ışık yayan diyot

Bir ışık yayan diyot (kısa LED ait İngilizce ışık yayan diyot , dt., Işık ayrıca' diyot ışık lambası ) bir olan yarıiletken -Bauelement, ışık eğer doğru yayılacağı, elektrik akımı içinde ileri yönde akar. LED ters yönde bloke olur. LED'in elektriksel özellikleri böylece bir diyotunkilere tekabül eder . Dalga boyu yayılan ışık iletken malzemeye bağlı olan ve doping diyot: ışık olabilir görünür için insan gözünün ya da aralığında kızılötesi veya mor ötesi radyasyon .

1962'de piyasaya sürülmesinden bu yana ilk otuz yılda, LED başlangıçta bir ışık göstergesi ve sinyal iletimi için kullanıldı. Teknolojik gelişmeler ışık etkinliğini daha da artırdı , mavi ve bunlara dayalı olarak beyaz LED'ler geliştirildi ve 2000'lerin ortalarında LED ışık kaynakları piyasaya çıktı . Bunlar günümüzde yaygındır ve günlük kullanımda diğer ışık kaynaklarının yerini büyük ölçüde almıştır.

Işık demeti, şeffaf muhafaza içinde ışık yayan diyot (çap 5 mm). Sağ bağlantı ayağına kalıplanmış kabukta LED çipi resimde görünmemekte ve diğer bacak ile bir kuşaklama teli ile temas ettirilmektedir .

Yarı iletken olarak LED

yapı

Işık yayan diyotun iç reflektörü

SMD tasarımında ışık yayan diyot

Farklı ışık yayan diyotlar

Yarı iletken kristal bir çok ışık yayan diyotlar, bir metal kabın bir konik girintinin alt lehimlenmiştir. Girintinin içi, kristalin kenarlarından çıkan ışık için bir yansıtıcı görevi görür. Lehim noktası, kristalin iki elektrik bağlantısından birini oluşturur. Aynı zamanda, yarı iletken kristal elektrik gücünün sadece bir kısmını ışığa dönüştürdüğü için ortaya çıkan atık ısıyı emer. Kablolu ışık yayan diyotlarda, reflektörlü tutucu, elektrik bağlantısı görevi gören dikdörtgen kesitli bir tel olarak tasarlanmıştır. Genellikle elektronik bileşenlerde görülenin aksine, bağlantı teli kalaylı bakırdan değil kalaylı çelikten yapılmıştır. Isı iletkenliği çelik nispeten düşüktür. Sonuç olarak, bileşen bir devre kartına lehimlendiğinde, yarı iletken kristal aşırı ısınmadan zarar görmez.

Kristalin üst kısmı, ince bir bağlama teli ile ikinci çelik bağlantı teline yalnızca elektriksel olarak bağlanır, böylece bağlantı, ışık yayan yüzeyin yalnızca çok az bir kısmını kaplar.

Katot (-) mahfaza tabanı bileziğin bir düz ile işaretlenir. Yepyeni ışık yayan diyotlarda katodun bağlantısı da daha kısadır. Kuralı izleyin: K athode =  k URZ =  K ante. Çoğu ışık yayan diyotta reflektör katottur. Nadir durumlarda yapı tersine çevrilir. Devre sembolü (aşağıya bakınız) ile ilgili olarak, temel kural , akımın teknik yönünün , anotun (+) şeklinden dolayı oluşturduğu okla "gösterilmesidir".

Yüksek performanslı ışık yayan diyotlar (H-LED), 20 miliamperden (mA) daha yüksek akımlarla çalıştırılır. Özel tasarımlarda ifade edilen ısı dağılımı için özel gereksinimler vardır. Isı, ışık yayan diyot gövdesine yerleştirilmiş ısı iletkenleri olan güç kaynağı hatları, reflektör teknesi veya ısı iletkenleri aracılığıyla dağıtılabilir. 1 watt'tan itibaren çoğu H-LED, ısı emicilere monte edilmek üzere hazırlanmıştır. LED'lerde ( akkor lambaların aksine ), yüksek sıcaklık verimde azalmaya yol açar ve beklenen hizmet ömrü de kısalır.

20 (solda) ve 10 W elektrik gücünde (sağda) iki COB LED; LED'ler, sarı fosfor içeren reçine bileşiğinin altına yerleştirilmiştir.

Diğer bir olasılık, LED çipinin devre kartına doğrudan kablo ile bağlanması (board chip - COB) ve daha sonra silikon ile kapsüllenmesidir. Bu lambalara uzman mağazalarda "COB-LED" denir.

Çok renkli ışık yayan diyotlar, bir muhafazada birkaç (2–4) diyottan oluşur. Çoğu zaman ortak bir anot veya katoda ve her renk için bir konektöre sahiptirler. İki bağlantılı bir düzenlemede, iki ışık yayan diyot yongası anti-paralel olarak bağlanmıştır. Polariteye bağlı olarak, diyotlardan biri veya diğeri yanar. Uygun bir alternatif akımın değişken bir darbe genişliği oranı kullanılarak renkte yarı kademesiz bir değişiklik elde edilebilir.

Çalışma prensibi

Bir ışık yayan diyotun temel yapısı, bir pn yarı iletken diyotunkine karşılık gelir ; Işık yayan diyotlar bu nedenle aynı temel özelliklere sahiptir. Kullanılan yarı iletken malzemede büyük bir fark vardır. Aydınlık olmayan diyotlar silikondan , daha az sıklıkla germanyum veya selenyumdan yapılırken, ışık yayan diyotlar için başlangıç ​​malzemesi doğrudan bir yarı iletken , genellikle bir III-V bileşik yarı iletken olarak bir galyum bileşiğidir .

Bir ileri voltaj, bir yarı iletken diyot uygulanırsa, elektronlar göç gelen n-katkılı pn geçişi için yan. p-katkılı tarafa geçişten sonra, elektron daha sonra enerjik olarak daha uygun değerlik bandına geçer . Bu geçişe rekombinasyon denir, çünkü iletim bandındaki bir elektronun kusurlu bir elektronla (delik) karşılaşması olarak da yorumlanabilir. Rekombinasyon sırasında açığa çıkan enerji, genellikle doğrudan bir yarı iletkende ışık (foton) olarak yayılır.

Doğrudan yayılan rekombinasyona ek olarak, eksitonlar ve fononlar da katılabilir , bu da biraz daha az enerjili radyasyona yol açar (yayılan ışığın rengi kırmızımsı bir renge kayar). Bu mekanizma, özellikle yeşil galyum fosfit ışık yayan diyotlarda eksitonik emisyon durumunda rol oynar .

Işık yayan diyotlar arasında doğrudan sayılmayan ancak benzer çalışma prensiplerine dayanan özel varyantlar lazer diyot , rezonans kavite ışık yayan diyot (RCLED veya RC-LED) ve organik ışık yayan diyot (OLED)'dir. .

