LED'ler nelerdir ve nasıl çalışırlar?
LED'ler veya ışık yayan diyotlar, enerji tasarrufu sağladıkları, daha uzun süre dayandıkları ve birçok farklı şekilde kullanılabilir oldukları için aydınlatma hakkında düşünme şeklimizi değiştirdi.Bir teli ısıtarak ışık yapan eski moda ampullerin aksine, LED'ler bir elektrik akımını yarı iletken adı verilen özel bir malzemeden hareket ettirerek ışık oluşturur.Işık yapmanın bu yolu çok daha az enerji kullanır ve o kadar ısınmaz.Bu faydalar nedeniyle, LED'ler aletlerdeki küçük ışıklardan binalardaki büyük aydınlatma sistemlerine kadar her şey için kullanılır.Her biri farklı kullanımlar için uygun çeşitli tip ve renklerde gelirler.LED'lerin nasıl çalıştığını ve neden geleneksel ışıklardan daha iyi olduklarını öğrenmek, bugün neden bu kadar popüler hale geldiklerini görmemize yardımcı olur.
Katalog
Şekil 1: LED'ler veya ışık yayan diyotlar
Tanım ve Temel İşlem
LED'ler veya ışık yayan diyotlar, bir elektrik akımı geçtiğinde ışık yayan cihazlardır.Her LED iki malzemeden oluşur: birçok delikli (pozitif yük taşıyıcısı) bir P tipi ve birçok elektronlu (negatif yük taşıyıcısı) bir N tipi.Bir ileri voltaj uygulandığında, N tipi bölgeden elektronlar enerji kazanır ve P tipi bölgeye doğru hareket eder.P-N kavşağında, elektronlar delikleri doldurur ve enerjiyi ışık olarak serbest bırakır.
Elektrik enerjisini ısıya ve sonra ışığa dönüştüren akkor ampuller gibi geleneksel ışık kaynaklarının aksine, LED'ler elektrik enerjisini doğrudan ışığa dönüştürür.Bu süreç çok daha verimlidir, daha az ısı üretir ve daha az enerji kullanır.Sonuç olarak, LED'ler enerji verimliliği ve uzun ömürleri için tercih edilir, daha az sık değiştirme gerektirir ve daha sağlam bir performans sunar.
LED türleri
Lamba tipi LED'ler (kurşunlu)
Şekil 2: Lamba tipi LED'ler (kurşunlu)
Lamba tipi LED'ler (kurşun), LED'i bir elektrik devresine bağlayan kurşunlar olarak da adlandırılan metal bacaklı temel bir ışık yayan diyot (LED'ler) türüdür.Bu LED'ler genellikle küçük, renkli bir plastik ampulle kaplıdır.Bu ampulün birkaç işlevi vardır.Işığı daha eşit bir şekilde yayar, bu yüzden sadece bir yönde parlamaz.Ayrıca LED içindeki küçük parçaları hasardan korur ve toz ve nemi uzak tutar.
Kurşunlu LED'ler basit bir tasarıma sahiptir, bu da onları birçok elektronik projede çok kullanışlı ve kullanımı kolay hale getirir.Bu basit tasarım nedeniyle, bir cihazın açık veya kapalı olup olmadığını göstermek için genellikle gösterge ışıkları olarak kullanılırlar.Bunları hesap makineleri ve saatlerdeki gibi dijital ekranlarda da bulabilirsiniz, burada sayıları ve diğer bilgileri göstermeye yardımcı olurlar.
Dekoratif aydınlatma için, kurşun LED'ler favoridir, çünkü kurulumu kolaydır ve birçok farklı aydınlatma deseni oluşturmak için kullanılabilirler.Metal bacaklar, bunları devre kartlarına yapıştırmayı veya test için breadboard kullanarak bağlamayı kolaylaştırır.Bu onları hem hobiler hem de profesyonel mühendisler arasında popüler hale getirir.Yaratıcı ve pratik aydınlatma kurulumlarındaki yararlılıklarına katkıda bulunarak birçok renk ve boyutta gelirler.
