Renkli LED'ler: Farklı renkleri nasıl elde edersiniz?

Jardines de Viveros Renkli LED'ler Son yıllarda bize eşlik ediyorlar. Her durumda kolay olmadığı için her seferinde yeni LED tonları ortaya çıkıyor. Örneğin, bir merak olarak, beyaz ışıklı LED'lerin ve mavi ışıklı LED'lerin piyasaya en son çıkanlar arasında olduğunu bilmelisiniz.

Şu anda, onlar haline geldi bir tür diyot birçok alan için gereklidir. Bu nedenle, bu makalede öğreneceksiniz tüm bilmen gereken Bunlarda temel elektronik bileşenlerve neden ışık yaydıkları, neden bu renkler ve çok daha fazlası hakkında...

Yarı İletken Işık Yayan Kaynaklar

Bildiğiniz gibi, yarı iletken cihazlardan gelebilecek iki ışık emisyon kaynağı şunlardır: Lazer diyotlar ve LED diyotlar. LED spontan emisyona dayalıyken, Lazerler uyarılmış emisyona dayalıdır. İkisi arasındaki fark budur.

Jardines de Viveros ışık yayan diyotlar (Işık Yayan Diyot) elektronik cihazlar arasında en yaygın ışık kaynağıdırlar. Dijital saatlerde zamanı göstermek, pilin çalıştığını veya şarj olduğunu vb. belirtmek için kullanılırlar. Uygulamalar çoktur ve şimdi her tür odayı ve hatta araçları aydınlatmak için yeni LED ampullerle aydınlatmaya da sıçradılar.

Bu LED cihazlar grubuna aittir opto-yarı iletkenler, bir elektrik akımını ışığa dönüştürme yeteneğine sahiptir. Bu aydınlatma cihazının büyük avantajı dayanıklı olması ampul gibi yanmaması ve aynı zamanda çok daha verimli olması dolayısıyla tüketiminin klasik ampullere göre çok daha düşük olmasıdır. Ayrıca üretim maliyetleri de oldukça düşük olduğu için bu kadar popüler hale geldiler.

Diğer tüm yarı iletken cihazlar gibi, LED de temel ana elemanlara sahiptir. Delikli P bölgeleri (+) ve elektronlu N bölgeleri (-), yani, herhangi bir yarı iletkenin olağan yük taşıyıcıları. Ve bu yapar:

• P tarafı bir güç kaynağına ve N tarafı toprağa bağlandığında, bağlantı ileri yönlüdür, akımın diyot boyunca akmasına ve hepimizin görebileceği ışık yaymasına izin verir.
• P tarafı toprağa bağlıysa ve N tarafı güç kaynağına bağlıysa, bağlantının akımın akışını önleyen ters kutuplu olduğu söylenir. Diyotların akımın bir yönde geçişini engellediğini zaten biliyorsunuz.
• İleriye doğru önyargılı olduğunda, P tarafı ve N tarafı çoğunluk ve azınlık yük taşıyıcıları, PN bağlantısının tükenme katmanındaki yük taşıyıcıları nötralize ederek birbirleriyle birleşir. Ve buna karşılık, elektronların ve deliklerin bu göçü, belirli miktarda foton salar, yani enerjinin bir kısmı, sabit (tek renkli) bir dalga boyuna sahip ışık şeklinde yayılır. LED'in rengini karakterize edecek olan budur, çünkü yaydığı dalga boyuna bağlı olarak IR, mavi, sarı, yeşil, sarı, kehribar, beyaz, kırmızı, UV vb. olabilir.
• Elektromanyetik spektrumun yayılan dalga boyu ve dolayısıyla rengi, diyotun PN bağlantısını oluşturan yarı iletken malzemeler tarafından belirlenir. Bu nedenle, yarı iletken bileşikler, spektrum veya görünür aralık içinde yeni renkler oluşturmak için değiştirilebilir veya bunlarla oynanabilir.