Malzeme seçimi - dolaylı ve doğrudan yarı iletkenler

Bant yapıları arasından
: Sol doğrudan yarı iletken (ör galyum arsenit ),
sağ: dolaylı yarı iletken (örneğin silikon)

Bant yapısı yarı iletken, diğer şeyler arasında, bir elektron geçişi sırasında enerji transferi davranışını belirler iletim bandı için valans tersi ve yardımcısı. Sağdaki grafik iki basitleştirilmiş bant yapısı diyagramını gösterir. İletim ve değerlik bantlarının seyri , gerekli momentum transferini karakterize eden karşılıklı bir uzaysal koordinatla açıkça karşılaştırılabilir şekilde dalga vektörü üzerinde çizilir . Yarı iletkenlerin veya bant geçişlerinin iki temel formu gösterilmektedir: solda doğrudan bir yarı iletkenin radyan geçişi ve sağda dolaylı bir yarı iletkenin geçişi. ${\ görüntü stili {\ vec {k}}}$

Silisyum gibi dolaylı yarı iletkenler durumunda , elektronların minimum iletim bandından valans bandı maksimuma değişimi, momentum korunumunu garanti etmek için ek bir momentum aktarımı gerektirir . Darbe transferi z gerçekleşir. B. Bir fononun emisyonu veya absorpsiyonu ile ( kafes titreşimi ). Geçişe ek bir yarı parçacığın dahil edilmesi koşulu, geçiş olasılığını azaltır. Dolaylı yarı iletkenler bu nedenle ışık yayan diyotlar olarak uygun değildir. Kirlilik yoluyla rekombinasyon (Shockley-Read-Hall rekombinasyonu) gibi yayılmayan geçişler baskındır . Buna göre, örneğin normal bir doğrultucu diyot yanmaz. ${\ görüntü stili {\ vec {k}}}$

Bunun aksine doğrudan yarı iletkenler , bir "doğrudan bant geçişi" ile karakterize edilirler, bu da iletkenlik bandının alt kenarındaki (iletkenlik bandı minimum) ve değerlik bandının üst ucundaki (değerlik bandı) elektronların olduğu anlamına gelir. maksimum) aynı momentuma sahiptir. Bu, momentumu korumak için bir fonon dahil olmak zorunda kalmadan bir foton (ışık) emisyonu ile elektronun doğrudan geçişini sağlar . Doğrudan yarı iletken galyum arsenidin kuantum verimi yaklaşık 0,5'tir, dolaylı yarı iletken silikon ise sadece yaklaşık 1 · 10 ^−5'tir .

Yayılan fotonun enerjisi, bant aralığının enerjisine eşittir , yani iletim ve değerlik bantları arasındaki enerjik mesafe.

${\ displaystyle \ lambda (W _ {\ mathrm {D}}) = {\ frac {h \ cdot c} {W _ {\ Mathrm {D}}}} \, \ qquad \ Mathrm {ile} \ dörtlü W _ {\ matematik {D}} = E '' - E '}$

sayısal bir denklem olarak:

${\ displaystyle \ lambda (W _ {\ matematik {D}}) = {\ frac {1240 \, \ matematik {nm \, eV}} {W _ {\ matematik {D}}}}}$

λ ( B _D ): dalga uzunluğu yayılan ışık. (Sayısal değer denklem için nm olduğunda eklenen içinde eV ).${\ displaystyle W _ {\ matematik {D}}}$

h : Planck'ın etki kuantumu = 6.626 · 10 ⁻³⁴  Js = 4.13567 · 10 ⁻¹⁵  eV s

c : ışık hızı = 2.99792458 · 10 ⁸  ms ^-1

B _D : çalışma , burada: (verilen sayısal değer denklemleri için bant boşluk elektron volt ), kullanılan yarı iletken malzemeye bağlı olarak.

LED ışık rengi ile teorik olarak mümkün olan minimum ileri voltaj arasındaki ilişki

Bant aralığının boyutu, yani enerji aralığı , yayılan ışığın enerjisini, yani frekansını, dalga boyunu veya rengini belirler. Yarı iletkenin kimyasal bileşimi ile kontrol edilebilir. Kristal kafes içindeki atomların değişimi, diğer şeylerin yanı sıra malzemenin kristal / moleküler yapısını değiştirir. onun kafes parametreleri ve hatta onun kafes yapı . Örneğin, yarı iletken galyum arsenit, 885 nm'lik bir dalga boyuna karşılık gelen, yani yakın kızılötesi aralığında 1.4 eV'lik bir doğrudan bant aralığına sahiptir . Eklenmesi fosfor , enerji açısından daha zengin ışık yayılan yapar azalan dalga boyu ve renk, kırmızı ve sarı kızılötesi değişen bant boşluğu artırır. Ancak kristaldeki fosfor artışı da iletim bandını deforme eder. Fosfor, arsenik atomlarının yüzde 50'sinin yerini alırsa , bant aralığı, 650 nm'lik (kırmızı) radyasyona karşılık gelen neredeyse iki elektron volttur, ancak bant yapısı, doğrudan radyasyon geçişleri artık gözlemlenmeyecek şekilde değişmiştir. gösterilen sağdaki örnekte. Bant aralığının enerjisi ayrıca diyotun ileri voltajının seviyesine de yansır . Uzun dalgalı ışıkta yaklaşık 1,5 V, mavi ışıkta 3 V, silikon diyotlarda ise yaklaşık 0,6 V daha düşük değerlere sahiptir. ${\ görüntü stili E '' - E '}$

Renkler ve teknoloji

InGaN'dan Mavi LED

Işık yayan bir diyotun rengi, esas olarak kullanılan yarı iletken malzemenin bant aralığına bağlıdır . Bant aralığı, yarı iletkenin bileşimi yoluyla imalat sırasında belirli sınırlar içinde değiştirilebilir. Bir ışık yayan diyotun rengi, doğrudan belirli bir dalga boyu λ'ya karşılık gelir , yani. H. karşılıklı sıklığı yayılan elektromanyetik radyasyon, yayılma hızı ile çarpımı. Yaygın olarak kullanılan malzemelere örnekler:

• Alüminyum galyum arsenit (AlGaAs) - 1000 nm dalga boyuna kadar kızılötesi , kırmızı (665 nm)
• Galyum Arsenid Fosfit (GaAsP) ve Alüminyum İndiyum Galyum Fosfit (AlInGaP) - kırmızı, turuncu ve sarı
• Galyum fosfit (GaP) - (sarı) yeşil
• İndiyum galyum nitrür (InGaN) / galyum nitrür (GaN) - ultraviyole , mor, mavi ve yeşil (gerçek yeşil)

Beyaz LED'ler çoğunlukla indiyum galyum nitrür bazlı mavi LED'lerdir ve LED çipinin önünde bir dalga boyu dönüştürücü görevi gören ve esas olarak LED ışık kaynakları alanında kullanılan sarımsı bir ışıldayan tabaka bulunur . Benzer şekilde, ancak değiştirilmiş bir ışıldayan katmanla, LED'ler pastel tonlarda yapılmıştır.

Işık yayan diyotlar için nadiren kullanılan malzemeler şunları içerir:

• Silisyum karbür (SiC) - ilk ticari mavi LED; düşük verimlilik nedeniyle pratik kullanımda zorlukla
• Çinko Selenid (ZnSe) - mavi emitör, ancak ticari olgunluğa hiçbir zaman ulaşmadı

Kırmızı, yeşil, mavi ve beyaz ışık yayan diyotun spektrumları

Beyaz LED

Işık yayan diyotlar yalnızca tek renkli ışık ürettiğinden, beyaz ışık üretmek için çeşitli ek renk karıştırma yöntemleri kullanılır.

