Led Teknolojisi

Nedir?

İngilizce olarak Light Emitting Diode  “Işık Yayan Diyot” anlamına gelmektedir. Ledler elektrik enerjisini ışığa dönüştüren yarı iletkenlerdir. 1920’lerde Rusya Sovyet Federatif Sosyalist Cumhuriyeti’nde icat edildi ve 1962 yılında Amerika’da pratik olarak uygulanabilen elektronik bir bileşen haline getirilmiştir. Oleg Vladimirovich Losev adlı bir radyo teknisyeni radyo alıcılarında kullanılan diyotların ışık yaydığını fark etti ve 1927 yılında bir Sovyet gazetesinde LED hakkında buluşlarını yayımladı.

Nasıl Çalışır?

P ve N tipi yarı iletken katmanlar yansıtıcı yüzey ve iletken alanlar ile ledin yapısını oluşturur. Çalışma prensibi olarak doğru yönde ve istenen voltaj uygulandığında elektronların karşı taraftaki boşluklara hareketiyle birlikte açığa çıkan enerjinin çip içerisindeki kimyasallar etkisiyle foton adı verilen ışık kaynağına dönüşme işidir.

Led çipi türü değiştikçe aradaki enerji farkı da değişmekte, bu ışığın dalga boyunun dolayısıyla renginin farklı olmasını sağlamaktadır. Bu şekilde birçok renkte led elde etmek mümkündür. LED’in hangi renkte ışık yayması isteniyorsa galyum, arsenit, alüminyum, fosfat, indiyum,nitrit gibi kimyasal malzemelerden uygun oranda yarı iletken malzemeye katkı yapılır (Ga-AIAs, GaAs, GaAsP, GaP, InGaAIP, SiC, GaN).Led çipinde kullanılan katkı maddesine bağlı olarak aynı renkli ledlerin dalga boyu farklı olabilmektedir. Örneğin InGaAlP katkılı LED 640nm dalga boyunda; GaAlAs katkılı LED 660nm dalga boyunda; GaP katkılı LED ise 700nm dalga boyunda kırmızı ışık yayar.

Beyaz Led Elde Edilmesi

Diğer ışık kaynaklarında örneğin kırmızı ışık elde edilmek isteniyorsa, beyaz ışığın önüne yerleştirilen kırmızı bir katman dışarıya sadece kırmızı ışığın geçmesini sağlıyor, diğer ışınlar içerde kalıyordu. Diyotların aydınlatma için en önemli katkısı sadece bir renk üretmesi, fazladan renkler ortaya çıkarmamasıdır. Bir led kırmızı, yeşil, mavi gibi tek renk ışık yayabilir. Ama bu avantaj beyaz led için dezavantajdır. Beyaz ledin elde edilmesi için iki yöntem kullanılır.

• Kırmızı, yeşil ve mavi renkli led çipini aynı kılıf içinde çalıştırarak renklerin birleşiminden beyaz ışık üretilmesi.
• Mavi led yongasından(çipinden) çıkan ışığın bir fosfor tabakasını uyararak beyaz ışık yayılması.

Beyaz ledlerin farklı üretilmesi ile birlikte bu ledler renk sıcaklıklarına(Kelvin) sıralandırılır. Renkli ledler ise dalga boylarına göre sıralandırılmaktadır. Aşağıda ledlere ait örnek renk diyagramı verilmiştir.

Led Çeşitleri

Ledlerin standart kılıflama sistemleri olmakla birlikte birçok üretici de kendine has  kılıflama sistemi geliştirilmiştir. Standart olan kılıf sistemi hali hazırda devam eden ve yeniden tasarımı yapılmayacak olan işler için üretilebilir. Zaten belirli bir kılıfı olduğu için standart ölçülü halde üretilmektedir. Bununla birlikte standart olmayan kılıflama da vardır.  Ticari ve stratejik açıdan şekil ve paketleme farklılıkları görülmektedir. Teknik açıdan ise led içerisindeki çipi daha verimli kullanmak ve optik özelliklerini geliştirmek için bu tür değişik yöntemler uygulanır. Özet olarak led çipinin verimli kullanılması ön planda olmakta ve tüketici firmanın istediği standart ve ölçülerde bir kılıflama yapılmaktadır. Aşağıda değişik tipte ledler gösterilmiştir.

Çalışma Voltajları ve Akımları

LED’lerin çalışma voltajları üretici firmalara göre değişiklik gösterir. Aşağıda tipik olarak LED’lerin çalışma voltaj ve akımları verilmiştir. Ancak kendi uygulamalarımızda üreticinin vereceği bilgileri göz önünde bulundurmak zorundayız.

LED’lerin Direnç Hesabı

Normalde LED’ler hassas komponentler oldukları için sabit voltaj ve sabit akım esasına
göre çalıştırılmalıdırlar. Çünkü voltaj akım dengesinin LED’in tolerans değerlerini aşması ya da optimum bölgede çalışmaması direkt olarak ömrünü kısaltacak yada LED’i bozacaktır. Düşük güçlü ledler 2 farklı yöntemle çalıştırılmaktadır. Birincisi seri direnç kullanma yöntemi diğeri ise kilitleme yöntemi. Genelde en çok kullanılan ve en ekonomik yöntem birinci yöntem yani seri direnç kullanmaktır. Bu yüzden direnç olarak ne kullanacağımızı tespit etmemiz gerekmektedir. Son olarak aşağıda hesabı gösterilmiştir.

Bu formül ile birlikte led için kullanabileceğimiz minimum direç değerini bulabiliriz. Direnç değeri olarak kullanacağımız minimum direnç değeri yükseltirsek led parlaklığımız düşer ledin ömrüne bir zarar vermez. Ancak minimum değerin altında olursa fazla akım çekeceği için ledin ömrünü kısaltır.

Özellikleri ve Faydaları

• Işık istenilen dalga boyunda olduğu için renkleri ayrıştırmak için filtre veya prizma gerektirmez.
• Işığın tamamı kullanılmaktadır. Diğer lambalarda bazı renkler filtrelenmektedir.
• Enerji tasarrufu açısından en çok tavsiye edilendir. 75 Watt lamba yerine 10 Watt led yeterlidir.
• Tepki süreleri çok hızlıdır(200ms).
• Uzun ömürlüdür.
• Küçük oldukları için tasarımsal olarak çeşitli özellikleri vardır.
• Düşük ısı üreterek enerjinin ısı olarak kaybını önler.
• Işık şiddeti kolay ayarlanmaktadır.
• Plastik kılıf ile birlikte darbeleri karşı dayanıklı yapıları vardır.
• Doğa dostudur. Yapısında cıva gibi çevreye zararlı ağır metaller yoktur.

Kullanım Alanları

• Reklam
• Genel Aydınlatma
• Dekoratif Aydınlatma
• Bilgi Teknolojileri
• Otomotiv
• Mobilya

Kaynakça:

• www.ared.org.tr
• wikipedia.org
• diyot.net