Bir LED'in ne olduğunu anlamak için, önce İngilizce olarak LED olarak sunulan, genel olarak kabul edilen tanımını anlamanız gerekir. Çeviri, bu kelimenin tam anlamıyla "küçük LED'ler yayan" anlamına gelir. Teknik açıdan, elektrik akımını görünür ışık radyasyonuna dönüştüren yarı iletken cihazlardır. Görünüşü ve cihazındaki bu en basit ürün, tipik aydınlatma cihazlarından belirgin şekilde farklıdır: akkor lambalar ve benzerleri.
Oluşum tarihi
LED yayıcıların cihazını ve çalışma prensibini, oluşumlarının arka planına aşina iseniz anlamak daha kolaydır. Bu yayılan ürün ilk olarak 1962'de tek renkli kırmızı diyot şeklinde doğdu. Bazı eksikliklere rağmen, üretim teknolojisi umut verici olarak kabul edildi. Kırmızı numunenin gösterilmesinden on yıl sonra yeşil ve sarı LED'ler halka sunuldu. Düşük geri dönüş nedeniyle, bu ürünler çoğunlukla evde elektronik ev cihazlarının ön panellerinde gösterge olarak kullanılmıştır.
Zamanla, ışıltı yoğunluğu birkaç kez arttı ve geçen yüzyılın 90'larında 1 lümene eşit ışık akısı ile bir örnek yapmak mümkün oldu. 1993 yılında, Japon mühendis S.Namamura, tarihin ilk mavi diyotunu yarattı ve yüksek bir parlaklık seviyesine sahipti. O andan itibaren, geliştiricileri beyaz da dahil olmak üzere görünür spektrumun herhangi bir rengini almayı öğrendiler.
LED ürünlerinin olağanüstü özellikleri nedeniyle, zamanla birçok kişiye aşina olan akkor ampuller için ciddi bir rakip haline gelmiştir.
2005 yılından bu yana, endüstri 100 lm veya daha fazla ışık akısına sahip beyaz LED üretimi konusunda uzmanlaşmıştır. Ayrıca, çeşitli beyaz tonlarında (“sıcak”, “soğuk” ve diğer ışımalar) aydınlatma elemanlarının nasıl yapıldığını öğrendik.
Radyasyon oluşumunun cihazı ve prensibi
LED'in nasıl düzenlendiğini anlamak için, her şeyden önce, tasarımı ile ilgili bir dizi noktayı dikkate almak gerekir:
- LED elemanının temeli, akımı sadece bir yönde geçiren bir yarı iletken kristaldir;
- klasik LED cihazı, yalıtkan bir alt tabakanın varlığını varsayar;
- diyotun cam kasası kristali dış etkilerden güvenilir bir şekilde korur ve aynı zamanda bir saçılma elementidir;
- kasanın arkasında, LED'in elektrik gücünün sağlandığı iki kontak vardır.
Yayan cihazın tepki süresini arttırmak için saçılma merceği ile kristalin kendisi arasındaki boşluk şeffaf bir silikon bileşiği ile doldurulur.
Bazı LED'lerin yapısında, cihazın tabanı olan ve aynı zamanda aşırı ısıyı gideren özel bir alüminyum alt tabaka sağlanır.
LED'in çalışma prensibi, profesyonellerin elektron deliği geçişi olarak adlandırdığı yarı iletken kavşağını inceleyerek daha kolay anlaşılır. Adı, iki yapının sınır katmanındaki ana taşıyıcıların farklı doğası ile ilişkilidir. Bir yarı iletkende temas sınırında fazla elektron vardır ve buna bitişik malzemede fazla delik vardır. Yarı iletken bağlantısının imalat sürecinde, bitişik tabakaya nüfuz ederek ters eğilimlerini önleyen potansiyel bir bariyer oluştururlar.LED'in çalışması sırasındaki doğrudan voltaj, geçişin genişliğine bağlıdır.
Belirli bir polaritenin potansiyeli ve bir doğru akım kaynağı tarafından üretilen bir değer diyot için sağlandığında, geçişi istenen yönde kaydırmak mümkündür. Bu, açılmasına ve ters yüklü parçacıkların ters akışının ortaya çıkmasına yol açacaktır. Geçiş sınırlarında çarpıştıklarında, ışık enerjisinin büyük bir kısmı yayılır - fotonlar. Bu darbelerin tekrarlama oranına bağlı olarak, radyasyon belirli bir renk kazanır.
LED'in rengini ne belirler?
LED'lerin üretiminde, seçimi kendileri tarafından yayılan renk tonunu belirleyen çeşitli yarı iletken malzemeler kullanılır.
Rengi ayırt etme yeteneği, insan gözünün tonlarını büyük bir doğrulukla yakalayabilen doğal bir özelliğidir. Belirli bir frekanstaki elektromanyetik dalgalar tarafından taşınan kuantum radyasyonunun dalga boyu ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Bu durumda, LED'in yarı iletken geçişinin sınırında ışık darbeleri oluşur.