Chip Tip LED'ler (yüzey montajı)
Şekil 3: Çip tipi LED'ler (yüzey montajı)
Yonga tipi LED'ler (yüzey montajı), doğrudan basılı devre kartlarına (PCB'ler) bağlanacak olan LED teknolojisinde modern bir gelişmedir.Geleneksel lamba tipi LED'lerden çok daha küçük ve daha verimlidirler, bu da onları akıllı telefonlar, tabletler ve LED TV'ler gibi küçük elektronik cihazlar için mükemmel hale getirir.
Chip tipi LED'lerin ana yararı küçük boyutları ve verimlilikleridir.Kompakt oldukları için PCB'lere birbirine yakın yerleştirilebilirler.Bu, birçok farklı şey yapan karmaşık elektronik tasarımların oluşturulmasına izin verir.Bu yakın yerleşim, küçük bir alanda iyi çalışması gereken modern cihazlar için çok yararlıdır.Chip tipi LED'ler de enerjiyi daha iyi kullanır.Daha fazla elektriği daha az ısı ile ışığa dönüştürürler, bu da daha uzun süre dayanır ve daha az güç kullanırlar.Bu, özellikle enerji tasarrufu çok önemli olduğu pillerde çalışan cihazlarda yararlıdır.
Chip tipi LED'ler için kullanılan yüzey montaj teknolojisi (SMT), makinelerin devre kartlarına hızlı ve doğru bir şekilde yerleştirilmesini sağlar.Bu, üretim sürecini hızlandırır ve üretim maliyetlerini düşürür.Ayrıca, bu yöntem LED'lerin tutarlı ve güvenilir bir şekilde yerleştirilmesini sağlar, bu da cihazların düzgün çalışması ve uzun süre dayanması için önemlidir.
Her iki LED türü de aynı temel prensipte çalışır: bir elektrik akımı içindeki özel bir malzemeden geçtiğinde ışık üretmek.Lamba tipi ve çip tipi LED'ler arasındaki seçim, boyut, verimlilik ve entegrasyon kolaylığı gibi proje gereksinimlerine bağlıdır.
Dalga boyu ve renk
Bir LED'in rengi, onu yapmak için kullanılan malzemeler tarafından belirlenir, bu da elektrik akarken farklı ışık renkleri yayar.İki ana faktör bir LED rengini etkiler:
Pik dalga boyu (λp)
Şekil 4: Bir LED'in tepe dalga boyunu (λp) gösteren grafik
Tepe dalga boyu (λp), bir LED'in en fazla ışığı yaydığı dalga boyudur.Örneğin, kırmızı bir LED genellikle yaklaşık 630 nanometrede en parlak parlar.Bu, LED'in bu dalga boyunda en güçlü kırmızı ışığını ürettiği anlamına gelir. Pik dalga boyunun bilmesi farklı uygulamalar için çok yararlıdır.LED ışığının rengini ve parlaklığını belirler.Pik dalga boyunu bulmak için, LED'in ışık spektrumunu ölçüyoruz ve ışığın en yoğun olduğu noktayı buluyoruz.Örneğin, ekran teknolojisinde, tam tepe dalga boyu doğru renklerin üretilmesine yardımcı olur.Bitki ışıklarında, pik dalga boyu, daha iyi büyümelerine yardımcı olmak için bitkilerin en iyi emdiği dalga boylarına uymalıdır.
Pik dalga boyu ayrıca LED'lerin nasıl yapıldığını etkiler.Mühendisler, istenen tepe dalga boyunu elde etmek için LED'in malzemelerini ve tasarımını değiştirebilir, bu da LED'in belirli kullanımlar için daha iyi çalışmasını sağlar.Bu, doğru yarı iletken malzemelerin seçilmesini içerir, çünkü bu malzemeler yayılan ışığın enerjisini ve dalga boyunu belirler.
