LED

Işık yayan diyot LED !

LED'in parçaları. Etiketlenmemiş olmasına rağmen, örs ve epoksi içine gömülmüş olan düz alt yüzeyler, iletkenlerin mekanik gerginlik veya titreşim yoluyla kuvvetli bir şekilde dışarı çekilmesini önlemek için çapalar gibi hareket eder.
Modern LED, temelde E27 vidalı takılabilir
Bir ampul şeklindeki modern bir uyarlama LED lamba , alüminyum ile ısı lavabo , bir ışık yayıcı kubbe ve E27 vidalı üzerinde çalışan bir dahili güç kaynağı kullanarak, baz şebeke gerilimi
Bir ışık yayan diyot ( LED ) bir iki olan kurşun yarıiletken ışık kaynağı . Bu bir p-n eklemi diyot aktive edildiğinde ışık yayar. uygun bir zaman gerilimi potansiyel uygulanır, elektronlar rekombine mümkün elektron delikleri şeklinde enerji serbest, cihaz içinde fotonlar . Bu etki elektroluminesans olarak adlandırılır ve ışığın rengi (fotonun enerjisine karşılık gelir) yarıiletkenin enerji band aralığı tarafından belirlenir. LED'ler tipik olarak küçük (1 mm 2'den daha azdır ) ve ışıma modelini şekillendirmek için entegre optik bileşenler kullanılabilir . 
1962'de pratik elektronik bileşenler olarak görünen en eski LED'ler düşük yoğunluklu kızılötesi ışık yaytı. Kızılötesi LED'ler, çok çeşitli tüketici elektroniği uzaktan kumandalarında olduğu gibi, uzaktan kumanda devrelerindeki yayın elemanları olarak hala sıklıkla kullanılır. İlk görünür ışıklı LED'ler aynı zamanda düşük yoğunluklu ve kırmızıya sınırlıydı. Modern LED'ler, görünür , mor ötesi ve kızılötesi dalga boylarında, çok yüksek parlaklıkta mevcuttur.
Erken LED'ler, küçük akkor ampullerin yerine, elektronik cihazlar için gösterge lambaları olarak sıklıkla kullanılırdı. Yakında, yedi segmentli ekran şeklinde sayısal okunuşlar halinde paketlendi ve dijital saatlerde yaygın olarak görüldüler. LED'lerdeki son gelişmeler çevre ve görev aydınlatmasında kullanılmasına izin verir. LED'ler yeni ekranlara ve sensörlere izin verirken, yüksek anahtarlama oranları gelişmiş iletişim teknolojisinde de kullanılmaktadır.
LED'ler, daha düşük enerji tüketimi, daha uzun ömür, geliştirilmiş fiziksel sağlamlık, daha küçük boyut ve daha hızlı anahtarlama gibi akkor ışık kaynakları üzerinde birçok avantaja sahiptir. Işık yayan diyotlar artık gibi çeşitli uygulamalarda kullanılır havacılık aydınlatma , otomotiv farlar , reklam, genel aydınlatma , trafik sinyalleri , kamera yanıp söner ve ışıklı duvar. 2017 itibariyle , LED ev oda aydınlatma kadar ucuz ya da kompakt daha ucuzdur ışıkları floresan lamba karşılaştırılabilir çıktı kaynakları. Ayrıca, önemli ölçüde daha fazla enerji verimliliği vardır ve kuşkusuz, kullanımları ile bağlantılı çevresel kaygılar daha azdır. 

 

Keşifler ve erken cihazlar
Elektrolüminesans bir olgu olarak İngiliz deneyci tarafından 1907 yılında keşfedildi HJ Yuvarlak ve Marconi Labs bir kristal kullanarak, silisyum karbür ve alet edilen bıyık dedektörü .  Rus mucidi Oleg Losev 1927'de ilk LED'in yaratılışını rapor etmiştir.  Araştırması Sovyet, Alman ve İngiliz bilim dergilerinde dağıtılmıştı, ancak birkaç on yıl boyunca keşfedilmek için hiçbir pratik kullanılmadı.  Kurt Lehovec Carl Accardo ve Edward Jamgochian kullanan bir aygıtı kullanılarak 1951, bu birinci ışık yayan diyotlar açıklandığı SiC bir türevi için bir karşılaştırma pil veya puls üretecinin bir akım kaynağı ile birlikte kristaller olarak saf, kristal 1953'te. 
Radio Corporation of America'dan Rubin Braunstein  1955 yılında galyum arsenür (GaAs) ve diğer yarı iletken alaşımlardan kızılötesi emisyon bildirdi. Braunstein, galyum antimonid (GaSb), GaAs, indiyum kullanan basit diyot yapıları tarafından üretilen kızılötesi emisyonun Fosfit (InP) ve silikon-germanyum (SiGe) alaşımlarının oda sıcaklığında ve 77 Kelvin'de eritilmesi.
1957'de Braunstein, ilkel cihazların kısa bir mesafe üzerinden radyo dışı iletişim için kullanılabileceğini de göstermiştir. Kroemer tarafından belirtildiği gibi Braunstein "... basit bir optik haberleşme bağlantısını kurmuştu: Müzik rekor çalar çıkan bir GaAs diyot ileri akımı modüle uygun elektronik yoluyla kullanılan yayılan ışık, bir PbS diyot tarafından tespit edildi bazılarıdır. Bu sinyal bir ses amplifikatörüne beslendi ve bir hoparlör tarafından çalındı.Bu ışının engellenmesi müziği durdurdu.Bu kurulumla çok eğlendik. " Bu kurulum, optik iletişim uygulamaları için LED'lerin kullanımını öngördü.