Bilim adamları, çalışmalarının erken bir aşamasında çeşitli yarı iletkenlerin özelliklerini incelerken, galyum fosfid gibi malzemelerin yanı sıra üçlü bileşikler AlGaAs ve GaAsP'yi tanımladılar. Bunları kullanırken, kırmızı ve sarı-yeşil radyasyon elde etmek mümkün oldu. Bugün, çeşitli renk kombinasyonları elde etmek için, alüminyumun indiyum ve galyum (AllnGaP) veya galyum indiyum nitrür (InGaN) ile daha karmaşık kombinasyonları kullanılmaktadır. Bu yarı iletkenler, yüksek ışık çıkışı almalarını sağlayan önemli akımlara dayanabilir.
Renk karıştırma tekniği
Modern diyot bantlar ve LED modüler kümeler, ışık aralığının farklı tonlarını verebilir. Bir geçişin tek renkli radyasyon oluşturduğu göz önüne alındığında, çok renkli bir parlaklık oluşturmak için çok çipli bir cihaz gerekecektir. Bu karmaşık ürün, hemen hemen her tonu alabileceğiniz bir bilgisayar monitörü gibi çalışır (bunun için özel bir RGB modülü kullanılır).
Bu gölge oluşumu ilkesini kullanarak, örneğin LED spot ışıklarında yaygın olarak kullanılan beyaz bir ışıltı elde etmek mümkün oldu. Bunu yapmak için, üç kaynak veya temel renk de eşit oranlarda karıştırıldı.
Ultraviyole veya mavi radyasyonun diyot yapılarını sarı fosfor tipi bir kaplama ile birleştirerek elde etmek de mümkündür.
Üretim LED'lerinin özellikleri
LED'lerin nasıl yapıldığını anlamak için, imalatta kullanılan teknolojiler açısından yapısal özellikleri tanımanız gerekir. Bu nedenle, üretimlerinin özelliklerini dikkate alırken, aşağıdaki noktalar öncelikle dikkate alınır:
- radyasyonun rengini oluşturmak için spesifik bir yöntem (matris veya fosfor);
- LED'lerin kaç volt için tasarlandığı ve hangi boyut akımına dayanabilecekleri;
- hangi teknoloji, ışığın en iyi kalitesini elde etmenizi sağlar ve daha ucuzdur.
Bir matris devresinde cips yapmak üreticiye daha pahalıya mal olacak ve bu da yüksek kaliteli radyasyon ile karşılığını veriyor. Fosforların dezavantajları arasında düşük saf ışık çıkışı olduğu kadar saf renk radyasyonu da yoktur. Buna ek olarak, daha küçük bir çalışma kaynağına sahiptirler ve genellikle başarısız olurlar.
Doğrudan voltajı 2-4 Volt olan basit gösterge diyotlarının üretiminde, geçişleri küçük akımlar için hesaplanır (50 mA'ya kadar). Yüksek dereceli aydınlatma cihazları ve LED köprü devreleri oluşturmak için büyük akım göstergelerine (1 Ampere kadar) sahip cihazlar gerekecektir. Bir modülde diyotlar seri olarak bağlanırsa, bağlantılarındaki toplam voltaj 12 hatta 24 volta ulaşır.Ürünlerin üretiminde, her bir LED'in artısı özel bir şekilde işaretlenir (karşılık gelen bacakta küçük bir çıkıntı yapılır).
Uygulamalar ve Işıma Kontrolü
Değişiklikler nedeniyle, LED ürünleri çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:
- örneğin tipik bir avizeye veya geleneksel bir duvar aplikine monte edilen enerji tasarruflu lambaların imalatında;
- yaygın minyatür fenerlerde ve "kamp turist lambaları" gibi daha büyük yapılarda aydınlatıcı olarak kullanım için;
- gerekirse, farklı renklerde uzun şeritler şeklinde odaların dekoratif aydınlatması.
Kullanımları, cihazın ürün koruma sınıfı tarafından değerlendirilen iklim faktörlerine karşı direnç derecesinden kaynaklanmaktadır. Tasarıma bağlı olarak, sadece iç mekanlarda kullanılır veya açık alanlarda çalışabilirler (özellikle reklam panoları veya LED yağmurları için bir tasarım olarak).
Parlaklık seviyesini sıradan bir lamba veya avizede çeşitli şekillerde kontrol edebilirsiniz. Bunun için, özel elektronik devreler çoğunlukla ışık darbelerinin genliğini ve diğer parametrelerini düzenlemek için kullanılır. Ev ekipmanı ile çalışmanın rahatlığı için, böyle bir modül tipik bir kontrol paneli şeklinde yapılır.
