LED lambanın çalışma prensibi

LED, 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 kutuptur ve diğer ucu güç kaynağının pozitif kutbuna bağlanır, böylece çipin tamamı epoksi reçine ile kapsüllenir.

Yarı iletken çip iki parçadan oluşur. Bir kısmı deliklerin baskın olduğu P tipi yarı iletken, diğer ucu ise elektronların baskın olduğu N tipi yarı iletkendir. Ancak bu iki yarı iletken bağlandığında aralarında bir P-N bağlantısı oluşur. Akım tel üzerinden çipe etki ettiğinde, elektronlar P alanına itilecek, burada elektronlar deliklerle yeniden birleşecek ve ardından foton formunda enerji yayacaktır. Bu, prensibiLED ışıkemisyon. Işığın dalga boyunu yani rengini P-N bağlantısını oluşturan malzeme belirler.

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

İlk zamanlarda LED, gösterge ışık kaynağı olarak gösterge ve sayaçlarda kullanılıyordu. Daha sonra çeşitli açık renkli LED'ler trafik ışıklarında ve geniş alanlı ekranlarda yaygın olarak kullanıldı ve iyi ekonomik ve sosyal faydalar sağlandı. Örnek olarak 12 inçlik kırmızı trafik sinyal lambasını alın. Amerika Birleşik Devletleri'nde, ışık kaynağı olarak başlangıçta 2000 lümen beyaz ışık üreten, uzun ömürlü ve düşük ışık verimliliğine sahip 140 watt'lık akkor lamba kullanıldı. Kırmızı filtreden geçtikten sonra ışık kaybı %90 olup geriye sadece 200 lümenlik kırmızı ışık kalır. Lumileds, yeni tasarladığı lambada devre kaybı da dahil olmak üzere 18 adet kırmızı LED ışık kaynağı kullanıyor. Toplam güç tüketimi 14 watt olup aynı ışık efektini üretebilir. Otomobil sinyal lambası da LED ışık kaynağı uygulamasının önemli bir alanıdır.

Genel aydınlatma için insanların daha fazla beyaz ışık kaynağına ihtiyacı vardır. 1998 yılında beyaz LED başarıyla geliştirildi. Bu LED, GaN çipi ve itriyum alüminyum garnetin (YAG) birlikte paketlenmesiyle yapılmıştır. GaN çipi mavi ışık yayar (λ P=465nm, Wd=30nm), yüksek sıcaklıkta sinterlenmiş Ce3+ içeren YAG fosforu, bu mavi ışıkla uyarıldıktan sonra 550n LED lamba m tepe değeriyle sarı ışık yayar. Mavi LED alt tabaka, yaklaşık 200-500 nm'lik YAG ile karıştırılmış ince bir reçine tabakasıyla kaplanmış, kase şeklindeki yansıma boşluğuna yerleştirilir. LED alt tabakadan gelen mavi ışık kısmen fosfor tarafından emilir ve mavi ışığın diğer kısmı fosfordan gelen sarı ışıkla karıştırılarak beyaz ışık elde edilir.

InGaN/YAG beyaz LED için YAG fosforunun kimyasal bileşimi değiştirilerek ve fosfor tabakasının kalınlığı ayarlanarak 3500-10000K renk sıcaklığına sahip çeşitli beyaz ışıklar elde edilebilir. Mavi LED aracılığıyla beyaz ışık elde etme yöntemi, basit yapı, düşük maliyet ve yüksek teknoloji olgunluğu gibi avantajlara sahip olduğundan yaygın olarak kullanılmaktadır.