Bir TO-18 transistör metal kutusunda bulunan Texas Instruments SNX-100 GaAs LED.
Eylül 1961 yılında, başında çalışırken Texas Instruments in Dallas , Texas , James R. Biard ve Gary Pittman keşfetti yakın kızılötesi bir den (900 nm) ışık emisyonunu tünel diyot bir GaAs tabaka üzerinde inşa etmişti.  Ekim 1961'e kadar, GaAs pn birleşim ışık yayıcı ve elektriksel olarak izole edilmiş bir yarı iletken fotodetektör arasında etkin ışık emisyonu ve sinyal bağlaşımı gösterdiler. 8 Ağustos 1962 tarihinde, Biard ve Pittman bir çinko dağınık açıklanan kendi bulgularına dayanarak "Yarıiletken Radiant Diyot" başlıklı patent başvurusu p-n kavşak aralıklı bir LED katot verimli emisyon izin vermek için kontak kızılötesi ışık altında Ileri önyargı . Gönderimlerini predating mühendislik dizüstü dayalı çalışmalarının önceliğini kurduktan sonra GE Labs, RCA Research Labs, IBM Research Labs, Bell Labs , ve Lincoln Lab at MIT , ABD patent ofisi iki Mucitler kızılötesi GaAs için patent (IR yayınladı ) Işık yayan diyot (US Patent US3293513 ), ilk pratik LED. Patenti sunduktan hemen sonra, Texas Instruments (TI) kızılötesi diyotları üretmek için bir proje başlattı. Ekim 1962'de TI, 890 nm ışık çıkışı üretmek için saf bir GaAs kristali kullanan ilk ticari LED ürününü (SNX-100) duyurdu. Ekim 1963'te TI, ilk ticari yarı küresel LED, SNX-110'ı duyurdu. 
İlk görünür spektrumlu (kırmızı) LED tarafından 1962 yılında geliştirilen Nick Holonyak, Jr. çalışırken General Electric . Holonyak, ilk kez 1 Aralık 1962'de Applied Physics Letters dergisinde LED'ini bildirdi. Holonyak eski bir lisans öğrencisi olan M. George Craford , ilk sarı LED'i icat etti ve kırmızı parlaklığı geliştirdi ve 1972'de on faktörle kırmızı-turuncu LED'ler üretti .  1976 yılında TP Pearsall, optik fiber iletim dalga boylarına özel olarak uyarlanmış yeni yarı iletken malzemeleri icat ederek optik fiber telekomünikasyon için ilk yüksek parlaklıklı, yüksek verimli LED'leri yarattı. 

 