Baskın dalga boyu (λd)
Şekil 5: Bir LED'in baskın dalga boyunu (λd) gösteren bir grafik
Baskın dalga boyu (λD), özellikle insan gözlerinin LED'lerden ve diğer ışık kaynaklarından ışığı nasıl gördüğünü anlarken, renk çalışmasında temel bir fikirdir.Baskın dalga boyu, bu ışık birkaç farklı renkten oluşsa bile, insanların bir ışık kaynağına baktıklarında en açık şekilde gördükleri renktir.Bu ölçüm önemlidir, çünkü insan görüşü bu çoklu renkleri algıladığımız tek bir renkte birleştirir.Bir LED ışık yaydığında, bunu genellikle bir dizi renkte yapar.Bu bireysel renkler birbirine karışır ve baskın dalga boyu insan gözüne en çok göze çarpan renktir.Bu rengi bulmak her zaman kolay değildir, çünkü farklı renklerin spesifik karışımına ve gücüne bağlıdır.Bu süreç, insan gözlerinin ışık spektrumunun farklı bölümlerine ne kadar hassas olduğunu düşünen ayrıntılı hesaplamaları içerir.
Baskın dalga boyunu bulmak için, LED'den ışığı incelemek için spektrometre adı verilen bir cihaz kullanılır.Toplanan veriler, ışığın her renkte ne kadar güçlü olduğunu gösterir.Bu bilgiler daha sonra insan görüşüne dayalı renkleri temsil eden bir grafik olan bir kromatiklik diyagramında çizilir.Baskın dalga boyu, ışık kaynağının koordinatları aracılığıyla diyagram üzerindeki merkezi bir beyaz noktadan bir çizgi çizerek ve grafiğin kenarına uzatarak bulunur.Bu çizginin kenarla buluştuğu nokta baskın dalga boyudur.
Baskın dalga boyunu bilmek, ekran teknolojisi, aydınlatma tasarımı ve doğru renk eşleşmesinin gerekli olduğu herhangi bir alan gibi hassas rengin gerekli olduğu alanlarda çok yararlıdır.Baskın dalga boyunu kontrol ederek üreticiler, bitkilerin belirli açık renklerle daha iyi büyümesine yardımcı olmak veya ekranlarda parlak ve gerçekçi renkler üretmesine yardımcı olmak gibi farklı amaçlar için uygun belirli renkleri yayan LED'ler oluşturabilirler.
LED'lerle Beyaz Işık Oluşturma
Şekil 6: LED'lerle beyaz ışık yaratmak için iki yöntem
LED'lerle beyaz ışık oluşturmak, her biri kendi avantajları ve kullanımları olan iki ana yöntem içerir.
Bir yöntem kırmızı, yeşil ve mavi (RGB) LED'lerin birleştirilmesini içerir.Bu üç birincil rengin yoğunluğunu dikkatlice ayarlayarak, beyaz ışık oluşturmak için karıştırılabilirler.Bu teknik, tam renkli LED ekranlar ve dekoratif aydınlatma gibi hassas renk kontrolü ve doğru renk gösterimi gerektiren cihazlarda yaygın olarak kullanılır.Bu yöntem, renk çıkışı üzerinde mükemmel bir kontrol sunsa da, sarı fosfor yaklaşımı olan mavi LED'e kıyasla daha karmaşık ve pahalıdır.Beyaz ışık üretmek için renklerin doğru şekilde karışmasını sağlamak için gelişmiş kontrol devreleri ve kalibrasyon gerektirir.
Diğer yöntem, sarı bir fosfor kaplama ile eşleştirilmiş mavi bir LED kullanır.Mavi LED açıldığında, sarı fosforu heyecanlandırır ve sarı ışık yayar.Kalan mavi ışığın ve yayılan sarı ışığın kombinasyonu beyaz ışık üretir.Bu yöntem popülerdir, çünkü basit ve uygun maliyetlidir, bu da onu çok çeşitli aydınlatma uygulamaları için uygun hale getirir.Bununla birlikte, bazen her durum için ideal olmayabilecek hafif mavi veya serin bir renk tonu olan beyaz bir ışıkla sonuçlanabilir.
Her yöntem maliyet, karmaşıklık ve renk kalitesi arasında istenen dengeye göre seçilir.RGB LED yöntemi, hassas renk ayarlama ve yüksek kaliteli ışık çıkışı gerektiren uygulamalar için seçilirken, sarı fosfor yöntemine sahip mavi LED genellikle sadeliği ve karşılanabilirliği için tercih edilir.