Kırmızı, mavi ve yeşil renklerin (RGB veya Kırmızı Yeşil Mavi) kolayca birleştirilebileceği söylenmelidir. beyaz ışık üretmek. Öte yandan LED'lerin çalışma voltajının da renge göre değiştiğini söylemek gerekiyor. Örneğin, kırmızı, yeşil, kehribar ve sarı renklerin çalışması için yaklaşık 1.8 volt gerekir. Ve ışık yayan diyotun çalışma voltajı aralığı, LED'in imalatında kullanılan yarı iletken malzemenin kırılma voltajına göre belirlenebilir.

LED türleri

LED'ler birkaç şekilde sınıflandırılabilir, ana olanlardan biri, yaydıkları dalga boyuna göre yapmaktır. iki kategori:

•  görünür LED'ler: görünür spektrum içinde, yani 400nm ile 750nm arasında dalga boyları yayanlardır. Bu aralık insan gözünün görebildiği aralıktır, tıpkı ses alanında sadece 20 Hz ile 20 Khz arasını duyabildiğimiz gibi. 20 Hz'in altı duyamadığımız infrases, 20 Khz'in üstü de yakalayamadığımız ultrasondur. Benzer bir şey, 400 nm'nin altına düştüğünde kızılötesi veya IR'ye sahip ışık ve 750 nm'nin üzerine çıktığında ultraviyole ışık durumunda da olur. İkisi de insan gözüyle görülemez.
•  görünmez LED'ler: IR diyot veya UV diyotta olduğu gibi göremediğimiz dalga boylarıdır.

Görünür LED'ler esas olarak aydınlatma veya sinyalizasyon için kullanılır. Görünmez LED'ler, foto sensörlerin kullanıldığı optik anahtarlar, optik iletişim ve analiz vb. uygulamalarda kullanılır.

verim

Bildiğiniz gibi LED aydınlatma çok daha verimli gelenekselden çok daha az enerji tüketir. Bu, LED'lerin doğasından kaynaklanmaktadır. Ve aşağıdaki tabloda ışık akısı ile LED'e sağlanan elektrik giriş gücü arasındaki ilişkiyi görebilirsiniz. Yani, watt başına lümen (lm/W) olarak ifade edilebilir:

LED Yapı

Kaynak: ResearchGate

La ışık yayan diyotların yapısı ve yapımı normal bir diyottan çok farklıdır, örneğin bir zener vb. PN bağlantısı ileri yönlü olduğunda LED'den ışık yayılacaktır. PN bağlantısı, LED'in içini atmosferik bozulmalardan, titreşimlerden ve termal şoklardan koruyan katı bir epoksi reçine ve şeffaf plastik yarım küre kubbe ile kaplıdır.

PN bağlantısı kullanılarak oluşturulur materyaller galyum arsenit, galyum arsenit fosfit, galyum fosfit, indiyum galyum nitrür, galyum alüminyum nitrür, silisyum karbür vb. gibi düşük bant aralıklı bileşikler. Örneğin, kırmızı LED'ler galyum arsenit substratı üzerine, yeşil, sarı ve turuncu galyum fosfit vb. üzerine inşa edilmiştir. Kırmızılarda, N tipi katman tellür (Te) ile ve P katmanı çinko (Zn) ile katkılanmıştır. Öte yandan, temas katmanları, P tarafında alüminyum ve N tarafında kalay-alüminyum kullanılarak oluşturulmuştur.

Ayrıca bu kavşakların çok fazla ışık yaymadığını da bilmelisiniz. epoksi reçine kubbe PN kavşağı tarafından yayılan ışık fotonları en iyi şekilde yansıtılacak ve odaklanacak şekilde inşa edilmiştir. Yani sadece koruyucu değil, aynı zamanda ışığı konsantre eden bir mercek görevi görür. Yayılan ışığın LED'in üst kısmında daha parlak görünmesinin nedeni budur.

LED'ler, aşağıdakileri sağlamak için tasarlanmıştır: Yük taşıyıcılarının rekombinasyonunun çoğu, PN bağlantısının yüzeyinde gerçekleşir. bariz nedenlerle ve bu şu şekilde elde edilir:

• Alt tabakanın doping konsantrasyonunu artırarak, ek azınlık yük taşıyıcı elektronları yapının tepesine hareket eder, yeniden birleşir ve LED yüzeyinde ışık yayar.
• Yük taşıyıcıların difüzyon uzunluğunu artırarak, yani L = √ Dτ, burada D difüzyon katsayısıdır ve τ yük taşıyıcının ömrüdür. Kritik değerin üzerine çıkarıldığında, cihazda salınan fotonların yeniden emilme olasılığı olacaktır.

