Önce, 50 yıl önce yayılan bir LED yapısı prensibi, yarı iletken malzemenin ışık üretebileceği temel bilgisi anlaşılmaya başlandı; ilk ticari diyot 1960 yılında üretilmiştir. LED, İngilizce 'light emitting diode' (ışık yayan diyot) ifadesinin kısaltmasıdır; temel yapısı elektrolüminesan yarı iletken malzemeden oluşur, tel iskelesi üzerine yerleştirilir ve ardından epoksi reçine ile çevresi muhafaza edilerek iç çekirdek hatları korunur, böylece LED sismik performans sağlar. LED yapısı aşağıdaki gibidir: Işık yayan diyotun çekirdek kısmı, P-tipi yarı iletken ve N-tipi yarı iletken plakadan oluşur ve P-tipi ile N-tipi yarı iletkenler arasındaki geçiş tabakası PN eklemi olarak adlandırılır. Bazı yarı iletken malzemelerde PN eklemde azınlık taşıyıcıların enjeksiyonu ve çoğunluk taşıyıcılarla reкомbinasyonu gerçekleştiğinde, fazla enerji ışık formunda salınır; bu, elektrik enerjisini doğrudan ışığa dönüştürür. PN eklemi ters gerilimde azınlık taşıyıcı enjeksiyonu zor olduğu için ışık üretmez. Bu lüminesans prensibi, enjeksiyon elektrolüminesans diyotlarının kullanımını sağlar ve bu diyotlar ışık yayan diyotlar olarak bilinir, kısaltması LED'dir. Çalışma durumunda (yani uçları pozitif gerilimle beslendiğinde) akım, LED'in anodundan katoduna akar; yarı iletken kristalleri morötekten kızılöteğe kadar çeşitli renkte ışıklar yayar ve ışık şiddeti akımla değişir.
İkinci olarak, LED ışık kaynağı özellikleri
1. Gerilim: LED düşük voltajlı güç kaynağı gerilimi 6-24V arasında değişir, ürün tipine göre farklılık gösterir; bu nedenle yüksek voltajlı güç kaynağına kıyasla daha güvenli bir güç kaynağıdır, özellikle kamusal alanlarda uygulanır.
2. Performans: Aynı ışık verimliliğine sahip akkor ampul ile karşılaştırıldığında enerji tüketimi oranında azaltılır.
Uygunluk: Küçük, her bir LED birimi 3-5mm kare boyutunda olduğundan, cihaz çeşitli şekillerde hazırlanabilir ve değişken ortamlara uygundur.
Stabilite: 100.000 saat, ışık ilk miktarın 'si kadar soluklaşır
5 Yanıt süresi: akkor lamba milisaniye yanıt süresine sahipken, LED lambalar nanosaniye yanıt süresine sahiptir
Çevre kirliliği: zararlı cıva metali içermez
7 Renk: Değişen akım, kimyasal modifikasyon yöntemiyle LED'lerin rengine kolayca değiştirilmesini sağlar; malzemenin bant yapısı ve bant aralığı ayarlanarak turuncu, kırmızı, sarı, yeşil ve mavi renklerde ışık elde edilebilir. Küçük akımda kırmızı LED, akım arttıkça turuncuya, sarıya ve sonunda yeşile dönebilir. 8 Fiyat: LED fiyatları akkor lambalardan daha pahalıdır, birkaç LED'in fiyatı, aynı eşdeğer akkor lambanın fiyatına eşittir ve genellikle her LED'in sinyali 300 ile 500 arasında değişir.
Üçüncü, Tek renkli LED'in üç türü ve gelişim tarihi
Yarı iletken PN geçişi ışık yayan ilk uygulamalarından LED ışık kaynağı 1960'ların başlarında yapılmıştır. Malzeme GaAsP'ydi, koyu kırmızı (λp = 650nm) ışık verir, 20 mA sürüş akımında parlaklık akısı yalnızca lümenlerin binde birkaçı olup parlaklık verimi yaklaşık 0,1 lümen/watt'tır. 1970'lerin ortasında, In ve N elementlerinin tanıtılmasıyla LED yeşil (λp = 555nm), sarı (λp = 590nm) ve turuncu (λp = 610nm) ışık üretir ve parlaklık verimi 1 lümen/watt'a yükseltilmiştir. 1980'lerin başına gelindiğinde, GaAlAs LED ışık kaynağı kırmızı LED'in 10 lümen/watt parlaklık verimine ulaşmasını sağlamıştır. 1990'ların başında, kırmızı ve sarı ışık için GaAlInP ve yeşilimsi mavi için GaInN olmak üzere iki yeni malzemenin başarılı bir şekilde geliştirilmesiyle LED parlaklık verimi önemli ölçüde artmıştır. 2000 yılında, ilk durumda LED, kırmızı ve turuncu bölgede (λp = 615nm) 100 lm/W parlaklık verimi sağlarken, diğer durumda LED, yeşil bölgede (λp = 530nm) parlaklık verimi 50 lm/watt'a ulaşabilir.