LED aydınlatma verimliliği
LED'ler, geleneksel akkor ampullerden çok daha az enerji kullanır ve enerjinin% 90'ına kadar tasarruf sağlar.LED denilen küçük ışık kaynaklarını aydınlatarak küçük bir çipten bir elektrik akımını geçirerek ışık üretirler.Bir filamanı parlayana kadar ısıtarak ışık üreten akkor ampullerin aksine, LED'ler çok daha az enerji ile ışık üretir.
LED'lerde, yaptıkları ısı ile başa çıkmaya yardımcı olan ısı lavaboları adı verilen parçalara sahiptir.Bu ısı lavaboları, LED'leri iyi çalıştırmak için ısıyı alır ve yayar.İyi ısı yönetimi LED'leri daha uzun süre dayanır ve parlak tutar.Isı iyi kullanılmazsa, LED'ler daha hızlı yıpranabilir ve daha dimmer olabilir.LED'ler ne kadar sürer ve ne kadar iyi çalıştıkları ne kadar iyi olduklarına ve ısı batarlarının ne kadar iyi çalıştığına bağlıdır.
Ömür ve bozulma
Yaşam ve bozulma, LED (Işık Yayan Diyot) performansını anlamanın ana noktalarıdır.Genellikle aniden yanan normal ampullerin aksine, LED'ler zamanla yavaşça daha kararır.Bu yavaş karartma işlemine lümen amortismanı denir.
Lümen amortismanı, LED içindeki malzemelerin yıpranması ve daha az ışık üretmesine neden olduğu için gerçekleşir.Genellikle bir LED'in ömrünü, parlaklığının orijinal seviyesinin% 70'ine düştüğü noktaya kadar ölçeriz.Örneğin, bir LED 1000 lümenden başlarsa, parlaklığı 700 lümenlere düştüğünde faydalı ömrü düşünülür.
Birkaç şey, sıcaklık, elektrik stresi ve bunları yapmak için kullanılan malzemelerin kalitesi gibi LED'lerde lümen amortismanına neden olabilir.Yüksek sıcaklıklar, LED parçalarının aşınmasını hızlandırabilir ve bu da onları daha hızlı hale getirebilir.Benzer şekilde, elektrik stresi, çok fazla akım veya voltaj gibi, iç kısımlarına ekstra hasara neden olarak bir LED'in ömrünü kısaltabilir.
LED yapmak için kullanılan malzemelerin kalitesi de ne kadar sürdüklerini büyük ölçüde etkiler.Daha iyi malzemeler ve inşaat yöntemleri ile yapılan LED'ler daha uzun süre dayanır ve daha yavaş kararır.Öte yandan, daha düşük kaliteli LED'ler daha hızlı bir şekilde kararabilir ve daha kısa bir yararlı ömre sahip olabilir.
Lümen amortismanı, LED'ler zamanla parlaklığı kaybettiğinde gerçekleşir.Buna birkaç ana faktörden kaynaklanabilir:
• Aşırı ısı LED'in iç kısımlarına zarar verebilir.Isı lavaboları bu ısıyı yönetmeye yardımcı olur, ancak iyi çalışmazlarsa, LED parçaları zarar görebilir.
• Yüksek elektrik akımları ve voltajları LED içindeki bileşenleri yıpratabilir.Bu aşınma ve yıpranma LED'i daha az parlak hale getirebilir.
• LED'lerde kullanılan malzemeler, özellikle beyaz olanlar zamanla bozulabilir.Bu malzeme dökümü aynı zamanda parlaklık kaybına yol açar.
• Nem ve toz gibi çevresel koşullar LED'leri etkileyebilir.Nem parçaların paslanmasına veya kısa devreye neden olabilir ve toz ışığı engelleyebilir veya LED'in çalışmasına müdahale edebilir.
LED'lerin uygulamaları
LED'ler veya ışık yayan diyotlar, çok yönlü ve verimli oldukları için aydınlatma endüstrisini çok değiştirdi.Normal ampullerden yerleşik armatürlere kadar birçok yönden kullanılabilirler.LED'lerin ana faydalarından biri, yaratıcı ve yenilikçi aydınlatma tasarımlarına izin veren küçük boyutlarıdır.Bu, LED'leri hem geleneksel ampulleri değiştirmek hem de özel armatürlere inşa etmek, uzun ömürlü ve enerji tasarruflu aydınlatma çözümleri sunmak için mükemmel hale getirir.