Farklı renkli LED'lerin ve fosforların kombinasyonu

Üç ayrı LED çipi ile bir RGB ışık yayan diyotun (çap yaklaşık 5 mm) yakından görünümü

RGB renk uzayı teriminden türetilen RGB-LED'ler olarak adlandırılan kırmızı, yeşil, mavi ışık yayan diyotlar, bir LED muhafazasında, ışıklarının iyi karışacağı ve böylece tek tek ışık yayan ışık olduğunda beyaz görünecek şekilde birleştirilir. diyotlar dışarıdan uygun şekilde kontrol edilir. Daha iyi ışık karışımı için genellikle bir difüzör gibi ek optik bileşenler gereklidir. Işık yayan diyotların bu kombinasyonu ile, ayrı ışık yayan diyotların uygun kontrolü ile farklı renklerde ışık da üretilebilir ve yumuşak renk geçişleri de mümkündür.

Bir ultraviyole LED (UV LED) nadiren olduğu daha kadar render iyi renk verir, kırmızı, yeşil ve mavi birkaç farklı fosforla birlikte R _bir = 90. Üç dar frekans bandında ışığı temsil eden spektrumda nispeten dar üç tepe üretilir. Bununla birlikte, farklı fosfor tabakası kalınlıkları, özellikle kenarda, emisyon yönüne bağlı olan homojen olmayan bir ışık rengine yol açar; RGB LED'lerde olduğu gibi çalışma sırasında renk sıcaklığı veya rengi de değiştirilemez.

lüminesans

Mavi ışık yayan diyot ve geniş bant ışıldayan boya ile beyaz ışık üretin. Beyaz LED'ler için ortak prosedür.

Üstünde sarı floresan malzeme bulunan mavi bir LED ile beyaz ışığın nasıl üretildiğinin şematik gösterimi

Mavi veya ultraviyole LED, fosfor olarak da bilinen bir fotolüminesan boya ile birleştirilir . Floresan tüplere benzer şekilde , mavi veya ultraviyole LED'in kısa dalgalı ışığı daha uzun dalgalı ışığa dönüştürülür. Fosfor seçimi değişebilir ve renk sıcaklığını belirler.

Beyaz LED'ler için en yaygın üretim sürecinde, galyum nitrür epitaksiyel olarak , genellikle organometalik gaz fazı epitaksi (MOVPE) vasıtasıyla safirden yapılmış bir taşıyıcıya (alt tabaka) uygulanır. Bu, GaN yarı iletken kristalinin ilk katmanını oluşturur. Işık yayan katman genellikle, mavi ışığı fosfor tarafından kısmen daha uzun dalgalı ışığa dönüştürülen InGaN'den oluşur. Temelleri 2000 yılında Magdeburg Otto von Guericke Üniversitesi'nde geliştirilen yeni bir süreçte, pahalı safir substratın yerini silikon alıyor. İlk AlN katmanından sonra, galyum nitrür silikon üzerinde büyütülür. Bununla birlikte, bu tür LED'ler, yalnızca ışık emici silikon alt tabaka çıkarıldığında ve şimdi safir alt tabakalar üzerindeki yüksek güçlü LED'lerde olduğu gibi , genellikle gümüş bazlı, oldukça yansıtıcı bir tabaka ile değiştirildiğinde verimlidir . Bu yöntemle, LED üretimi için çok daha ucuz ve geniş alanlı silikon levhalar kullanılabilir ve bunların alt tabakadan ayrılma süreci büyük ölçüde basitleştirilir.

Floresan kaplamanın türü kalite için belirleyicidir. Grafikten de görebileceğiniz gibi, ortalama olarak sarımsı olan lüminesan tabaka çok geniş bantlı bir ışık üretir ve bu da dengeli bir spektruma yol açar. Öte yandan, çoğu kırmızı boyanın spektrumları ile örtüşme zayıftır, bu da renk geriverimini olumsuz etkiler ve örneğin, bu tür beyaz LED'lerle arkadan aydınlatılan renkli LCD'lerde , zayıf kırmızı işlemeye yol açar.

özellikler

spektral özellikler

Akkor lambaların aksine , ışık yayan diyotlar ısı yayıcı değildir . Renkli (beyaz olmayan) ışık yayan diyotlar, sınırlı bir spektral aralıkta ışık yayar; ışık neredeyse tek renklidir . Bu nedenle, tek renkli bir renk özelliği elde etmek için renk filtrelerinin spektrumun en büyük bölümünü emmesi gereken diğer ışık kaynaklarına kıyasla sinyal ışığı olarak kullanıldıklarında özellikle verimlidirler. Işık yayan diyotların genel aydınlatma amaçlı kullanımı için çoğunlukla mavi ışık yayan diyotlar fosforlarla birleştirilir. Floresan malzemenin geniş spektrumuna ek olarak, daha dar bir mavi ışık bileşenine sahiptirler.

1990'ların başına kadar ışık yayan diyotlar, görünür spektrumun tüm renkleri için yeterli kalitede üretilemiyor, özellikle mavi ışık yayan diyotlar mevcut değildi. Yeşil ışık yayan diyotların kullanımı da gerekli mavi-yeşil ışık rengi nedeniyle trafik ışıklarında mümkün olmadı. İlk mavi-yeşil ışık yayan diyotların gelişimi, galyum nitrür malzemesi temelinde 1989 yılında Isamu Akasaki'nin çalışmasına kadar gider . Mavi-yeşil ve ardından mavi ışık yayan diyotların seri üretimi 1993 yılında başladı.

Elektriksel Özellikler

Işık yayan diyotlar, diğer şeylerin yanı sıra sıcaklığa da bağlı olan, katlanarak artan bir akım-voltaj karakteristiğine sahiptir. Işık akısı, çalışma akımıyla neredeyse orantılıdır.

LED akımına bağlı olarak ışık akısının tipik seyri (5 mm LED camgöbeği)

İleri gerilim veya diyot boyunca gerilim işletme akımı ile ayarlanır, sahip numune varyans ve sıcaklığa bağlıdır - sıcaklık bütün yarı iletken diyot gibi, yükselir azalır. Bu nedenle, sabit bir akım kaynağı (genellikle bir seri direnç şeklinde yaklaşık olarak) üzerinden besleme , tanımlanmış bir parlaklık için önemlidir. Numunelerdeki farklılıklar ve sıcaklık bağımlılığı nedeniyle çalışma noktası istenen akım için voltaj üzerinden yeterli doğrulukta ayarlanamadığından , bir voltaj kaynağı üzerinde doğrudan çalıştırma çok risklidir.