İlk Ticari Gelişme  Hakkında Bilgi
İlk ticari LED yaygın için yedek olarak kullanılan akkor ve neon gösterge lambalarının, ve yedi segmentli ekranlara ,ilk pahalı ekipman gibi laboratuvar ve elektronik test cihazları olarak, daha sonra TV'ler, radyolar, telefon gibi aletleri, Hesap makineleri ve saatler (bkz. Sinyal kullanımlarının listesi ). 1968 yılına kadar görünür ve kızılötesi LED'ler ünite başına 200 ABD doları seviyesinde aşırı pahalıydı ve bu nedenle pratik kullanım azdı.Monsanto Şirketi seri üretimini görünür LED ilk organizasyon göstergeler için uygun kırmızı LED üretmek için 1968 yılında galyum arsenit fosfit (GaAsP) kullanılarak oldu.  Hewlett Packard (HP), başlangıçta Monsanto tarafından tedarik edilen GaAsP'yi kullanarak 1968'de LED'ler piyasaya sürdü. Işık çıkışı bir alanı aydınlatmak için yeterli olmadığından, bu kırmızı LED'ler sadece göstergeler olarak kullanılabilecek kadar parlaktı. Hesap makinesindeki okumalar o kadar küçüktü ki, okunaklı hale getirmek için her basamak üzerine plastik lensler yapılmıştır. Daha sonra, diğer renkler yaygın olarak kullanılmaya başlandı ve aletler ve ekipmanlarda göründü. 1970'lerde ticari olarak başarılı olan ve her biri beş sentten daha az ışık tutan LED cihazlar Fairchild Optoelectronics tarafından üretildi. Bu cihazlar Fairchild Semiconductor'de Dr. Jean Hoerni tarafından keşfedilen düzlemsel proses ile üretilen bileşik yarı iletken çipleri kullandı .  Çip imalatı ve yenilikçi paketleme yöntemleri için düzlemsel işlemenin birleşimi, Fairchild'deki ekibin optoelektronik öncüsü Thomas Brandt'ın önderliğinde gerekli maliyet düşüşlerini sağladı.  Bu yöntemler LED üreticileri tarafından kullanılmaya devam edilmektedir. 
Görünür rakam boyutunu arttırmak için plastik mercekler kullanan bir TI-30 bilimsel hesap makinesinin (yaklaşık 1978) LED ekranı
Çoğu LED 5 mm T1¾ ve 3 mm T1 paketlerinde üretildi, ancak güç çıkışı arttıkça, güvenilirliği korumak için fazladan ısı dökmek giderek daha fazla gerekli hale geldi, böylece daha karmaşık paketler verimli ısı dağılımı için uyarlandı. . En son teknoloji ürünü yüksek güçlü LED'ler için paketler, erken LED'lere pek benzemez.

 

Mavi LED
Mavi LED'ler ilk olarak 1972'de RCA'da Herbert Paul Maruska tarafından safir bir substrat üzerinde galyum nitrür (GaN) kullanılarak geliştirildi.   SiC türleri 1989 yılında Cree tarafından Amerika Birleşik Devletleri'nde ilk kez piyasaya sürüldü .  Bununla birlikte, bu başlangıçtaki mavi LED'lerin hiçbiri çok parlak değildi.
Ilk yüksek parlaklık mavi LED ile gösterilmiştir Shuji Nakamura ve Nichia Corporation'ın 1994 yılında ve dayalı InGaN .   Buna paralel olarak, Isamu Akasaki ve Hiroshi Amano içinde Nagoya önemli geliştirmeye çalışıyorlardı GaN safir yüzeylerde çekirdeklenme ve gösteri p-tipi doping GaN. Nakamura, Akasaki ve Amano, çalışmalarında fizikte 2014 Nobel ödülünü kazandı .  1995 yılında Cardiff Üniversitesi Laboratuarında (GB) bulunan Alberto Barbieri , parlak LED'lerin verimliliğini ve güvenilirliğini araştırdı ve (AlGaInP / GaAs) üzerindeki indiyum kalay oksiti (ITO) kullanarak "şeffaf bir kontak" LED gösterdi .
2001  ve 2002  yetiştirmek için işlemler galyum nitrür üzerinde (GaN) LED'ler silikon başarıyla gösterildi. Ocak 2012'de Osram ticari olarak silikon yüzeylerde yetiştirilen yüksek güçlü InGaN LED'lerini gösterdi.
Beyaz LED'ler ve Aydınlatma atılımı
Mavi LED'lerde yüksek verim elde etmenin hemen ardından ilk beyaz LED'in gelişimi izledi . Bu cihazda , yayıcı üzerindeki bir Y
3 Al
5 O
12 : Ce (" YAG " olarak da bilinir ) fosfor kaplaması , mavi emisyonun bir kısmını absorbe eder ve flüoresans yoluyla sarı ışık üretir . Sarı ile kalan mavi ışığın kombinasyonu göze beyaz renkte görünür. Bununla birlikte, farklı fosforları (floresan materyalleri) kullanarak floresans yoluyla yeşil ve kırmızı ışık üretmek de mümkün oldu. Oluşan kırmızı, yeşil ve mavi karışım sadece insanlar tarafından beyaz ışık olarak algılanır değil, renk sunumu bakımından aydınlatma açısından daha üstün olurken , yalnızca sarı (ve kalan mavi) renkle aydınlanan kırmızı veya yeşil nesnelerin rengini takdir edemezsiniz. YAG fosforundan gelen dalga boyları.
 