Dördüncü, Tek renkli LED uygulamaları
Başlangıçta LED göstergeleri, enstrümanlarda kullanılan ışık kaynakları olarak kullanılmış ve daha sonra çeşitli renklerdeki LED'ler trafik ışıkları ve büyük ekranlarda yaygın olarak kullanılmıştır; bu da iyi ekonomik ve toplumsal faydalar sağlamıştır. Örneğin 12 inçlik kırmızı trafik lambası, ABD'de uzun ömürlü, düşük verimli 140 wattlık akkor lamba bir ışık kaynağı olarak kullanılmış ve 2000 lümen beyaz ışık üretir. Kırmızı filtre, ışık kaybına neden olur ve yalnızca 200 lümen kırmızı ışık verir. Lambanın yeni tasarımında, Lumileds 18 kırmızı LED ışık kaynağı kullanır; devre kayıpları dahil olmak üzere toplam güç tüketimi 14 watt olup aynı ışık verimini üretir.
Araba ışıkları, LED ışık kaynağı uygulamalarında önemli alanlardır. 1987'de Çin'de araba fren ışıklarına LED kurulumu başlatıldı; LED'in hızlı tepkisi (nanosaniye) sayesinde, öndeki aracın durumunu algılayarak arkadan çarpma kazalarını azaltmak mümkün oldu.
Buna ek olarak, LED ışıklar; açık havada kırmızı, yeşil ve mavi tam renk gösterimi, mini el feneri, anahtarlık gibi alanlarda da uygulanmıştır.
Beşincisi, beyaz LED'in geliştirilmesi
İnsanlar genel aydınlatma amaçları için beyaz bir ışık kaynağına ihtiyaç duyar. 1998'de beyaz LED geliştirilmesi başarı elde edildi. Bu LED, GaN çipleri ve itriyum alüminyum garnet (YAG)'in birlikte paketlenmesiyle üretilir. GaN çipi mavi ışık yayar (λp = 465nm, Wd = 30nm), mavi ışıkla uyarılan yüksek sıcaklıkta sinterlenmiş Ce3 + YAG fosforu sarı ışık yaydırır ve ışık yayılım tepesi 550nm'dir. Mavi LED alt tablası, kase şekilli yansıtıcı boşluğa monte edilir ve YAG ile karıştırılmış ince bir reçine katmanıyla, yaklaşık 200-500nm kalınlığında kaplanır. LED alt tablası tarafından yayılan mavi ışığın bir kısmı fosfor tarafından emilir ve bazı mavi fosforlar sarı ışık yaydığından, bunların karışımı beyaz renk verebilir. Günümüzde, InGaN / YAG beyaz LED için, YAG fosforunun kimyasal bileşimini değiştirerek ve fosfor tabakasının kalınlığını ayarlayarak, 3500-10000K renk sıcaklığındaki renkli beyaz elde edilebilir. Mavi çip için YAG sarı fosfor kullanan bir ürünün ticarileştirilmesi durumunda, en iyi ışık akımı verimi yaklaşık 25 lümen/watt'tır; YAG Japonya'nın Nichia Corporation firmasından ithal edilir ve fiyatı 2.000 yuan/kg'dır; ikinci olarak, Japonya'nın Sumitomo Electric firması ZnSe malzemesi için beyaz LED geliştirmiş, ancak ışık akımı verimi daha düşüktür. Bazı tipteki beyaz LED ışık kaynakları, dört fosfordan ayrılamaz: yerli üç temel renk kırmızı, yeşil, sarı ve pembe tozu ile garnet yapısı tablodan görülebilir, gelecekte üç dalga boyu ışığa kıyasla iyimser olmak mümkündür. Anorganik UV çip, LED beyazını paketlemek için RGB üç renkli fosforla kullanılır, üç dalga boyu beyaz LED makinesinin ticarileşme fırsatları vardır. Ancak burada üç renkli fosforun tanecik boyutu nispeten küçük, yüksek stabilite gereksinimleri vardır ve spesifik uygulamalar hâlâ araştırılmaktadır.
Sektör genel bakış
Yüksek parlaklığa sahip Nichia endüstriyel LED, farklı dalga boylarında geliştirilen teknik süreçleri kullanan ilk firmalardan biri olmuştur; ayrıca mavi-mor yarı iletken lazer (Lazer Diyot; LD) konusunda sektörün devlerinden biri olarak mavi LED patenti elinde tutmaktadır. Nichia, mavi LED üretimi ve elektrot yapısıyla ilgili birçok temel patente sahiptir ve yalnızca kendi üretim stratejisini benimseyerek dış lisans vermeyi reddetmiştir; bu durum piyasa tekelini ele geçirme niyetinden kaynaklanmakta ve mavi LED fiyatlarını yüksek tutmaktadır. Ancak üretim kapasitesine sahip diğer sektör oyuncularından büyük bir onay almamış olup, bazı Japon LED sektörü uzmanları, Nichia Chemical'in stratejisinin, Avrupa ve ABD gibi ülkelerin LED sektörü tarafından mavi ve beyaz LED rekabetinde inisiyatifin gasp edilmesine ve bunun Japonya'daki genel LED endüstrisine ciddi zararlar vermesine yol açacağını düşünmektedir. Birçok operatör, mavi LED'lerin Ar Ge ve üretimini gerçekleştirmek için her türlü imkânı kullanacaktır. Nichia Chemical, Sumitomo Electric, Toyoda Gosei, Rohm, Toshiba ve Sharp, Amerikalı Cree, dünyanın en büyük üç aydınlatma fabrikası olan Singular, Philips, Osram, HP, Siemens Research, EMCORE'un tümü, ürün Ar Ge ve üretimine yatırım yapmış ve sektörde beyaz LED ürünlerinin piyasa odaklı promosyonunun teşvik edilmesinde olumlu bir rol oynamıştır.