Böylece, LED diyot ileri önyargı ile bağlandığında, kargo gemileri PN bağlantısındaki mevcut potansiyel bariyeri aşmak için yeterli enerjiyi elde ederler. Hem P tipi hem de N tipi yarı iletkendeki azınlık yük taşıyıcıları bağlantı boyunca enjekte edilir ve çoğunluk taşıyıcılarla yeniden birleşir. Çoğunluk ve azınlık taşıyıcılarının kombinasyonu iki şekilde olabilir:

• ışınsal: rekombinasyon sırasında ışık yayıldığında.
• ışınımlı değil: rekombinasyon sırasında ışık yayılmaz, ısı üretilir. Yani uygulanan elektrik enerjisinin bir kısmı ışık değil ısı şeklinde kaybolur. Işık veya ısı üretmek için kullanılan enerji yüzdesine bağlı olarak bu, LED'in verimliliği olacaktır.

organik yarı iletkenler

Son zamanlarda piyasaya da girdiler OLED veya ekranlar için kullanılmış olan organik ışık yayan diyotlar. Bu yeni organik diyotlar organik yapıdaki bir malzemeden, yani organik molekülün tamamında veya bir kısmında iletime izin verilen organik bir yarı iletkenden oluşur.

Bu organik maddeler, kristal fazda veya polimerik moleküllerde. Bu, çok ince bir yapıya, düşük maliyete, çalışmak için çok düşük voltaja ihtiyaç duymalarına, yüksek parlaklığa ve maksimum kontrast ve yoğunluğa sahip olma avantajına sahiptir.

LED Renkleri

Normal yarı iletken diyotlardan farklı olarak LED'ler, daha önce de belirttiğim gibi, kullandıkları bileşikler nedeniyle o ışığı yayarlar. Normal yarı iletken diyotlar silikon veya germanyumdan yapılır, ancak ışık yayan diyotlar Bileşikler örneğin:

• galyum arsenit
• galyum arsenit fosfit
• silisyum karbür
• indiyum galyum nitrür

Bu malzemeleri karıştırmak, istenen rengi elde etmek için benzersiz ve farklı bir dalga boyu üretebilir. Farklı yarı iletken bileşikler, görünür ışık spektrumunun tanımlanmış bölgelerinde ışık yayar ve bu nedenle farklı seviyelerde ışık yoğunluğu üretir. LED'in imalatında kullanılan yarı iletken malzemenin seçimi, foton emisyonlarının dalga boyunu ve sonuçta yayılan ışığın rengini belirleyecektir.

radyasyon paterni

Radyasyon paterni, yayan yüzeye göre ışık emisyon açısı olarak tanımlanır. Maksimum güç, yoğunluk veya enerji miktarı, yayan yüzeye dik yönde elde edilecektir. Işık yayma açısı yayılan renge bağlıdır ve genellikle yaklaşık 80° ile 110° arasında değişir. İşte bir tablo ile farklı renkler ve malzemeler:

Bir LED tarafından yayılan ışığın rengi, LED tarafından belirlenmez. plastik gövde rengi LED'i çevreleyen. Bu çok açık bir şekilde ifade edilmelidir. Daha önce de belirttiğim gibi, epoksi reçine hem ışık çıkışını iyileştirmek hem de LED kapalıyken rengi belirtmek için kullanılır.

LED çok renkli

Piyasada bir çok çeşitli LED'ler mevcuttur, farklı şekiller, boyutlar, renkler, çıkış ışığı yoğunlukları vb. Bununla birlikte, fiyatının tartışmasız kralının 5 mm çapında galyum arsenit fosfit kırmızı LED olduğu söylenmelidir. Dünyada en çok kullanılanı yani en çok üretilenidir.