Geliştirme sürecinde, yarı iletken malzeme ve yarı iletken kristal ve mahfaza geometrisi optimize edilerek ışık verimi artırıldı . 1990'lardan itibaren bu, LED'leri çok düşük akımla ( düşük akımlı LED'ler) çalıştırmayı ve yine de makul bir parlaklık düzeyi elde etmeyi mümkün kıldı . LED'lerin izin verilen maksimum akım tüketimi, 2 mA (örneğin minyatür SMD LED'ler veya düşük akım LED'ler) ile 20 mA (standart LED'ler) ile yüksek performanslı LED'lerde 18 A (Haziran 2008 itibariyle) arasında değişir . İleri voltaj U _f (İngiliz ileri voltajı için ), ışığın rengini belirleyen yarı iletken malzemeye bağlıdır. Voltaj düşüşü için göstergeler şunlardır:

• Kızılötesi LED: 1,2-1,8 V, tipik 1,3 V
• Kırmızı: 1.6-2.2V
• Sarı, yeşil: 1.9-2.5V
• Mavi, beyaz: 2.7-3.5V
• UV-LED: 3,1-4,5 V, tipik 3,7 V

İleri voltaj, diğer şeylerin yanı sıra bağlıdır. bağlıdır akım yoğunluğunda LED ve ilgili seri direnç diyot (kristal tabaka direnci) ve kişileri, bağlama telleri ve bağlantıları ve bunun bir sonucu olarak, daha güçlü bir LED ile artar.

İzin verilen maksimum ters voltaj genellikle 5 volttur, bunun üzerinde LED genellikle tahrip olur.

Optik özellikler

LED çipinin veya floresan tabakasının ışık yayılımı bir yarı-uzayda gerçekleşir, çip , ışığı yönlendirmek/odaklamak için başka hiçbir parça kullanılmadığında kabaca bir Lambert radyatörü gibi davranır. Isı kaybı tipik olarak, örneğin LED'in monte edildiği bir ısı emicisine iletim yoluyla diğer yarı alana dağıtılır .

Işık yayan diyotlar genellikle polimerlerle kapsüllenir. Parlak LED'ler için cam, seramik veya metal muhafazalar da kullanılır. Çoğunlukla alüminyumdan yapılmış metal muhafazalar, ısıyı dağıtmaya yarar. Şeffaf polimer gövde, LED çipi ile doğrudan temas halindedir; bu genellikle plastiğe dökülür. Bu , ışığın LED çipinden çıkması için kritik toplam yansıma açısını düşürür ve böylece ışığın çipten polimer gövdeye geçişini iyileştirir. Bu genellikle bir mercek şeklindedir ve ışığı belirli bir açılma açısı içinde ortaya çıkacak şekilde demetler.

Bu açılma açısı, bir LED'in önemli bir parametresidir. Işığın yayıldığı katı açı , açılma açısından hesaplanabilir ve LED'in ışık akısı ve ışık şiddeti şunlarla ilgilidir: ${\ görüntü stili \ Omega}$${\ görüntü stili \ alfa}$ ${\ görüntü stili \ Phi}$ ${\ görüntü stili I}$${\ görüntü stili \ Omega}$

${\ displaystyle \ Omega = 2 \ pi (1- \ cos (\ alpha / 2))}$,

${\ displaystyle \ Phi = I \ cdot \ Omega}$.

Bununla birlikte, pratikte, ışık genellikle sadece açılma açısı içinde ve ayrıca bu açıda tamamen üniform olarak (yani sabit ışık yoğunluğu ile) yayılmadığından, ikinci denklem sadece yaklaşık olarak geçerlidir.

Geniş açılma açıları elde etmek için tasarlanmış lensli ışık yayan diyotlar, hasır şapka LED'leri olarak da bilinir . Bazen, ışığın tamamen yansıtıldığı ve daha sonra muhafazanın silindirik yan duvarından çıktığı içbükey, konik bir ön yüzey de kullanılır.

Işık şiddeti

Işık şiddeti LED'lerin olup , belirtilen birim içinde , mum bunun (CD) ya da parçaları. Işık akısının aksine, ışık şiddeti katı açı biçimindeki radyasyon özelliklerini de hesaba katar . Tipik değerler şunlardır:

• Kontrol panelleri vb. gibi sinyal uygulamaları için klasik LED'ler için 20 mcd ila 50 mcd.
• 0,8 cd'ye kadar daha yeni sözde "süper parlak" LED'lere sahiptir, bu nedenle parlak veya gün ışığı ortamları için de uygundur
• LED modülleri aydınlatma amacıyla 10 cd'ye kadar ; bunlar birkaç LED çipinden oluşur

yaşlanma

Açılış saatlerinde hizmet ömrü

Ömrü , bir LED (ışık bozunma) olan, bu süreden sonra bir ışık akısı başlangıç değeri (% 70 arasında bir ortalama düştü L70B50 değer); Bazı internet kaynakları ayrıca ilk ışık akısının %80 veya %50'sinde yaşamın sona erdiğinden bahseder.

Işık yayan diyotların ışık akısı yavaş yavaş azalır, ancak genellikle aniden başarısız olmazlar. Yaşlanma neredeyse lineerdir. Hizmet ömrü, ilgili yarı iletken malzemeye, çalışma koşullarına (sıcaklık, akım) ve floresan boyaların renk sıcaklığındaki bireysel olarak tolere edilebilen değişime (beyaz LED'ler daha mavimsi hale gelir) bağlıdır. Yüksek sıcaklıklar (genellikle yüksek akımlar nedeniyle) LED'lerin ömrünü önemli ölçüde kısaltır. Birbiriyle en iyi şekilde eşleşen bileşenlerle 50.000 saat ve daha fazla hizmet ömrü elde edilebilir.

LED'lerin yaşlanması, öncelikle termal etkiler nedeniyle kristaldeki kusurların genişlemesinden kaynaklanmaktadır. Bu alanlar artık ışık üretiminde yer almıyor. Radyasyonsuz geçişler ortaya çıkar. Mavi ve ultraviyole aralığındaki GaN LED'leri durumunda, kısa dalgalı ışık nedeniyle plastik muhafazanın yaşlanması ve ilişkili bulutlanma da belirlenebilir.

Uygulamalar ve kullanım alanları

Farklı renk, şekil ve güçte ışık yayan diyotlar

1970'lerde ve 1980'lerde, LED'lerin uygulama alanı, düşük ışık çıkışı ve tüm renklerin mevcut olmaması nedeniyle esas olarak kırmızı, turuncu, sarı ve sarı-yeşil renkli durum göstergeleri gibi ekran öğelerini içeriyordu. Daha küçük akkor lambaların veya kızdırma lambaların yerini alırlar . Bu uygulama alanı , floresan ekran ve öncülü Nixie tüpü gibi özel elektron tüplerinin yerini aldıkları yedi segmentli ekranlar veya matris ekranlar gibi ekranları da içerir .

LED'in başlangıcından bu yana, ışık yayan diyotun işlevinin kullanıcı tarafından mutlaka optik olarak görülmediği ve ışık yayan diyotların bugün hala baskın olduğu sinyal iletimi uygulamaları da olmuştur. Örnekler, kızılötesi uzaktan kumandalarda , ışık bariyerlerinde veya elektrik devrelerinin galvanik olarak ayrılması için optokuplörlerde bulunan kızılötesi LED'lerdir .