 
Çizimi Haitz yasası zamanla LED başına dikey eksende logaritmik ölçek, ışık gücünde iyileşme gösteren,
İlk beyaz LED'ler pahalı ve verimsizdi. Ancak, LED'lerin ışık çıkışı arttı katlanarak bir iki katına (benzer 1960'lardan bu yana yaklaşık her 36 ayda bir meydana gelen, Moore yasasına ). Bu eğilim genelde diğer yarı iletken teknolojilerin paralel olarak geliştirilmesine ve optikteki gelişmelere [ kaynak belirtilmeli ] ve malzeme bilimlerine atfedilir ve Dr. Roland Haitz'in ardından Haitz'in yasası çağrılır .
Mavi ve yakın morötesi LED'lerin ışık çıkışı ve verimliliği, güvenilir cihazların maliyeti düştükçe arttı: bu, akkor ve flüoresan aydınlatmanın yerini alan aydınlatma amacıyla (nispeten) yüksek güçlü beyaz ışıklı LED'lerin kullanılmasına neden oldu.  
Deneysel beyaz LED'lerin watt başına elektrik tüketiminin 300 lümen üzerinde olduğunu ortaya koymuştur; Bazıları 100.000 saate kadar dayanabilir.  Akkor ampullerle karşılaştırıldığında, bu sadece elektrik verimliliğinde büyük bir artış değil aynı zamanda ampul başına benzer veya daha düşük bir maliyet de getirir.
Çalışma prensibi
 
 
Devrenin (üstte) ve bant şemasını (alttaki) gösteren bir LED'nin iç işleyişleri,
PN birleşimi emilen ışık enerjisini orantılı bir elektrik akımına dönüştürebilir. Aynı işlem burada tersine çevrilir (yani PN birleşimi elektrik enerjisi uygulandığında ışık yayar). Bu olgu genelde adlandırılan elektro bir ışık emisyon olarak tanımlanabilir, yarı-iletken bir etkisi altında elektrik alanı . Elektronlar N-bölgesinden geçerken ve P-bölgesindeki mevcut delikler ile birleştiklerinde yük taşıyıcıları ileriye doğru polarize PN birleşiminde birleşirler. Serbest elektronlar , enerji seviyelerinin iletim bandında bulunurken , delikler valans enerji bandındadırlar . Böylece, deliklerin enerji seviyesi elektronların enerji seviyelerinden daha düşük olacaktır. Elektronları ve delikleri bir araya getirmek için enerjinin bir kısmı dağıtılmalıdır. Bu enerji ısı ve ışık şeklinde yayılır.
Elektronlar, enerjiyi silikon ve germanyum diyotlar için ısı formunda, ancak galyum arsenit fosfit (GaAsP) ve galyum fosfit (GaP) yarıiletkenlerde tüketirler; elektronlar, fotonlar yayarak enerjiyi tüketirler . Yarı iletken yarı saydam ise, birleşim yaydığı gibi ışık kaynağı haline gelir ve böylece bir ışık yayan diyot haline gelir, ancak birleşim ters polarize edildiğinde, LED tarafından hiçbir ışık üretilmez ve potansiyel yeterince büyükse, Cihaz hasar görür.
Teknoloji
 
 
Diyot için IV diyagramı . Bir LED, 2 veya 3 volttan fazla uygulandığında ışık yaymaya başlayacaktır. Gerilim önleme bölgesi, gerilme oluşana kadar kaçak akımın voltajla neredeyse sabit olduğunu göstermek için ters dikey ölçek kullanır. Ön gerilimde akım küçük ancak voltajla katlanarak artar.
Fizik
LED yarı iletken malzemenin bir çip oluşur katkılı bir yaratmak için yabancı maddeler ile pn kavşağı . Diğer diyotlarda olduğu gibi, akım p- tarafından veya anottan n-tarafına veya katottan kolayca akar ama ters yönde değil. Şarj-carriers- elektronlar ve delikler gelen kavşak içine -FLOW elektrotlar farklı gerilim ile. Bir elektron bir deliğe kavuştuğunda, daha düşük bir enerji seviyesine düşer ve bir foton formunda enerji açığa çıkarır .
Dalga boyu rengi dolayısıyla yayılan ışığın, ve bağlıdır bant boşluk oluşturan malzemelerin enerji pn kavşağı . Içinde silikon veya germanyum diyotlar, elektronlar ve delikler genellikle tarafından recombine olmayan ışıma geçiş bunlar, çünkü optik emisyon üretir, dolaylı bant aralıklı malzemeler. LED için kullanılan malzemeler yakın kızılötesi, görünür veya ultraviole yakın ışığa karşılık gelen enerjilerle doğrudan bir bant aralığına sahiptir.
LED gelişimi, galyum arsenür ile yapılan kızılötesi ve kırmızı cihazlarla başladı . Gelişmeler malzeme bilimi çeşitli renklerde ışık yayan, giderek daha kısa dalga boylarında yapma özellikli cihazlar var.
LED'ler genellikle, yüzeyinde biriken p-tipi tabakaya tutturulmuş bir elektrotla, bir n-tipi alt katman üzerine kurulmuştur. P-tipi alt tabakalar daha az görülürken de oluşur. Birçok ticari LED, özellikle GaN / InGaN, aynı zamanda safir substrat kullanmaktadır.
LED üretimi için kullanılan çoğu malzeme, çok yüksek kırma indekslerine sahiptir . Bu, ışığın büyük bir kısmının malzeme / hava yüzeyi arayüzünde malzemeye geri yansıyacağı anlamına gelir. Bu nedenle, LED'lerdeki ışık çıkarma, çok araştırma ve geliştirmeye bağlı olarak, LED üretiminin önemli bir yönüdür.
Refraktif indeks
 
