Bir LED'in ne olduğunu anlamak için, önce İngilizce olarak LED olarak gösterilen genel kabul görmüş tanımını anlamanız gerekir. Tercüme edildiğinde, bu kelimenin tam anlamıyla "küçük LED'ler yayan" anlamına gelir. Teknik açıdan, elektrik akımını görünür ışık radyasyonuna dönüştüren yarı iletken cihazlardır. Görünümü ve tasarımındaki bu en basit ürün, tipik aydınlatma cihazlarından belirgin şekilde farklıdır: akkor lambalar ve benzerleri.
Menşe tarihi
LED yayıcıların cihazı ve çalışma prensibi, oluşumlarının arka planına aşina olursanız, anlaşılması daha kolaydır. İlk kez bu yayan ürün 1962'de monokrom kırmızı diyot şeklinde doğdu. Bir takım eksikliklere rağmen, üretim teknolojisi umut verici olarak kabul edildi. Kırmızı örneği gösterdikten on yıl sonra, yeşil ve sarı LED'ler halka tanıtıldı. Bu ürünler düşük geri tepme özelliğinden dolayı evlerde ağırlıklı olarak ev elektronik aletlerinin ön panellerinde gösterge olarak kullanılmıştır.
Zamanla, parlaklığın yoğunluğu birkaç kez arttı ve geçen yüzyılın 90'larında, 1 lümene eşit ışık akısı olan bir örnek yapmak mümkün oldu. 1993 yılında, Japon mühendis S. Nakamura, artan parlaklık seviyesi ile karakterize edilen ilk mavi diyotu yarattı. O andan itibaren geliştiricileri, beyaz da dahil olmak üzere görünür spektrumdaki herhangi bir rengi nasıl elde edeceklerini öğrendi.
LED ürünleri dikkat çekici özellikleri sayesinde zamanla birçok kişinin aşina olduğu akkor ampullere ciddi bir rakip haline geldi.
2005 yılından bu yana endüstri, 100 lm ve daha fazla ışık akısına sahip beyaz LED'lerin üretiminde uzmanlaştı. Ayrıca, beyazın farklı tonlarında ("sıcak", "soğuk" ve diğer parıltılı) aydınlatma elemanları yapmayı öğrendiler.
Radyasyon oluşumunun cihazı ve prensibi
Bir LED'in nasıl çalıştığını anlamak için öncelikle tasarımıyla ilgili birkaç noktayı dikkate almanız gerekir:
- LED elemanının temeli, akımı yalnızca bir yönde ileten bir yarı iletken kristaldir;
- klasik LED cihazı, yalıtkan bir alt tabakanın varlığını varsayar;
- diyotun cam gövdesi, kristali dış etkilerden güvenilir bir şekilde korur ve aynı zamanda bir saçılma elemanıdır;
- kasanın arkasında LED'in elektrik gücüyle beslendiği iki kontak var.
Yayıcı cihazın hizmet ömrünü artırmak için, yayıcı mercek ile kristalin kendisi arasındaki boşluk şeffaf bir silikon bileşiği ile doldurulur.
Bazı LED'lerin yapısında, cihazın tabanı olan ve aynı zamanda fazla ısıyı ondan uzaklaştıran özel bir alüminyum alt tabaka sağlanmıştır.
Profesyonellerin elektron deliği bağlantısı dediği yarı iletken bir bağlantıyı inceleyerek bir LED'in nasıl çalıştığını anlamak daha kolaydır. Adı, iki yapının sınır tabakasındaki ana taşıyıcıların farklı doğası ile ilişkilidir. Bir yarı iletkende, temas sınırında fazla elektron var ve bitişik malzemede fazla delikler var.Bir yarı iletken bağlantı üretme sürecinde, bitişik tabakaya nüfuz ederek ters önyargılarını önleyen potansiyel bir bariyer oluştururlar. Çalışması sırasında LED üzerindeki ileri voltajın değeri, bağlantının genişliğine bağlıdır.
Belirli bir polaritede bir potansiyel ve sabit bir akım kaynağı tarafından üretilen bir değer diyota uygulandığında, bağlantının istenen yöne kaydırılması mümkündür. Bu, açılmasına ve zıt yüklü parçacıkların karşı akışının ortaya çıkmasına yol açacaktır. Çarpıştıklarında, geçişin sınırları içinde ışık enerjisinin kuantumları - fotonlar - yayılır. Bu darbelerin tekrarlama hızına bağlı olarak, radyasyon belirli bir renklenme kazanır.
LED'in rengini ne belirler?
LED'lerin imalatında, seçimi yaydıkları renk tonunu belirleyen çeşitli yarı iletken malzemeler kullanılır.
Rengi ayırt etme yeteneği insan gözünün doğuştan gelen bir özelliğidir ve renk geçişlerini büyük bir doğrulukla yakalayabilir. Belirli bir frekanstaki elektromanyetik dalgaların yanlarında taşıdığı kuantum radyasyonun dalga boyu ile ayrılmaz bir şekilde bağlantılıdır. Bu durumda LED'in yarı iletken bağlantı sınırında ışık darbeleri oluşur.
