LED (Light Emitting Diode) Nedir ? LED Nasıl Çalışır ?

LEDler Opto elektronikte en çok kullanılan ışın vericilerdir. Led ler P-N jonksiyonlu bir elemandır ve dolayısıyla P-N jonksiyonuna ait özellikleri içermektedir. LED’lerin yapısında bulunan yarıiletken malzeme, LED’den yayılan ışının spektrumunu belirler.

LED’lerin Yapısı ve Çalışma Prensibi

LED (Light Emitting Diode) P-N jonksiyonlu bir yarıiletken olup iletim yönünde kutuplandığı takdirde ışık yayacak şekilde tasarlanmıştır. Bu ışık ; kırmızı, yeşil, sarı, ya da kızıl ötesi gibi çeşitli, renklerde olabilir. Normal diyot da olduğu gibi Led’de de küçük değerde bir eşik gerilimi vardır. Bu eşik gerilimi aşıldığında jonksiyonun direnci düşer ve akım iletmeye başlar. LED’lerin devrelerde kullanımında bu akım bir dirençle sınırlandırılmalıdır. LED’in yaydığı ışık miktarı üzerinden geçen akıma bağlıdır. Bu akım bir doğru akım ya da darbeli akım olabilir.Genelde günümüzde LED’ler darbeli rejimde çalıştırılmaktadır. Bunun nedeni darbeli rejimde istenen ışık şiddeti elde edilmektedir. İletim yönünde bir akım uygulandığında LED hemen ışık verir.

LED’lerin tipik yükselme ve düşme süreleri nanosaniye mertebelerindedir. Bu hızlı cevabından dolayı optoelektronik sistemlerde yüksek hızla anahtarlama yapan ışın verici olarak kullanılmaktadır. LED’lerin çalışma ömrü çok uzundur. Çalışma süreleri 100.000 saat civarındadır.
LED’lerin elektriksel ve ışık verme özellikleri P-N geçidinin ileri yönde ve tıkama yönünde bir gerilimle sürülmesi halinde elektronların rekombinasyon olayına dayanır. LED’lerin çalışması elektrik enerjisinin optik ışığa dönüştürülmesi ilkesine dayanır. LED’den yayılan ışığın spektrumu elektromagnetik spektrumun görünen ve kızıl ötesi bölgelerinde yer alır. LED’ler iletim yönünde kutuplandığında elektromagnetik ışıma yapan yarı iletkenlerdir. Bu ışımanın dalga boyu kullanılan malzemeye ve katkı maddelerine bağlıdır.

LED’ler iletim yönünde kutuplandığında serbest elektronlar P-N jonksiyonunu geçerek P bölgesine girerler. Bunların bir kısmı buradaki deliklerle birleşir. Bu birleşmeden dolayı açığa çıkan enerji, ışık enerjisi şeklindedir. P-N jonksiyonundan akan akımın değeri elektronların ve deliklerin sayısına bağlıdır. Kuantum teorisine göre elektronların deliklerle birleşmesi sonucu ışık enerjisi ortaya çıkmaktadır. Burada ortaya çıkan enerjinin miktarı P-N geçidinin enine bağlıdır.LED’den akan akım iki akım bileşeninden oluşmaktadır. Bunlar elektronların ve deliklerin oluşturduğu akımlardır. Elektronların sayısına bağlı akım İN, deliklerin sayısına bağlı IP ile gösterilirse toplam LED akımı İ= İN +IP ışığın oluşmasında yalnızca elektronların oluşturduğu akım etkilidir.

P-N geçidinde oluşan ışığın hepsi doğrudan dış ortama aktarılamaz. Işığın bir kısmı P-N geçidinde emilirken bir miktarı da P-N yüzeyinden yansıyarak geçit içine yönelmektedir.
LED’ler yaydıkları ışığın spektrumuna ve dalga boyuna göre iki sınıfa ayrılır:
1- Görünen ışık veren LED’ler.
2- Kızıl ötesi ışık veren LED’ler.

İstenilen dalga boyunda ışın elde etmek için çeşitli yarıiletken malzemeler kullanılmaktadır. Şekilde çeşitli yarıiletken malzemelerden yapılmış LED’ lerin kuantum enerjileri ve ışın dalga boyları verilmiştir. Aşağıdaki tabloda ise LED’lerin yapısında kullanılan yarıiletken malzemeler ve onlara ait dalga boyları gösterilmiştir. Kullanım amaçlarına göre LED’ler plastik ve metalik kılıf içerisinde tasarlanabilir.