 
Tek noktalı kaynak emisyon bölgesi için bir yarıiletkende ışık yayıcı konilerin idealleştirilmiş örneği. Sol resim, tamamen saydam gofret içindir; sağdaki resim, alt katmanın tamamen opak olduğu zaman yarım konileri göstermektedir. Işık aslında nokta kaynaktan her yönden eşit şekilde yayılır, bu nedenle koniler arasındaki alanlar, ısı olarak boşa harcanan büyük ışık enerjisini gösterir.
 
 
Gerçek bir LED gofretin ışık yayıcı konileri, tek bir nokta kaynaklı ışık emisyonundan çok daha karmaşıktır. Işık emisyon bölgesi tipik olarak, gofretler arasındaki iki boyutlu bir düzlemdir. Bu düzlemdeki her atomun ayrı bir emisyon konileri seti vardır. Çakışan konileri milyarlarca çizmek imkansızdır, bu nedenle bu, kombine edilmiş tüm emisyon konilerinin kapsamlarını gösteren basitleştirilmiş bir diyagramdır. İç cephe özelliklerini göstermek ve görüntü karmaşıklığını azaltmak için daha büyük yan koniler kırpılır; Iki boyutlu emisyon düzleminin karşı kenarlarına uzanırlar.
Bu çıplak, kaplanmamış yarı iletkenler , silikon çok yüksek bir sergi kırılma endeksi nedeniyle yarı iletken hava temas yüzeyine göre keskin açılarda gelen foton geçişini engelleyen nispi hava ile, toplam iç yansıma . Bu özellik hem LED'lerin ışık emisyon verimliliğini hem de fotovoltaik hücrelerin ışık emme verimliliğini etkiler . Silisyumun kırılma indeksi 3.96 (590 nm'de),  iken hava 1.0002926'dır.
Genel olarak, düz yüzeyli, kaplamasız bir LED yarı iletken çip, yarı iletken yüzeyine sadece dikey ışık yayar ve ışık konisi , ışık konisi ,  ya da kaçış şeklindeki bir koni biçiminde yan tarafa birkaç derece yayar . koni .  Maksimum açılma açısına kritik açı denir . Bu açı aşıldığında, fotonlar artık yarıiletken kaçmak ama sanki yerine dahili yarı iletken kristal içinde yansıtılır ayna .
Işınlanma açısı yeterince düşükse ve kristal, foton emisyonunu yeniden emmek için yeterince şeffaf ise, iç yansımalar diğer kristalin yüzlerden kaçabilir. Ancak her yönde 90 derecelik açılı yüzeylere sahip basit bir kare LED için, yüzler tümü eşit açı aynaları gibi hareket eder. Bu durumda, ışıkların çoğu kaçamaz ve kristalde atık ısı olarak kaybolur.
Açılı olan bir kıvrık çip yüzey yönleriyle bir mücevher veya benzer fresnel lens çip yüzeye dik yayılan sağlayan ışığın ışık çıkışını artırabilir olsa çok foton emisyon noktasının yanlarına.
Maksimum ışık çıkışı ile bir yarı iletken ideal şekli olacaktır Microsphere foton emisyon emisyon noktasında temas merkeze nüfuz elektrotlar ile tam merkezinde meydana gelen. Merkezden çıkan tüm ışık ışınları, kürenin tüm yüzeyine dik olacak ve iç yansıma yapmayacaktır. Yarı küresel bir yarıiletken de çalışabilir; düz arka yüzü geriye dağılmış fotonlara bir ayna görevi görür.
Geçiş kaplamaları
Bir doping sonra gofret , bireysel içine ayrı kesilir kalıplar . Her kalıp genellikle bir çip olarak adlandırılır.
Birçok LED yarı iletken yongalar kapsüllü veya olan saksı saydam ya da renkli plastik kalıp kabuklarında. Plastik kabuğun üç amacı vardır:
1.      Yarı iletken çipi cihazlara monte etmek daha kolaydır.
2.      Kırılgan elektrik kabloları fiziksel olarak desteklenmekte ve hasar görmemektedir.
3.      Plastik nispeten yüksek endeksli yarı iletken ve düşük indeksli açık hava arasında bir refraktif aracı olarak işlev görür.
Üçüncü özellik ışığın yayılma objektifi olarak işlev görmesi sayesinde çıplak yonganın tek başına yayabileceğinden çok daha yüksek bir ışık açısı ile yayan yarıiletkenden gelen ışık yayılımını artırmaya yardımcı olur.
Verimlilik ve operasyonel parametreler
Tipik gösterge LED'leri, 30-60 milisitreden (mW) daha fazla elektrik enerjisi ile çalışmayacak şekilde tasarlanmıştır. 1999 civarında, Philips Lumileds bir sürekli kullanım kapasitesine sahip güç LED'leri tanıttı vat . Bu LED'ler büyük güç girişlerini işlemek için daha büyük yarı iletken kalıp boyutları kullandı. Ayrıca, yarı iletken kalıplar, LED kalıptan ısı çıkışı sağlamak için metal sümüklü uçlara monte edildi.
LED tabanlı aydınlatma kaynaklarının en önemli avantajlarından biri, yüksek ışık efektifliğidir . Beyaz LED'ler hızla eşleşti ve standart akkor aydınlatma sistemlerinin etkinliğini geçti. 2002'de Lumileds, watt başına 18-22 lümenlik (lm / W) ışık etkinliği ile beş-watt LED üretti. Karşılaştırma yapmak için, 60-100 watt'lık geleneksel bir akkor ampul yaklaşık 15 lm / W ve standart floresan lambaları 100 lm / W'ye kadar çıkmaktadır .
2012 yılı itibariyle , Philips, her renk için aşağıdaki etkinliklerini elde etmişti.  Verimlilik değerleri, elektrik gücü başına fizik ışık gücünü gösterir. Watt başına lümen etkinlik değeri, insan gözünün özelliklerini içerir ve parlaklık fonksiyonu kullanılarak türetilir .
         Renk         Dalgaboyu aralığı (nm)      Tipik verimlilik katsayısı    Tipik etkinlik ( lm / W )
 