Bilim adamları, çalışmalarının erken bir aşamasında çeşitli yarı iletkenlerin özelliklerini incelerken, galyum fosfit gibi malzemeleri ve ayrıca AlGaAs ve GaAsP üçlü bileşikleri tanımladılar. Bunları kullanırken kırmızı ve sarı-yeşil radyasyon elde etmek mümkün oldu. Günümüzde çeşitli renk kombinasyonları elde etmek için alüminyumun indiyum ve galyum (AllnGaP) veya indiyum-galyum nitrür (InGaN) ile daha karmaşık kombinasyonları kullanılmaktadır. Bu yarı iletkenler, onlardan yüksek ışık verimi elde etmeyi mümkün kılan önemli akımlara dayanabilir.
Renk karıştırma tekniği
Modern diyot şeritleri ve LED modüler kümeleri, ışık aralığının çeşitli tonlarını üretebilir. Bir geçişin monokrom radyasyon ürettiği göz önüne alındığında, çok renkli bir ışıma oluşturmak için çok çipli bir cihaz gerekir. Bu karmaşık ürün, hemen hemen her gölgeyi elde etmenin mümkün olduğu bir bilgisayar monitörü gibi çalışır (bunun için özel bir RGB modülü kullanılır).
Bu gölge oluşturma ilkesinden yararlanarak, örneğin LED projektörlerde yaygın olarak kullanılan beyaz bir parıltı elde etmek mümkün oldu. Bunu yapmak için, üç orijinal veya temel rengin tümü eşit oranlarda karıştırıldı.
Ultraviyole veya mavi radyasyon diyot yapılarının sarı fosfor tipi bir kaplama ile birleştirilmesiyle de elde edilebilir.
LED üretiminin özellikleri
LED'lerin nasıl yapıldığını anlamak için, üretimde kullanılan teknolojiler açısından yapısal özelliklere aşina olmanız gerekir. Bu nedenle, üretimlerinin özellikleri göz önüne alındığında, her şeyden önce aşağıdaki noktalar dikkate alınır:
- radyasyonun rengini oluşturmak için özel bir yöntem (matris veya fosfor);
- LED'ler kaç volt için tasarlanmıştır ve hangi akım değerine dayanabilirler;
- hangi teknoloji ışımanın en iyi kalitesini elde etmenizi sağlar ve daha ucuzdur.
Bir matris şeması kullanarak talaşların üretilmesi, üreticiye daha pahalıya mal olacak ve bu da yüksek kaliteli radyasyonla karşılığını verecektir. Fosforların dezavantajları, düşük ışık çıkışının yanı sıra radyasyonun tamamen saf olmayan rengini içerir. Ayrıca çalışma ömürleri daha kısadır ve başarısız olma olasılıkları daha yüksektir.
2-4 Volt doğrudan voltajlı basit gösterge diyotlarının imalatında, geçişleri küçük akımlar (50 mA'ya kadar) için hesaplanır. Tam teşekküllü aydınlatma cihazları ve LED köprü devreleri oluşturmak için yüksek akım oranlarına (1 Ampere kadar) sahip cihazlar gerekecektir. Bir modülde diyotlar seri bir zincire bağlanırsa, bağlantılarındaki toplam voltaj 12 hatta 24 volta ulaşır.Ürünler yapılırken, her LED için artı özel bir şekilde işaretlenir (ilgili bacakta küçük bir çıkıntı yapılır).
Uygulamalar ve ışıma kontrolü
Çeşitli modifikasyonlar nedeniyle, LED ürünleri çeşitli alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır:
- örneğin tipik bir avizeye veya sıradan bir duvar apliğine monte edilmiş enerji tasarruflu lambaların imalatında;
- yaygın minyatür fenerlerde ve ayrıca "kamp kamp lambaları" gibi daha büyük yapılarda aydınlatıcı olarak kullanım için;
- gerekirse, farklı renklerde uzun şeritler şeklinde binaların dekoratif aydınlatması.
Kullanımları, ürünün koruma sınıfı tarafından değerlendirilen, cihazın iklim faktörlerine karşı direnç derecesinden kaynaklanmaktadır. Tasarıma bağlı olarak, sadece iç mekanlarda kullanılırlar veya açık alanlarda çalışabilirler (özellikle reklam panoları veya LED yağmuru için bir dekorasyon olarak).
Sıradan bir lamba veya avizedeki parlaklık seviyesini çeşitli şekillerde kontrol edebilirsiniz. Bunun için, çoğunlukla, ışık darbelerinin genliğini ve diğer parametrelerini modüle etmeye izin veren özel elektronik devreler kullanılır. Ev ekipmanlarıyla çalışmanın rahatlığı için, böyle bir modül standart bir kontrol paneli şeklinde üretilmiştir.
