LED İLE “KATI HAL” AYDINLATMA

Yapay ışık üretimi

Temel olarak elektrik enerjisini ışığa çevirmek için 3 yöntem kullanılır. Isıtma yöntemi, düşük ve yüksek basınçlı metal buharlı ortamda deşarj yöntemi ve uyarılma ile ışık verme (luminescence) yöntemleri.

1. Isıtma yöntemi: Bir flaman yapısı üzrinden elektrik akımı geçirilerek flamanın ısınması sağlanır ve akkor hale gelen flamanın yaydığı görülebilir ışık kullanımımıza sunulur. Örnek, akkor lambalar ve halojen lambalar.
2. Gaz deşarjı: Havası boşaltılmış ve metal buharı ilave edilmiş bir tüp içerisinde iki elektrot vasıtasıyla bir gerilim uygulanarak, metal buharı üzerinden geçen akımın meydana getirdiği ark’ın yaydığı görülebilir ışık aydınlatmada kullanılır. Örnek, civa buharlı lambalar, metal halide lambalar, sodyum buharlı lambalar.
3. Uyarma ile ışıma yöntemi (Luminescence) : Alçak basınçlı civa buharlı lambalarda elde edilen gözle görülemeyen UV ışık ile bir fosfor tabakası uyarılarak görülebilen ışığa çevrilir. Örnek, fluoresan lambalar, kompact fluoresan lambalar.
4. Elektrik enerjisini doğrudan ışığa çeviren bir yöntem olarak katı bir yapı içersinde elekronların uyarımı ile görülebilen ışık elde edilebilinir (electroluminescense). Örnek, LED lambalar.

Işık yayan diyotlar

LED , İngilizcede L ight E mitting D iodes kelimelerinin kısaltılarak, bu ürünün jenerik adı haline gelmiş söylenişidir . Bir LED yongası yapı itibarı ile N ve P tipi yarıiletken katmanlar arasına sandviç edilmiş aktif katman tabakasından ve bunların elektriksel bağlantılarından oluşan opto elektronik bir elemandır . LED’ten doğru yönde bir akım geçirildiğinde elektronlar aktif katmanı uyarır ve aktif katmanda ışık üretilir. Üretilen ışık doğrudan veya reflektörden yansıma ile pencere katmanından yayılır.

LED’ler aktif katmanın metaryel yapısına bağlı olarak görülebilir ışık tayfının belirli bir bölümünde ışık yayarlar. Başka bir deyişle tek renk ışık üretilir ve aktif katmanda kullanılan materyel LED ışığının rengini belirler.Yüksek seviyede ışık veren renkli LED’lerde aktif katman olarak farklı materyeller kullanılır (GaAs, Gap, GaN, AlInGaP ve InGaN). LED’lerle beyaz ışık üretmek iki yöntemle mümkündür. Bunlardan birincisi; kırmızı, yeşil ve mavi üç adet LED yongasını bir kılıf içersinde kullanarak beyaz ışığı elde etmektir. İkinci yöntem ise mavi LED yongasında üretilen ışığın bir fosfor tabakasını uyararak beyaz ışık üretilmesidir.

Şekil olarak çeşitli ebatlarda, radyal biçim başta olmak üzere çok çeşitli yapılarda kılıflandırılırlar. Normal baskı devreler için pin ayaklı üretidikleri gibi, SMT (yüzey montaj teknolojisi) ve doğrudan baskı devre üzerine montajlı (on board) biçimlerde üretimleri ticari olarak piyasaya sürülmektedir.

 

LED’lerin özellikleri ve sağladığı faydalar

• Tek renk ışık kaynağı (dar bantlı): Işık istenilen dalga boyunda olduğu için renk filtresi, prizma gibi renk ayrıştırıcılara ihtiyaç yoktur. Örneğin kırmızı trafik lambasında 617 nm dalga boyunda kırmızı LED lerde üretilen ışığın tamamı kullanılır. Oysa akkor lambalarda üretilen ışığın mavi ve yeşil bileşenleri bastırılarak sadece kırmızı bileşeni kullanılır. 75 W akkor lamba yerine 8-10W LED dizini kulanılarak %80 enerji tasarrufu sağlanır.
• Çok küçük ışık kaynağı (birkaç mm 2 ): Küçük ebatlı armatürler geliştirilir, ışık kolayca yönlendirilebilir.
• Tasarımcılara geniş ve kolay kullanım imkanları.
• Hızlıdır, 200 ns içinde ışık vermeye başlar.
• Uzun Ömür : Kullanım kondisyonuna bağlı olarak 100.000 saate kadar.
• Yüksek ışık verimliliği (verimlilik giderek artıyor, örneğin laboratuvar ortamında kırmızı renkte 108 lümen/Watt’a ulaşılmış durumda).
• Düşük ısı üretimi: Akkor lambalarda flaman ısısı 2700 o C, halojen lambalarda 3100 o C, deşarjlı lambalarda tüp ısısı 800-1100 o C ye ulaşırken LED’lerde yonga ısısı 110 o C’yi geçmez.
• Tanımlanmış ışık açıları.
• Görülebilir renk tayfındaki hemen hemen bütün renkler elde edilebilir.
• Dimerlenebilir (0 – 100 %).
• Şok ve titreşimlere dayanıklı: Cam, flaman gibi kırılgan elemanlar ihtiva etmez.
• Beyaz LED için farklı renk sıcaklıkları: 3200, 4700, 5400,6500 Kelvin.
• Çevrecidir; yapısında civa gibi ağır metallar ve halojen gazları yoktur.