         Kırmızı
620 < λ <645     0,39  72
         Kırmızı portakal
610 < λ <620     0.29  98
         Yeşil
520 < λ <550     0.15  93
         Cam göbeği
490 < λ <520     0.26  75
         Mavi
460 < λ <490     0,35  37
Eylül 2003'te, Cree tarafından 20 milimetre (mA) de 24 mW tüketen yeni bir mavi LED gösterildi . Bu, ticari olarak paketlenmiş, 20 mA'de 65 lm / W'lik bir beyaz ışık üretti; o anda piyasada bulunan en parlak beyaz LED oldu ve standart incandescents'lerin dört katından daha etkili oldu. 2006 yılında, 20 mA'de 131 lm / W'lik bir kayıt beyaz LED aydınlatma etkinliğine sahip bir prototip gösterdiler. Nichia Corporation , 20 mA'lik bir ileri akımda 150 lm / W ışık efektifli bir beyaz LED geliştirdi.  2011 yılında piyasaya sunulan Cree'nin XLamp XM-L LED'leri, 10 W'luk tam güçle 100 lm / W ve yaklaşık 2 W giriş gücü ile 160 lm / W'ye kadar üretmektedir. 2012'de Cree , Mart 2014'te 254 lm / W,  ve 303 lm / W değerinde bir beyaz LED verdiğini bildirdi .  Pratik genel aydınlatma, bir watt veya daha fazla yüksek güçlü LED'e ihtiyaç duyuyor. Bu tür cihazlar için tipik çalışma akımları 350 mA'dan başlar.
Bu verimlilik sadece laboratuarda düşük sıcaklıkta tutulan ışık yayan diyot içindir. Gerçek armatürlere yerleştirilen LED'ler daha yüksek sıcaklıkta ve sürücü kayıplarıyla çalıştığı için, gerçek dünya verimliliği çok daha düşüktür. Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı akkor lamba veya değiştirmek için tasarlanmış ticari LED lambaların (DOE) test CFLs ortalama etkinlik 2009 yaklaşık 46 lm / W (test edilen performans 79 lm / W W / 17 lm ranged) hala olduğunu gösterdi.
Verimlilik sarkısı
Verimlilik düşmesi, elektrik akımı onlarca milimetrenin üzerine çıktığında LED'lerin ışık verimliliğinde azalma olur.
Bu etki başlangıçta yüksek sıcaklıklarla ilişkili olarak teorize edildi. Bilim adamları bunun tam tersini kanıtladı: Bir LED ömrü kısalsa da, yüksek sıcaklıklarda verimlilik düşmesi daha az şiddetli.  Verimlilik düşüşüne neden olan mekanizma, 2007 yılında karışık reaksiyonla alınan Auger rekombinasyonu olarak tanımlandı .  2013'te yapılan bir çalışma Auger rekombinasyonunu verimlilik düşümünün nedeni olarak doğruladı.
Daha az verimli olmasının yanı sıra, daha yüksek elektrik akımlarında çalışan LED'ler, LED'in kullanım ömrünü uzatan daha yüksek ısı seviyeleri oluşturur. Daha yüksek akımlarda bu artan ısıtma nedeniyle, parlak LED'ler , ışık çıkışı, verimlilik ve uzun ömür arasında bir uzlaşma olan sadece 350 mA'de çalışan bir endüstri standardına sahiptir.    
Olası çözümler
Akım seviyelerini arttırmak yerine, bir ampul içinde birden fazla LED'i birleştirerek genellikle parlaklık arttırılır. Verimlilik düşüş sorununu çözmek, evdeki LED ampullerin maliyetlerini önemli ölçüde düşürecek daha az LED'e ihtiyaç duyacağı anlamına gelir.
Araştırmacılar ABD Donanma Araştırma Laboratuvarı verimlilik düşümü azaltmak için bir yol bulduk. Onlar Sarkma kaynaklandığı bulundu olmayan ışıma enjekte taşıyıcıların Auger rekombinasyon. Işınımsız Auger işlemlerini azaltmak için yumuşak bir sınırlama potansiyeli olan kuantum kuyuları yarattılar.
Araştırmacılar Tayvan Ulusal Merkez Üniversitesi ve Epistar Corp daha fazladır seramik alüminyum nitrür (AlN) alt tabakalar kullanarak verimlilik düşümü azaltmak için bir yol geliştiriyoruz termal iletken ticari kullanılan safir daha. Daha yüksek ısıl iletkenlik kendiliğinden ısıtma etkilerini azaltır.
Ömür boyu ve başarısızlık
Ana madde: LED arıza modlarının listesi