Hibrit aydınlatma çözümlerinde LED'ler geleneksel aydınlatma tasarımlarıyla birleştirilir.Bu sistemler genellikle özel olarak tasarlanmış fikstürler içinde değiştirilebilir LED parçalarına sahiptir, bu da bunları korumayı ve yükseltmeyi kolaylaştırır.Bu kombinasyon, genel kullanıcı deneyimini geliştirerek hem eski hem de yeni aydınlatma teknolojilerinin en iyi bölümlerini alır.
LED'ler, evlerden endüstriyel ortamlara kadar birçok farklı yerde kullanılabilir.Enerji verimliliği büyük bir avantajdır çünkü LED'ler geleneksel ışıklara kıyasla daha az güç kullanır.Bu, daha düşük enerji faturaları ve çevre üzerinde daha küçük bir etki anlamına gelir.Ayrıca, LED'ler daha uzun sürer, bu nedenle sık sık değiştirilmeleri gerekmez, zaman ve para tasarrufu sağlar.
LED'lerde Termal Yönetim
Şekil 7: LED'lerde termal yönetim
Uygun ısı yönetimi, LED'lerin ne kadar iyi çalıştığı ve ne kadar sürdükleri için çok yararlıdır.LED'ler kullanıldığında ısı üretir.Bu ısı iyi yönetilmezse, LED'lere hızlı bir şekilde zarar verebilir, bu da onları daha az verimli hale getirebilir ve ömrünü kısaltır.
LED ısıyı yönetmenin büyük bir kısmı ısı batmasıdır.Isı lavaboları, ısıyı LED çipinin devre kartıyla olan bağlantısından ıslatıp yayarak yardımcı olur ve daha serin hale getirir.Bir ısı lavabının ne kadar iyi çalıştığı, ne yapıldığına ve tasarımına çok bağlıdır.
Alüminyum ve bakır gibi malzemeler genellikle ısı lavaboları için kullanılır, çünkü ısıyı verimli bir şekilde uzaklaştırabilirler.Ayrıca, ısı lavabolarının tasarımı genellikle ısıyı serbest bırakabilen yüzey alanını artıran yüzgeçler gibi özellikler içerir.Bu daha büyük yüzey alanı, ısı batmanın ısıyı LED'den yaymasına yardımcı olur, LED soğutucuyu tutar ve uzun süre iyi çalıştığından emin olur.
LED ve geleneksel aydınlatma arasındaki farklılıklar
LED'ler, özellikle ışık yönünde ve renk aralığında, geleneksel akkor ve CFL (kompakt floresan lamba) aydınlatmasına göre çeşitli avantajlar sunar:
• Yönlü aydınlatma: LED'ler, lambalar veya spot ışığı okuma gibi hedeflenen aydınlatma ihtiyaçları için ideal olan belirli bir yönde ışık yayar.Buna karşılık, akkor ve CFL ampulleri her yöne ışık ve ısı yayar, genellikle ışığa odaklanmasını sağlayarak enerji israfına neden olur.
• Renk seçenekleri: LED'ler kehribar, kırmızı, yeşil ve mavi dahil olmak üzere çok çeşitli renkler sağlar.Beyaz ışık, mavi veya ultraviyole ışık fosfordan geçtiğinde farklı renkli LED'lerin (örn. Kırmızı, yeşil ve mavi) karıştırılarak veya beyaz ışık yayan fosfor kaplı LED'ler kullanılarak oluşturulabilir.Bu geniş renk aralığı, LED'lerin sıcak, rahat aydınlatmadan parlak, gün ışığı benzeri aydınlatmaya kadar çeşitli aydınlatma ihtiyaçlarını karşılamasını sağlar.
LED'ler nasıl çalışır?