LED’lerin ömürleri

Teorik olarak yapılan hesaplamalar ve deneyler LED’lerden 100.000 saat üzerinde bir süre istifade edebiliceğimizi ortaya çıkarmaktadır. Elektriksel, ısıl kondisyon (soğutma), çevresel etkiler, kullanılan çevre elemanları, kılıfın materyel yapısı vb. etkenler göz önüne alındığında 50.000 saat ve üzeri hizmet ömrü olduğu kabul edilebilir.

LED’lerin ışık verimliliği

Lambaların verdiği ışığın, harcadığı elektrik enerjisine oranı ışık etkinliği h ‘ dır, birimi ise lumen/Watt’dır.

Biraz rakamlarla konuşmak istersek;

Akkor lambalarda ışıksal verim 12 – 15 lm/W

Halojen lambalarda 18 – 22 lm/W

Kompakt fluoresan lambalarda 60 lm/W

Fluoresan lambalarda 55 – 104 lm/W

LED’lerde durum biraz farklıdır, LED rengine göre ışık etkinliği farklılık gösterir. Örnek; kırmızı en yüksek verimliliğe sahiptir 45 lm/W, sarı 35 lm/W, yeşil 18 lm/W, mavi 8 lm/W civarındadır. Aydınlatmada beyaz ışık önemli olduğuna göre beyaz LED için verimlilik, üretici firmalara göre değişmekle birlikte 18 – 25 lm/W arasında değişmektedir.

Bu verilerle şunu söyleyebiliriz ki bugün (mayıs 2005) LED’ler akkor ve halojen lambalara alternatif olabilmekte ancak fluoresan ve kompakt fluoresan lambalarla verimlilik açısından rekabet edebilecek seviyede değildir. Diğer taraftan ışık verimliliğinde çok hızlı gelişmeler olmaktadır. 2008 – 2010 yıllarında beyaz LED’te verimliliğin 50 – 70 lm/W değerlerine ulaşması beklenmektedir. LED üretici bir firmanın deklare ettiğine göre, laboratuvar ortamında kırmızı ışıkta 108 lm/W değeri yakalanmıştır.

LED ışık değerleri konusunda dikkat edilmesi gereken bir konuda ışık açılarıdır. LED’ler yönlendirilmiş ışık oldukları için ışık değerleri, cd (candela) veya mcd cinsinden verilmektedir. Işık açıları düşük tutularak yüksek candela değerleri telaffuz edilmektedir. LED seçiminde değerlendirme yapılırken bu konu dikkate alınmalıdır.

Optik önemlidir

Önemli noktalardan biri de ışığın açısının değiştirilmesi, yönlendirilmesi, bir ışık kılavuzu ile dağıtılması, kısaca LED ile ürettiğimiz ışığın kullanılmasıdır. Bu konuda en çok ihtiyacımız olacak mercek sistemleridir. Efektif ve faydalı ürünler tasarlamayı düşünüyorsanız, fizik kitaplarınızı, notlarınızı çıkarıp optik kunularını tekrar incelemelisiniz.

•  Dekoratif aydınlatmalarda ışık kaynağı olarak.

•  Reklam panolarında neon lambalara altenatif olarak.

Yarın Aydınlatma dahil o kadar çok geniş alanda kullanlacak ki, bunları sayarak kullanım alanlarını sınırlamayalım. Sonuç olarak LED ışık tasarımcısının vazgeçemeyeceği bir konudur. Büyüleyen ışığı, verimliliği, faydaları ile ışıkla uğraşan herkesin ilgi odağıdır. Işığın geleceği LED ile kesişmiştir. Bize düşen konuya uzak kalmayıp gelişmeleri takip etmektir.