LED'ler gibi katı hal aygıtları, düşük akımlarda ve düşük sıcaklıklarda çalıştırıldığında çok sınırlı aşınma ve yıpranmaya tabidir. Alınan tipik ömür 25.000 ila 100.000 saattir, ancak ısı ve akım ayarları bu süreyi önemli ölçüde uzatabilir veya kısaltabilir.
LED'in (ve diyot lazerinin) başarısızlığının en yaygın semptomu, ışık çıkışının kademeli olarak düşürülmesi ve verimlilik kaybı olmasıdır. Ani arızalar nadir de olsa de ortaya çıkabilir. Erken kırmızı LED'ler kısa kullanım ömrü açısından dikkat çekicidir. Yüksek güçlü LED'lerin geliştirilmesiyle, cihazlar geleneksel cihazlara kıyasla daha yüksek bağlantı sıcaklıklarına ve daha yüksek akım yoğunluğuna maruz kalmaktadır. Bu malzeme üzerinde stres oluşturur ve erken ışık çıkışı bozulmasına neden olabilir. Kullanım ömrünü standart bir biçimde kantitatif olarak sınıflandırmak için belirli bir LED'nin başlangıçtaki ışık çıkışının% 70'ine ve% 50'sine ulaştığı çalışma zamanı olan L70 veya L50'nin kullanılması önerilmiştir (genellikle binlerce saatte verilir).
Önceki ışık kaynakları (akkor lambalardan, deşarj lambalarından ve yanıcı yakıtları yakanlardan, örn. Mumlar ve yağ lambaları) ışık, ısınmadan kaynaklanırken, LED'ler yalnızca yeterince serin tutulursa çalışırlar. Üretici yaygın olarak 125 veya 150 ° C'lik bir maksimum bağlantı sıcaklığı belirler ve uzun ömür sağlamak için daha düşük sıcaklıklar önerilir. Bu sıcaklıklarda nispeten az ısı radyasyon ile kaybolur, bu da bir LED tarafından üretilen ışık demetinin serin olduğu anlamına gelir.
(2015 gibi tükettiği yarım güç daha az olabilir) LED yüksek güç atık ısı bir LED substrat ve paketi ile iletim yoluyla taşınır ısı emici ortam ısı verir, Hava konveksiyon ile. Dolayısıyla dikkatli termal tasarım, LED'in paketinin ısı emiciliğini , soğutucu ve ikisi arasındaki ara yüzü dikkate alarak önemlidir. Orta güç LED'leri genellikle doğrudan termal olarak iletken bir metal katman içeren bir baskılı devre kartonuna lehimlenmek üzere tasarlanmıştır. Yüksek güçlü LED'ler, yüksek ısı iletkenliği ( termal yağ , faz değiştirme materyali , termal iletken ped veya termal yapışkan ) olan bir metal ısı emicisine takılmak üzere tasarlanmış geniş alanlı seramik ambalajlarda paketlenmiştir .
Bir LED tabanlı lamba, havalandırılmayan bir lambanın içine monte edilmişse ya da bir lamba armatürü serbest hava dolaşımına sahip olmayan bir yerde bulunuyorsa, LED aşırı ısınabilir ve bu da ömrü kısaltır veya erken felaket arızasıyla sonuçlanır. Termal tasarım çoğunlukla 25 ° C (77 ° F) ortam sıcaklığına dayanıyor . Trafik sinyalleri veya kaldırım sinyal lambaları gibi dış mekan uygulamalarında kullanılan LED'ler ve ışık fikstürü içindeki sıcaklığın çok yüksek olduğu iklimlerde, düşük çıktı veya hatta arıza yaşanabilir.
LED etkinliği düşük sıcaklıklarda daha yüksek olduğundan, LED teknolojisi süpermarket için uygundur dondurucu aydınlatma.    LED'ler akkor lambalardan daha az atık ısı ürettiği için, donduruculardaki kullanımları soğutma maliyetlerinden de tasarruf edebilir. Bununla birlikte, akkor lambalardan daha fazla don ve kar oluşumuna duyarlı olabilirler , bu nedenle bazı LED aydınlatma sistemleri ilave bir ısıtma devresi ile dizayn edilmiştir . Ek olarak, araştırma, bağlantı noktasında üretilen ısıyı ışık fikstürünün uygun alanlarına aktaracak ısı emici teknolojileri geliştirdi.
Renkler ve malzemeler
Konvansiyonel LED'ler çeşitli inorganik yarı iletken malzemelerden üretilmektedir . Aşağıdaki tablo, dalga boyu aralığı, gerilim düşümü ve malzeme ile mevcut renkleri göstermektedir:
         Renk         Dalga boyu [nm]
Gerilim düşüşü [ΔV]
Yarı iletken malzeme
         Kızılötesi
Λ > 760
Δ V <1.63
Galyum arsenür (GaAs) Alüminyum
galyum arsenür (AlGaAs)
 