LED sokak lambası içinde Charente , Fransa

2000'lerden bu yana yüksek performanslı ve ucuz mavi (ve dolayısıyla beyaz) ışık yayan diyotların piyasada bulunmasıyla, LED'ler neredeyse tüm aydınlatma uygulamalarında kendilerini kanıtlamıştır . Oda aydınlatması veya sokak aydınlatmasına ek olarak , LED'ler ayrıca el fenerlerinde , LED farlarda , projektörlerde ve efekt aydınlatmasında kullanılır, örn. B. Işıklı mobilyalarda, vitrinlerde, çerçevelerde ve hatta dar ve kısmen gizlenmiş LED şeritlerin hoş dolaylı aydınlatma ve oda atmosferi sağlaması amaçlanan giysilerde. Bugün , bir yandan geleneksel karbon filamanlı akkor lambaların görünümünü taklit eden LED filamanlı lambalar da dahil olmak üzere çeşitli LED ışık kaynakları var , daha güçlü türler ise tungsten filamanlı akkor lambaların görünümünü andırıyor .

Aydınlatma amaçlı yüksek performanslı ışık yayan diyotların kullanılabilirliği ile aynı zamanda trafik ışıkları, arka lambalar ve araçlardaki sinyal lambaları gibi daha yüksek ışık çıkışına sahip sinyalizasyonlar da vardı . 2011 yılında Avrupa'da ilk kez bir havalimanı apronu LED'lerle aydınlatıldı: Innsbruck'ta 14 yüksek direkli bir sistem 49.000 m²'lik bir alanı aydınlatıyor.

LED'ler başka bir uygulama alanı olan arka ışık arasında likit kristal ekranlar LED'ler uzun vadede daha stabil olan aydınlatma ve bazı durumlarda, daha az elektrik gerektirdiğinden, soğuk katot lambaları . Ayrıca bu şekilde çok küçük montaj derinlikleri elde edilebilir. Karşılık gelen LCD televizyonlara genellikle halk dilinde LED televizyonlar denir .

Kullanılan ışık yayan diyotların spektral özelliklerini kullanan özel uygulama alanları da vardır. Örnekler tıbbi teknoloji diğer şeyler arasında, ultraviyole LED'ler için kullanılır, polimerize içinde plastik diş teknolojisi , kırmızı ve kızılötesi LED ölçmek için kullanılır, oksijen doygunluğu içinde nabız oximeters olarak da bilinen - veya açık ten terapisinde LED fotoğraf gençleşme .

LED geliştirme

Öykü

HJ Rounds deneyinin kopyası . Silisyum karbür üzerindeki negatif yüklü bir iğne ucu, yeşil, parlak bir ışık yayan diyot geçişi oluşturur.

Piyasada bulunan LED'lerin maksimum ışık akısının (kırmızı) geliştirilmesi. Ölçek logaritmiktir ve bu nedenle düz çizgi üstel bir artışa karşılık gelir .

Henry Joseph Round (1881–1966) ilk kez 1907'de inorganik maddelerin uygulanan bir voltajın etkisi altında ışık yayabildiğini gözlemledi. 1921'de Rus fizikçi Oleg Lossew , Yuvarlak etkisini yeniden keşfetti ve 1927'den 1942'ye kadar daha ayrıntılı olarak inceledi, çünkü fenomenin Einstein'ın fotoelektrik etkisinin tersine çevrilmesi olarak yorumlanması gerektiğinden şüphelendi . Georges Destriau , 1935'te çinko sülfürde benzer bir ışık fenomeni keşfetti ve Rus fizikçisinden sonra Lossew ışığı adını verdi .

1951'de bipolar transistörün gelişimi, yarı iletken fiziğinde bilimsel ilerlemeyi mümkün kıldı. O zamandan beri ışık yayma sürecini aydınlatmak mümkün olmuştur. Başlangıçta, çinko sülfür ile deneyler devam etti; Ancak, yarı iletken olarak kabul edilen III-V bileşik yarı iletkenler üzerine yapılan araştırmalar daha başarılı olmuştur . 1957'den itibaren, ışık üretimine yönelik araştırmalar tamamen yarı iletkenlere odaklandı. Galyum arsenit (GaAs) ve galyum fosfide (GaP) dayalı görünür aralıktaki ışık emisyonu özellikle önemliydi.

Bazı kaynaklar, ışık yayan diyotun icadını Nick Holonyak'a atfeder ve 1962'ye tarihlendirir.

1968'de Amerikan kimya şirketi Monsanto , galyum arsenit fosfit bazlı (kırmızı) LED'leri seri üreten ilk şirketti ve sonraki yıllarda gelişme devam etti. Ayrık LED'in ve yedi segmentli ekranın seri üretimi , ilk cep hesaplayıcılarını ve dijital kol saatlerini mümkün kıldı .

1962'deki ilk LED'lerden bu yana, ışık çıkışı 0,1 lm/W'nin altından 100 lm/W'nin üzerine çıkmıştır. Çoğunlukla sıçramalar ve sınırlar içinde yapılan bu geliştirme adımları , yarı iletken heteroyapıların , düşük boyutlu yapıların ( kuantum filmler , kuantum noktaları ) kullanımı üzerine yarı iletken katmanların daha iyi kalitesine (düşük kusur yoğunlukları , daha az safsızlık) dayanmaktadır. , şeffaf alt tabakalar ve geliştirilmiş ışık çıkarma. GaAs / AlAs (1960'lar, kırmızı-sarı) ile başlayarak, GaP (1970'ler, yeşil LED'ler) ve GaN (1980'ler / 1990'lar, yeşilden UV'ye) gibi yeni yarı iletken malzemeler geliştirildi, böylece bugün biri hariç bir boşluk var. yeşil-sarı alanda, spektrumun tüm renklerinde LED'ler.

Kısa dalga aralığında (mavi, UV) verimli bir şekilde ışık üreten yarı iletken malzemeler uzun süredir aranmaktadır. Asıl sorun, ilk olarak 1988 yılında Japonya'da Isamu Akasaki'nin grubu tarafından GaN ile, daha sonra ise 1992 yılında Shuji Nakamura tarafından farklı bir yaklaşımla elde edilen uygun geniş aralıklı yarı iletkenlerin bir p-iletken alanının dopingiydi . Bu, bu arada beyaz ve yeşil LED'leri ve mavi lazer diyotları içerecek şekilde genişletilen GaN'ye dayalı ilk ticari mavi LED'in ortaya çıkmasına neden oldu ve 1993'ten beri Nichia tarafından pazarlandı. O zamana kadar mavi LED'ler, verimli ışık emisyonu için dolaylı bir yarı iletken olarak pek uygun olmayan silisyum karbür malzemesine dayanıyordu . Isamu Akasaki, Hiroshi Amano ve Shuji Nakamura, “parlak ve enerji tasarruflu beyaz ışık kaynaklarını mümkün kılan verimli mavi ışık yayan diyotların icadı” nedeniyle 2014 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü aldı.