Ancak, gördüğünüz gibi, şu anda birçok farklı renk var ve hatta birkaç renk bir araya getirilerek tek bir renk elde ediliyor. LED çok renkli tıpkı bu bölümde göreceğimiz gibi…

bicolour

Adından da anlaşılacağı gibi iki renkli bir LED, İki farklı renkte ışık yayan LED. Bu, iki farklı renkli LED'i aynı pakette birleştirerek elde edilir. Bu sayede bir renkten diğerine geçiş yapabilirsiniz. Örneğin, bazı cihazlarda pil şarjının durumunu belirtmek için gördüğünüz, şarj olurken kırmızıya ve zaten şarj olduğunda yeşile dönen LED'ler gibi.

Bu LED'leri oluşturmak için paralel bağlanır, bir LED'in anodu başka bir LED'in katoduna bağlıyken ve bunun tersi de geçerlidir. Bu şekilde, anotlardan herhangi birine güç sağlandığında, yalnızca anodundan güç alan LED yanacaktır. Her iki anoda aynı anda güç verilirse dinamik anahtarlama ile her ikisinin de aynı anda açılması da mümkündür.

üç renkli

Ayrıca üç renkli LED'lerimiz var, yani onlar üç farklı renk yayabilir iki yerine Bunlar, üç LED'i aynı pakette ortak bir katotla birleştirir ve bir veya iki rengi yakmak için katodu toprağa bağlamanız gerekir. Ve kontrol etmek veya açmak istediğiniz rengin anotu tarafından sağlanan akım.

Yani, bir veya iki renkli LED aydınlatma için, anotlardan birine güç kaynağı ayrı ayrı veya aynı anda. Bu üç renkli LED'ler ayrıca cep telefonları gibi çok sayıda cihazda bildirimleri vb. belirtmek için sıklıkla kullanılır. Ayrıca, bu tür bir diyot, iki LED'i farklı doğru akım oranlarında açarak ana renklerin ek tonlarını üretir.

LED RGB

Temelde bir tür üç renkli LED'dir, bu durumda şu şekilde bilinir: RGB (Kırmızı Yeşil Mavi), çünkü o üç renkli ışık yayar. Bildiğiniz gibi bunlar renkli şerit şeritlerde ve oyun ekipmanlarında çok popüler hale geldi. Ancak ana renklere sahip olmanıza rağmen tüm renkleri ve gölgeleri oluşturmanız mümkün değildir. Bazı renkler RGB üçgeninin dışında kalır ve pembe, kahverengi vb. renkleri RGB ile elde etmek zordur.

LED Avantajları ve Dezavantajları

Şimdi ana olanları görme zamanı avantajlar ve dezavantajlar bu LED diyotlardan:

Avantaj

• Küçük boy
• Düşük üretim maliyeti
• Uzun raf ömrü (erimez)*
• Yüksek enerji verimliliği / düşük tüketim
• Düşük sıcaklık / daha az yayılan ısı
• Tasarım esnekliği
• Birçok farklı renk ve hatta beyaz ışık üretebilirler.
• Yüksek anahtarlama hızı
• yüksek ışık yoğunluğu
• Işığı bir yönde odaklamak için tasarlanabilir
• Katı hal yarı iletken cihazlardır, dolayısıyla daha sağlamdırlar: termal şoka ve titreşimlere karşı daha dirençlidirler.
• UV ışınları yok

Dezavantajları

• Radyant çıkış gücünün ve LED'in dalga boyunun ortam sıcaklığına bağlılığı.
• Aşırı voltaj ve/veya aşırı akım nedeniyle hasar hassasiyeti.
• Teorik genel verimlilik, yalnızca özel soğuk veya darbeli koşullar altında elde edilir.

uygulamaları

Son fakat en az değil, ne olduğunu göstermek gereklidir. olası uygulamalar bu renkli LED'lerin amaçlandığı şey:

• araç ışıkları için
• Tabela: göstergeler, işaretler, trafik ışıkları
• Panolarda görsel bilgileri görüntüleyin
• Piksellerin LED'lerden oluştuğu ekranlar için
• Tıbbi uygulamalar
• Oyuncak
• Aydınlatma
• Uzaktan kumandalar (IR LED'ler)
• V.b