Işık Yayan Diyotlar (LED’LER) ve Aydınlatmada Kullanımı

Abstract

LED’ler ışık saçan yarı-iletken p-n diyotlardır. Bir p-n ekleminde iletim yönünde akım geçtiği zaman elektronlar ve delikler p ve n yarı-iletkenin birleştiği eklem bölgesinde birbiri ile karşılaşır ve birleşirler. Aslında bu birleşme kristal içinde serbest hareket eden yüksek enerjili bir elektronun, yarı-iletken malzeme içine katkılanmış ve sabit olarak kristal yapıya bağlı ve son yörüngesinde bir elektron eksik olan iyonun bu son yörüngesindeki boşluğu doldurması olayıdır. Serbest durumdan bağlı duruma geçen elektronun kaybettiği enerji yarı-iletken malzemeye ya ısı olarak veya ışık olarak verilir. Isı enerjisi yerine ışık enerjisi yani foton oluşması için p-n malzemenin direkt enerji bant geçişli bir malzeme olması gerekir. İlk ışık yayan diyotlar çok küçük yoğunlukta ve düşük enerjili fotonlar yayabilen (kızılötesi ve kırmızı renkte ışık) diyotlardı. Bunlar daha çok ikaz ve işaret verici olarak kullanılıyordu. Zamanla sarı renkli ve son dönemlerde ise yarı iletken alaşımlı malzemeler (GaN) kullanılarak mavi renkli ışık yayabilen LED’ler geliştirildi. Mavi ışık oluşturan yüksek enerjili fotonların fosforu uyarması ile tıpkı floresan lambalarda olduğu şekilde beyaz ışık elde edildi. İkinci bir yol olarak da yeşil, kırmızı ve mavi ışığı karıştırarak beyaz ışık elde edilebildi. Beyaz ışık yayan LED’lerin yaydığı ışığın gücünün artırılabilmesi bu LED’lerin aydınlatmada kullanılabilmesini mümkün hale getirdi. Akkor, halojen ve floresan lambaya karşı birçok üstünlüğü olan LED’li ışık kaynakları bunlara rakip olarak üretilmeye başlandı. Yarı iletkenlerden ışığın elde edilerek aydınlatma uygulamalarında kullanılan bu lambalara Yarı İletken Aydınlatma (solid state lighting-SSL) ismi verilmektedir. LED’li lambalar günümüzde giderek artan oranda aydınlatmada, sinyalizasyonda, haberleşmede, otomotiv aydınlatmasında kullanılmaktadır. Bir LED’li lamba şu bileşenlerden oluşur : Işığı oluşturan bir p-n diyot, ışığı istenilen şekilde yönlendiren optik sistemler, diyoda uygun miktarda iletim akımını veren bir elektronik güç kaynağı (sürücü), yüksek sayıda foton üreten ve bu nedenle ısınan diyodu soğutan bir soğutucu, bütün bu parçaları bir arada tutan bir mekanik gövde. Bir LED’li lambanın verimliliğini sadece ışığı oluşturan p-n diyot belirlemez. Sürücü devrenin ve soğutucu sistemlerin de lambanın tasarımında çok önemli yeri vardır. Bunların da uygun tasarlanması halinde LED’li lambanın ömrü uzun ve kendisi verimli olur. Bu bildiride bir LED’li lambanın oluşturulmasında önemli bir yer tutan alt sistemler incelenmekte ve özellikle sürücü devrelerinin tasarımı üzerinde durulmaktadır.