2006'da Nichia'dan mavi bir LED, laboratuvar testlerinde 150 lm/W ışık çıkışı elde etti. Bu , 1970'lerden beri çeşitli tasarımlarda mevcut olan sodyum buharlı lambaların verimliliğine karşılık gelir . 2007 yılında Cree şirketi , laboratuvarında 1000 lm'nin üzerinde ve 72 lm/W verimlilikte soğuk beyaz LED çalıştırmayı başardı ; sıcak beyaz versiyon yine de 760 lm'de 52 lm/W ışık çıkışı elde etti. Nichia'dan bir LED, 2009'dan beri 160 lm / W'lik belirli bir ışık verimliliğiyle, ancak yalnızca düşük bir çıkışla piyasada. 2010 yılında Cree, 1 W'da 160 lm/W'a ve 10 W'ta halen yaklaşık 100 lm/W'a ulaşan ilk LED'leri teslim etti.

Eylül 2009'da Cree, 350 mA ışık akısı değerleri ile maksimum güç tüketimi ile neredeyse 10 W'tan 105 lm / W'ye düşen 132 lm / W ışık etkinliğine (üretici bilgisi) sahip beyaz bir LED sunmaya başladı. bu tip üretim için güç sınıflarında 114 lm; 122 lm; 130 lm ve 139 lm (132 lm/W'ye karşılık gelir) sunulmaktadır. Şubat 2010'da şirket, oda sıcaklığında 208 lm/W'ye ve 4579 K renk sıcaklığına ulaşan bir laboratuvar prototip LED'i bildirdi. Ekim 2011'de Osram, 609 nm'de çalışan kırmızı bir LED'in prototiplerini sunmayı başardı. 350 mA nominal akım, 168 lm/W ışık çıkışı sağlar.

Farklı LED'lerin ışık yoğunluğunu karşılaştırırken, ışın açısı hesaplamaya dahil edilmelidir. Normal ışın açıları 24° ile 40° arasındadır.

Daha fazla geliştirmenin odak noktası öncelikle verimliliği artırmak ve üretim maliyetlerini daha da azaltmaktır. Buna ek olarak, 2015 yılı civarında şeffaf taşıyıcı ve yarı iletken malzemelerin yanı sıra şeffaf elektrik kabloları üretmek için çalışmalar yapılmıştır, çünkü bağ telleri (yarı iletken çipe giden elektrik hatları) ışıklı yüzeyin bir kısmını kaplar.

Teknoloji harikası

Işık çıkışı

Monokrom ışık dönüştürücüler için teorik maksimum ışık çıkışı

Beyaz LED'ler için en yüksek verimlilik rakamları 2014 yılında 303 lm/W ışık çıkışı verirken , 2010 yılında 250 lm/W idi. Ancak teorik maksimum, 6600 K renk sıcaklığına sahip beyaz ışık %100 fiziksel verimlilikle üretiliyorsa yaklaşık 350 lm/W'dir. Bu nedenle üretici firmaların basın bültenlerinde yer alan yüksek verimli ifadeler güvenilir değildir. 2020'de, renksel geriverim indeksi 70 olan ticari olarak temin edilebilen beyaz LED emitörler , 85 ° C'lik bir çip sıcaklığında maksimum %7 hata ile darbe modunda ölçülen watt başına yaklaşık 122 ila 166 lümenlik bir ışık verimliliği elde eder.

Lümen birimindeki ölçüm insan gözünün özelliklerini dikkate aldığından (bkz. ışık hassasiyeti eğrisi ), yeşil ila sarı renklerde LED'ler özellikle yüksek verimlilik değerleri elde ederken, örneğin mavi LED'ler önemli ölçüde daha kötü performans gösterir. Elektrik enerjisinin ışık enerjisine dönüşümünü gösteren tamamen fiziksel verimlilik açısından, mavi LED'ler genellikle daha iyidir. Bu nedenle, zayıf bir renksel geriverim indeksi ve yüksek bir renk sıcaklığı, yüksek ışık verimliliği ile ilişkilidir. Gerçek LED'e bağlı olarak, balastlar ve muhtemelen optikler nedeniyle kayıplar olmaksızın yaklaşık %85'e varan fiziksel verimlilikler elde edilebilir. Bu tür laboratuvar değerlerine ek olarak günümüzde 200 lm/W'lik LED'ler de faaliyettedir.

Seri üretim

Seri üretilen bir LED'in verimliliği belirli bir yayılıma tabidir. Örneğin, yıllar önce laboratuvarda yüksek verimliliğe sahip bireysel LED laboratuvar örnekleri üretildi ve kısa bir süre sonra toplu ürün olarak ilan edildi. "Fluxbinning" adı verilen yöntemle, bir üretimden birkaç farklı ışık akısı sınıfı seçilir ve farklı fiyatlara sunulur.

Çalıştırma ve bağlantı

Işık yayan diyotun devre sembolü ve akım akışına giden voltajın polaritesi (ileri yön)

Sabit bir yarı iletken sıcaklığında, ışık yayan bir diyotun ışık akısı, içinden geçen akımla yaklaşık olarak orantılıdır. Diğer şeylerin yanı sıra artan sıcaklıkla verimlilik azalır. bu nedenle, soğutma tipine bağlı olarak ışık verimi performans sınırında düşer. Ayrıca, tabaka direnci (yarı iletken kristal, bağlama teli), LED'lerin belirtilen nominal güçlerinde daha düşük akımlara göre daha az verimli olduğu anlamına gelir. LED, yarı iletkenin sıcaklığı daha uzun bir süre için yaklaşık 150 ° C'yi aşarsa, kendiliğinden arızaya kadar hızlanır.

Diğer yarı iletken diyotlar gibi, ışık yayan bir diyot da üstel bir akım-voltaj karakteristiğine sahiptir . Voltajdaki küçük dalgalanmalar, eşik voltajından akımda büyük değişikliklere neden olur.

Beyaz bir LED'in karakteristik eğrisi

Sağdaki resim, burada 350 mA nominal akımla beyaz ışık yayan diyotun tipik bir akım-voltaj karakteristiğini göstermektedir. Aşırı ısınma korkusu olmadan normal koşullarda bu akımı emebilir. Yaklaşık 1 W'lık bir güç tüketimine karşılık gelen, nominal akımdaki karakteristik eğrisinden yaklaşık 3.4 V'luk bir ileri voltaj okunabilir.

Kırmızı eğri, artan sıcaklık için geçerlidir (artan sıcaklıkla bant aralığı ve ileri voltaj azalır). Bu nedenle, ileri voltaj sabit tutulsa bile akım %50'den fazla artabilir. Bu nedenle bir LED, doğrudan bir voltaj kaynağından çalıştırılamaz . LED'ler bir akım kaynağına , bir sabit akım kaynağına veya akım sınırlaması için bir ölçü vasıtasıyla bir gerilim kaynağına bağlanabilir .

Önemli bir akımın akabilmesi için gerilimin en az eşik gerilimi kadar yüksek olması gerekir. Örneğin, 2,4 V'luk bir voltaj uygulandığında mavi bir LED karanlık kalacaktır ( her biri seri olarak 1,2 V olan iki NiMh pil ). Bununla birlikte, toplam 3,6 V'luk bu tür üç pil hücresi, güç tüketimini %150'nin üzerine çıkarır, LED kısa bir süre sonra arızalanır.

