LED İLE “KATI HAL” AYDINLATMA

Işık ve insan

Çok uzun zaman önce insanlar, yalnız gün ışığından (gündüz ışığından) istifade edebilmişler. Ateşin keşfi ile birlikte gündüzlerin dışında yapay ışıkla aydınlatmayı da öğrendiler. Daha sonra yapay ışık olarak meşaleler ve yağ lambaları ile aydınlandılar.Yağ lambası, meşale ve mum 19. yy ortalarına kadar gözde ışık kaynakları oldu.

1870'lerde Edison'un flamanlı lambayı geliştirmesiyle aydınlatmada yeni bir çığır açılmış oldu. 20. yüzyıda fluoresan lambalar, deşarj esaslı lambalar hayatımıza girdi. Geçtiğimiz asrın sonunda katı halde ve yarı iletken yapıda LED lambalar aydınlatmada yapay ışık kaynağı olarak yerini almaya başlıyacağının sinyalini verdi.

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.

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.
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.
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.
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.