Şekil 8: Bir LED'in yapısı
LED'ler (ışık yayan diyotlar) diyotlar gibi çalışır ve ileri önyargılı olduklarında ışık verir.Bu kurulumda, negatif taraf (katot) bir güç kaynağının negatif terminaline bağlanır ve pozitif taraf (anot) pozitif terminale bağlanır.Bu düzenleme, N bölgesinden gelen elektronların enerji kazanmasına ve p bölgesine doğru ilerlemesini sağlar.Bu elektronlar kavşaktan geçtiğinde ve p bölgesindeki delikleri karşıladığında, enerjiyi ışık olarak serbest bırakırlar.
Bir LED'in yaydığı ışığın rengi, kullanılan yarı iletken malzemelere bağlıdır.Örneğin, galyum arsenit kızılötesi ışık üretirken, galyum fosfit yeşil veya kırmızı ışık üretebilir.Bu renk farklılıkları, verilen ışığın dalga boyuna karar veren malzemelerin çeşitli enerji seviyelerinden gelir.
Bir LED, genellikle örs olarak adlandırılan, katot terminaline bağlı bir kurşun çerçeveyle inşa edilmiştir.Bu çerçeve yarı iletken malzemeyi tutar.Yarı iletkenin p bölgesi, içinde sıkışıp kalmak yerine LED'den daha fazla ışık çıktığından emin olmak için yüzeyin yanına yerleştirilir.Bu tasarım, LED'in parlaklığını ve etkinliğini artırmaya yardımcı olur.
Çözüm
LED'lerin geleneksel ışıklara göre birçok avantajı vardır.Daha az enerji kullanırlar, daha uzun süre dayanırlar ve daha iyi ışık kalitesi sağlarlar.LED'ler, elektronları bir yarı iletken yoluyla hareket ettirerek, elektrik enerjisini çok az ısı ile doğrudan ışığa dönüştürerek çalışır.Kullanılan malzemelere göre farklı renkler üretebilirler ve lamba tipi ve çip tipi LED'lerin farklı tasarımları onları daha da kullanışlı hale getirir.Teknoloji geliştikçe, LED'ler iyileşmeye devam ediyor, daha fazla fayda sunuyor ve daha fazla şekilde kullanılıyor.LED'lerin nasıl çalıştığını ve faydalarını anlayarak, evlerimizde, ofislerimizde ve ötesinde aydınlatma için neden tercih edilen seçim haline geldikleri açıktır.
Sık sorulan sorular [SSS]
1. LED görüntüleme nasıl çalışır?
Bir LED ekran, ışık yayan diyotlar (LED'ler) adı verilen birçok küçük ışık kullanarak çalışır.Bu küçük ışıklar resim ve metin oluşturmak için farklı renklerde parlıyor.Elektronik devreler bu ışıkları kontrol ederek istenen görüntüleri ve desenleri göstermek için hızlı bir şekilde açar ve kapatır.
2. LED'lerin kullanıldığı iki ana şey nelerdir?
LED'ler esas olarak aydınlatma ve ekranlar için kullanılır.Aydınlatma için evler, sokaklar ve araçlar için parlak ve enerji tasarrufu sağlayan ışıklar sunarlar.Ekranlar için televizyonlar, bilgisayarlar ve reklam panoları için ekranlarda kullanılırlar.
3. LED ve çalışması prensibi nedir?
Bir LED prensibi, elektrolüminesans adı verilen bir sürece dayanmaktadır.Bir elektrik akımı LED'in malzemesinden aktığında, ışık verir.Bunun nedeni, elektrik enerjisinin elektronların diğer parçacıklarla birleşmesine ve enerjiyi ışık olarak serbest bırakmasına neden olması nedeniyle olur.
4. LED'ler neden önemlidir?
LED'ler önemlidir çünkü enerji tasarrufu sağlarlar, uzun süre dayanırlar ve çevre için iyidir.Geleneksel ışıklardan daha az elektrik kullanırlar ve çok daha uzun bir ömre sahiptirler, bu nedenle sık sık değiştirilmeleri gerekmez.
5. LED'lerin avantajları nelerdir?
LED'lerin avantajları arasında daha az enerji kullanma, daha uzun bir ömre sahip olmak, daha dayanıklı olmak, daha küçük olması ve daha hızlı açılıp kapanması yer alır.Ayrıca daha az ısı üretir ve birçok renkte gelirler, bu da onları farklı amaçlar için yararlı hale getirir.