         Kırmızı
610 < λ <760     1.63 <Δ V <2.03         
Alüminyum galyum arsenit (AlGaAs) Galyum arsenit fosfit (GaAsP)
Alüminyum galyum indiyum fosfit ( AlGaInP )
Galyum (III) fosfit (GaP)
 
         Portakal
590 < λ <610     2.03 <Δ V <2.10          Galyum arsenit fosfit (GaAsP)
Alüminyum galyum indiyum fosfit ( AlGaInP )
Galyum (III) fosfit (GaP)
 
         Sarı
570 < λ <590     2.10 <Δ V <2.18          Galyum arsenit fosfit (GaAsP)
Alüminyum galyum indiyum fosfit ( AlGaInP )
Galyum (III) fosfit (GaP)
 
         Yeşil
500 < λ <570     1.9  <Δ V <4.0
Geleneksel yeşil:
Galyum (III) fosfür (GAP)
Alüminyum galyum indiyum fosfit (AlGaInP)
Alüminyum galyum fosfit (AlGaP)
Saf yeşil:
İndiyum galyum nitrür (InGaN) / galyum (III) nitrür (GaN)
 
         Mavi
450 < λ <500     2.48 <Δ V <3.7  Çinko selenit (ZnSe)
İndiyum galyum nitrür (InGaN) Alt tabaka olarak
silikon karbür (SiC) Alt tabaka olarak
silikon (Si) halen geliştirme aşamasındadır
 
         Menekşe
400 < λ <450     2.76 <Δ V <4.0  Indium galyum nitride (InGaN)
 
         Mor
Birden fazla tür 2.48 <Δ V <3.7  Çift mavi / kırmızı LED'ler,
kırmızı fosforlu mavi
veya mor plastikli beyaz
         Ultraviyole
Λ <400      3 <Δ V <4.1        Indium galyum nitride (InGaN) (385-400 nm)
Elmas (235 nm)
Bor nitrür (215 nm)  
Alüminyum nitrür (AlN) (210 nm)
Alüminyum galyum nitrür (Algan)
Alüminyum galyum indiyum nitrür (AlGaInN) için -Aşağı 210 nm
         Pembe
Birden fazla tür Δ V ~ 3.3
Bir veya iki fosfor
katmanına sahip mavi, daha sonra sarı, kırmızı, turuncu veya pembe fosfor ilave edildi,
Pembe
plastikli beyaz veya pembe pigmentli beyaz fosforlar veya üst üste boya.