Birkaç mikrosaniyeden birkaç milisaniyeye kadar darbeli çalışmada, LED'ler sürekli anma akımının katları olan akımlarla çalıştırılabilir. Özellikle kızılötesi LED'ler bunun için belirtilmiştir. Tipik uygulamaları, LED'lerin yaklaşık 40 kHz'de darbeli olarak çalıştırıldığı kızılötesi uzaktan kumandalardır . Işık veya radyasyon gücünün modülasyonu, LED tipine bağlı olarak birkaç 100 kHz ila birkaç 10 MHz'e kadar mümkündür.

Seri dirençle çalışma

Bilinen diyot karakteristikleri ile çalışma noktasının belirlenmesi

Bir voltaj kaynağına bir LED sağlamanın en basit yolu, ona bir seri direnç bağlamaktır . Prensipte, genel verimlilik, doğrusal olarak düzenlenmiş sabit akım kaynağından daha kötü değildir . Bu düzenleme, yük altında gerilimi U ₀ bilinen bir gerilim kaynağı ile çalıştırılırsa (nominal akım I ), direnç seçilerek istenen akım I ayarlanabilir :

${\ displaystyle R = {\ frac {U_ {0} -U _ {\ matematik {LED}}} {I}}}$

Örnek: ${\ displaystyle U_ {0} = 4 {,} 5 \ \ matematik {V}, \ I = 0 {,} 35 \ \ matematik {A}, \ U _ {\ matematik {LED}} = 3 {,} 4 \ \ matematik {V}}$

${\ displaystyle R = {\ frac {4 {,} 5 \ \ matematik {V} -3 {,} 4 \ \ matematik {V}} {0 {,} 35 \ \ matematik {A}}} = 3 { ,} 1 \ \ Omega \}$

Güç kaybı ve dolayısıyla direncin boyutu,

${\ displaystyle P _ {\ text {Zarar}} = \ Delta {U} \ cdot \ I _ {\ matematik {LED}} = 1 {,} 1 \ \ matematik {V} \ cdot 0 {,} 35 \ \ matematik {A} = 0 {,} 385 \ \ matematik {W}}$

Bir sonraki daha yüksek normal değer 0,5 W'dir.

Düzensiz bir gerilim kaynağı olması halinde, örneğin aşağıdakilerden oluşan bir güç kaynağı olarak transformatör bir ile doğrultucu ve bir yumuşatma kondansatörü , yük akımı çıkış voltajının bir bağımlılığa yol kaynak potansiyel iç direncinin. Yukarıdaki formülle, U _0'ın yüksüz voltaj değil, küçük transformatörlerle (yaklaşık 3 VA) yüksüz voltajla karşılaştırıldığında neredeyse yarıya indirilebilen nominal akım I'deki çıkış voltajı olduğuna dikkat edilmelidir . .

Seri direncin dezavantajı, akımın besleme gerilimine bağlı olmasıdır. Bu, özellikle seri direnç boyunca nispeten düşük bir voltaj düştüğünde geçerlidir. Bu nedenle, LED ile besleme şebekesi (örn.

Örnek : 12 V'luk bir araç elektrik sistemine üç adet 3.4 V LED bağlanmıştır, böylece U = 12 V'luk bir voltajda , seri direnç için sadece 1.8 V kalır. 5,2 Ω'luk bir seri dirençle sonuç 348 mA'lık bir akımdır. Ancak aküyü araçta şarj ederken 14,4 V'a kadar voltajlar oluşabilir. Bu, daha sonra, yerleşik voltaj yalnızca %16 artmasına rağmen, yaklaşık 700 mA'lık (LED üzerindeki voltaj düşüşü de biraz artar) pratik olarak iki katına çıkan bir akımla sonuçlanır. Seçilen versiyon bu nedenle güvenilir değildir ve bu nedenle uygun değildir. Bu, seri olarak bağlanan ışık yayan diyotların sayısını veya seri direnç yerine sabit bir akım kaynağının sayısını azaltarak giderilebilir.

Sabit akım kaynağı ile çalışma

Işık yayan diyotları sabit bir akım kaynağında çalıştırırken, akımın besleme voltajına bağlı olması sorunu yoktur. LED daha sonra çok geniş bir voltaj aralığında güvenli bir şekilde çalıştırılabilir. Sabit akım kaynakları, transistörler veya entegre devreler ile gerçekleştirilebilir .

LED'ler için akım kaynağı olarak uygun JFET'li sabit akım kaynağı

Sabit bir akım kaynağı gerçekleştirmek için bir olasılık , bir LED ile seri olarak bir voltaj kaynağına bağlanan basit bir lineer regülatör biçimindeki bir JFET tarafından sunulmaktadır . Bitişik devre, seri direnç R yerine LED'e seri olarak bağlanır. R ₁ seçilerek LED üzerinden akım şiddeti ayarlanabilir. Direnç değeri, JFET'in parametrelerine bağlıdır ve - seri dirençle çalışmanın aksine - besleme voltajına değil. Kaba bir tahmin olarak, sabit akım aşağıdaki denklem kullanılarak belirlenebilir:

${\ displaystyle I _ {\ metin {D}} \ yaklaşık {\ frac {U _ {\ metin {GS}}} {R_ {1}}}}$

( U _GS kapı ve kaynak arasındaki voltajdır; bu değer ilgili JFET'in veri sayfasından alınabilir ve çalışma sırasında direnç R _1'e uygulanan voltaja eşittir .)

Bu devre ile elde edilebilecek tipik besleme voltajı aralıkları, birkaç volttan 40 volta kadar uzanabilir ve JFET'in dielektrik gücü ve maksimum güç kaybı ile sınırlıdır.

LM317 lineer voltaj regülatörünü sabit akım kaynağı olarak kullanmak da mümkündür .

Anahtarlama regülatörü ile çalışma

Birincil hücrede bir veya daha fazla beyaz LED'i çalıştırmak için basit yükseltici dönüştürücü (1,5 volt)

Lineer devrelerin dezavantajı, voltaj farkının ve çalışma akımının güç kaybı şeklindeki ürününü ısıya dönüştürmeleridir. Birkaç 100 mA'dan yukarı çalışma akımına sahip yüksek güçlü LED'ler durumunda, sabit çıkış akımını düzenleyen kayıpları en aza indirmek için anahtarlama düzenleyicileri ( buck dönüştürücüler ) sıklıkla kullanılır . Anahtarlama regülatörleri, tek bir hücrede (akü, birincil hücre) ( yükseltici dönüştürücü ) çalışırken bile LED'in ileri voltajını (2,5 V ila 4 V üzerinde beyaz LED'lerle ) elde etme imkanı sunar.

Anahtarlama regülatörleri genellikle %90'ın üzerinde verimliliğe sahiptir ve bu nedenle yüksek voltaj farklarında bile yukarıda bahsedilen çözümlerin kayıplarını neredeyse tamamen önler. Yüksek anahtarlama frekansı ve akımın sabit tutulması, bu şekilde çalışan LED'lerin insan gözü için büyük ölçüde titreşimsiz olarak yanmaya devam etmesini sağlar. Ayrıca özel olarak tasarlanmış elektronikler ile darbe genişlik modülasyonu (PWM) ile çalışma akımı ve dolayısıyla parlaklık kontrol edilebilir. Bunun için özel entegre devreler de vardır.

Sağdaki resimde gösterilen basit devrede ise akım kontrolü yoktur - transistör bloke edildiğinde LED'den akan tepe akımı, ferrit toroidal çekirdek bobininin doyma akımı gücü ile belirlenir ve / veya transistörün akım kazancı.

