kısmı fosfor tarafından yayılan sarı ışıkla karıştırılarak beyaz ışık elde edilir.

InGaN/YAG beyaz LED'ler için YAG fosforunun kimyasal bileşimi değiştirilerek ve fosfor tabakasının kalınlığı ayarlanarak 3500-10000K renk sıcaklığına sahip çeşitli renklerde beyaz ışık elde edilebilir. Mavi LED aracılığıyla beyaz ışık elde etme yöntemi basit yapısı, düşük maliyeti ve teknolojik olgunluğu yüksek olduğundan en çok kullanılan yöntemdir.