Anahtarlama regülatörlerinin dezavantajı, temel yapının daha karmaşık olması ve bastırılması daha fazla çaba gerektiren girişime neden olabilmeleridir.

Şebeke voltajında ​​​​çalışma

Bir redresör ve bir seri kapasitör ile şebeke voltajında ​​bir LED'in çalışması mümkündür . Akımı şebeke gerilim toleransı içinde yeterince sabit tutabilmek için seri bağlanan LED'lerin ileri gerilimlerinin toplamı şebeke geriliminden önemli ölçüde düşük olmalıdır. Aydınlatmada sıklıkla kullanılan bu çözüm, aynı zamanda, doğrultucuyu veya LED'i balast kondansatörünün neden olduğu ani akımdan koruyan akımı sınırlamak için bir direnç gerektirir ve genellikle aynı zamanda bir sigorta ve ayrıca bir filtre kondansatörü görevi görür. 100 Hz titremeyi bastırın. Neredeyse titreşimsiz ışık ancak bu yöntemle kayıplarla ve büyük bir filtre kapasitörü ile elde edilebilir. Ön kenar dimmerleri ile kısılabilirlik mümkün değildir. Lineer olmayan LED karakteristiği nedeniyle akım tüketimi sinüzoidal değildir.

Yukarıda bahsedilen dezavantajlardan kaçınmak için, ilgili şirketler , diğerlerinin yanı sıra, bunlarla birlikte çok sayıda LED sürücüsü ve sürücü IC'si geliştirmiştir . aşağıdaki özellikler elde edilebilir:

• Şebeke voltajı ve sıcaklık dalgalanmalarında bile sabit parlaklık
• Sınırlı karartma ortak olan ön kenarı veya arka kenarı ile, ayar anahtarı titreşimsiz ışık
• Sıcaklık yönetimi
• Güç faktörü düzeltme filtresi (PFC) aracılığıyla sinüzoidal şebeke akımı tüketimi

Birçok sürücü, parlaklık kontrolü için analog veya dijital arabirimler sunar. Devre topolojileri geri dönüş dönüştürücüler , buck dönüştürücüler veya rezonans dönüştürücülerdir .

Beyaz LED 5'li

Beyaz LED 2 katlı

Beyaz LED üçlü

LED zincirinin voltajı ne kadar yüksek olursa, akım o kadar düşük (aynı çıkışla) ve voltaj dönüştürücü o kadar küçük ve ucuz olabilir. Daha yüksek voltajlar elde etmek için, tek bir mavi LED çipi yerine, birkaç küçük LED bir muhafazaya yerleştirilir ve seri olarak bağlanır. Bu arada (2020 itibariyle) aynı gövdede 36 V yanma voltajına sahip beyaz LED'ler ve buna karşılık gelen sayıda çip var.

LED filament 24

Klasik filamanlı lambalara benzeyen cam ampullü LED 'filaman' lambalar yaygındır. Böyle bir filament, örn. B. Seri bağlı 24 çip, resme bakın. Bir lambada bu tür 4 filament ile küçük bir seri kapasitör ile alabilirsiniz.

taşıma

LED'lerin yalnızca aşırı yüksek ileri akımdan değil, aynı zamanda aşırı yüksek ters voltajdan da korunması gerekir. Birçok üretici yalnızca 3–5 V maksimum ters voltaj verir. Bu nedenle LED'ler özellikle AC voltaj ile çalıştırıldığında veya polaritenin ters olduğu durumlarda aşırı yüksek ters voltajdan korunmalıdır. Bu, bir anti-paralel diyot ile yapılabilir (bu, başka bir LED de olabilir). Diğer yarı iletken bileşenler gibi, LED'ler de bu nedenle elektrostatik deşarjlardan (ESD) korunmalıdır. Elektrostatik olarak yayılan ambalajlarda teslim edilir ve depolanırlar ve yalnızca ESD koruma önlemleri ile işlenebilir ve işlenebilirler. Bazı LED'lerde yerleşik ESD koruması bulunur.

Edebiyat

• M. George Craford : Görünür Işık Yayan Diyotlar: Geçmiş, Şimdi ve Çok Parlak Gelecek . İçinde: MRS Bülteni . kaset 25 , hayır. 10 , 2000, s. 27–31 , doi : 10.1557 / mrs2000.200 . 
• Roland Heinz: Işık üretiminin temelleri: akkor lambadan lazere, lambalar, güç azaltma, LED, OLED, lazer . 5. genişletilmiş baskı. Vurgu, Rüthen 2015, ISBN 978-3-937873-05-3 . 
• E. Fred Schubert : Işık Yayan Diyotlar . Cambridge University Press, Cambridge 2003, ISBN 0-521-53351-1 . 

İnternet linkleri

Vikisözlük: ışık yayan diyot  - anlam açıklamaları, kelime kökenleri, eş anlamlılar, çeviriler

Vikisözlük: LED  - anlam açıklamaları, kelime kökenleri, eş anlamlılar, çeviriler

• YouTube'da ışık yayan diyot için eğitici video (İngilizce)
• Işık yayan diyot (temel bilgiler ve daha fazlası)

Üreticiler ve tedarikçilerden gelen kaynaklar

1. ↑ Başarılı araştırma: pilot durumda silikon üzerinde ilk galyum nitrür LED çipleri. OSRAM basın açıklaması, 12 Ocak 2012, 12 Ocak 2012'de erişildi.
2. ↑ Nichia Corporation (ed.): Beyaz LED NF2W757GT-V1F1 için teknik özellikler (PDF; 516 kB). 20 Ağustos 2020'de alındı.
3. ↑ Nicha Corporation (ed.): Nichia Chip Type UV LED için Özellikler - Model: NCSU034B (PDF; 391 kB). 16 Haziran 2016'da erişildi.
4. ↑ OSRAM, LED hizmet ömrü: uzun ömürlü ışık kalitesi , OSRAM, 13 Ocak 2013'te erişildi.
5. ↑ Phillips LED & OLED 2012 İlke 7 - Hizmet ömrü. ( Memento 31 Ocak 2012 tarihinden itibaren de Internet Archive ) (PDF; 1.3 MB). 13 Ocak 2013 alındı.
6. ↑ Cree XP-G LED ( İnternet Arşivinde 13 Mart 2012 tarihli orijinalin hatırası ) Bilgi: Arşiv bağlantısı otomatik olarak eklendi ve henüz kontrol edilmedi. Lütfen orijinal ve arşiv bağlantısını talimatlara göre kontrol edin ve ardından bu uyarıyı kaldırın. @1@ 2Şablon: Webachiv / IABot / www.cree.com
7. ↑ Cree, Watt Başına 200 Lümen Verimlilik Bariyerini Aşar
8. ↑ OSRAM ticari basını laboratuvar kaydı hakkında bilgi veriyor: kırmızı LED çatlakları 200 lm / W işareti
9. ↑ GU10 / GU5.3 spot ışıkları - lümen özelliği yoktur ve yalnızca kandela , ELVjournal
10. ↑ 300lm / watt güç LED'i

Bireysel kanıt