Light Emitting Diodeyani bilinen adı ile LED, yarı iletken teknolojisi ile ortaya çıkmış, adından da anlaşılacağı gibi ışık saçan bir çeşit diyot olarak tanımlanabilir. Esasında elektronik bir devre elemanıdır. 1920‘lerde Rusya‘da icat edilen ve 1962 yılında Amerika‘da uygulanabilir hale getirilen bu bileşen Oleg Vladimirovich Losev adlı bir radyo teknisyeninin radyo alıcılarında kullanılan diyotların ışık yaydığını fark etmesi ve 1927 yılında bir Rus gazetesinde LED hakkındaki buluşlarını yayınlamasıyla ortaya çıktı. İlk zamanlar yalnızca zayıf bir kırmızı ışık yayabilen LED’ler, günümüzde görünür ışığın yanı sıra gözle görülemeyen frekansta ışık yayan kızılötesi (infrared, IR) veya morötesi (ultraviole, UV) olarak da ortaya çıkmıştır. LED’in ışık yayma mekanizmasının iyi anlaşılması için kuantum fiziği, kimya, elektronik ve optik alanlarında bilgi sahibi olunması gereklidir.
.
LED’in en önemli bileşen kısmı, yarı iletken malzemeden oluşan ve ışık yayan LED çipidir. LED çipi, esasında noktasal bir ışık kaynağıdır ve kılıf içine yerleştirilmiş yansıtıcı eleman sayesinde ışığın belirli bir yöne yayılması sağlanır. Bu yönlendirme ayrıca armatürlerde kullanılan lensler veya yansıtıcılar yardımıyla da gerçekleştirilebilir.
LED’lerin yaydığı ışık, LED çiplerinin içerisinde bulunan yarı iletken katkı maddelerinin yapıları ile ilgilidir. Bir LED’in yayacağı ışık rengi, galyum, arsenit, alüminyum, fosfat, indiyum, nitrit gibi kimyasal malzemelerden uygun oranda yarı iletken malzemeye katkı yapılmasıyla belirlenir. Böylece LED çipinin istenen dalga boyunda ışıma yapması sağlanır.
LED’ler, kullanılan kılıf özelliklerine göre çeşitlilik gösterebilmektedir. Bunlardan bazıları; yukarıda görseli görülen mantar LED’ler, sıklıkla şerit LED’lerde, dizgi LED’lerde, uzak doğu menşeli ucuz ve düşük ışık şiddetine sahip armatürlerde kullanılan SMD tabanlı LED’ler, yüksek ışık seviyelerine ulaşan Power LED’ler ve COB (Chip on Board) LED’ler olarak sıralanabilir..
Günümüz LED teknolojisinde; düşük enerji tüketimi, uzun ömrü, sağlamlığı, küçük boyutu ve hızlı açılıp kapanabilmesi gibi geleneksel ışık kaynaklarına kıyasla birçok önemli avantajları mevcuttur.
a. SMD LED: SMD (Surface Mount Device) olarak adlandırılan baskı devrenin yüzeyine doğrudan monte edilen ürünlerdir. Yani komponentin kendisi ve lehim bağlantıları devre kartının aynı tarafında yer alır. Bu sayede kart üzerinde komponent bacaklarının geçeceği ve diğer taraftan lehimleneceği deliklere gerek yoktur. Bu montaj teknolojisi SMT (Surface Mount Technology) olarak adlandırılır. SMD LED’ler basitçe bu teknolojiye uygun olarak üretilmiş LED’lerdir. Modern LED’lerin çok büyük bir çoğunluğu SMD devre elemanlarıdır. LED ampullerde en çok SMD LED çipleri kullanılmaktadır. SMD baskılı elektronik devrelere monte edilebilen LED çipi manasındadır.
SMD LED çipleri boyutları ile isimlendirilmektedir. Farklı üreticilere göre teknik özelliklerde farklılaşma olabilmektedir. Mevcut LED çiplerinin aydınlatma güçleri ile enerji tüketimleri arasında doğru orantı mevcuttur. Yani SMD 5730’lar en parlak LED ışığını üretebilmektedir. Ancak LED ömrü bakımından söz konusu teorik kapasiteler, pratikte ürünlerde 3’te 1’e yakın düzeylerde yansımaktadır. Yani 60 LED’lik SMD 5050’lik bir LED lamba, 15 Watt yerine 5 Watt enerji sarfiyatına ve buna uygun lümen aydınlatma gücüne sahiptir.
Günümüzde LED Çeşitlerinin %80 inde SMD LED çipi kullanılmaktadır. SMD teknolojik gelişim evresinin en hızlı olduğu dönemde piyasada olması nedeniyle üzerinde en çok çalışılan ve en çok geliştirilen LED çipi modelidir. Bu nedenle 2835, 3014, 3030, 3528, 4014, 5014, 5050, 5060, 5730 gibi birçok modeli vardır, model numaraları çip boyutlarından gelmektedir. Örneğin 2835 modeli, 28 mmx35 mm boyutlarındadır.
SMD LED ler; LED Şerit, LED Ampül, LED Bar, LED Modül, LED Flüoresan, LED Panel, LED Ekran gibi ürünlerde sıklıkla kullanılırlar.
.
b. COB LED: İngilizce ‘Chip On Board’ kelimelerinin baş harflerinden oluşan paketlenmiş LED dizininin jenerik adıdır. Esas itibarı ile bir bord üzerine dizilmiş birden fazla LED yongasının paketlemiş adıdır. LED yongalar iyi ısıl iletkenlik için genellikle alüminyum veya seramik bir taban üzerine dizilirler. Elektriksel olarak seri, paralel veya seri dizinler kendi aralarında paralel olarak tasarlanabilir. Beyaz led için mavi LED yongalarının üzeri fosfor ihtiva eden silika jel veya epoksi reçine ile ışık çıkışı için pencere katmanı oluşturulur, aynı zamanda varsa optik sistemler bu katmanda bulunur.
.
.
c. Power LED: Aydınlatma araçlarında işe tüketilen güç ihtiyacının çok fazla olduğunu biliyoruz, bu da düşük güçlü LED’lerden çok fazla adette kullanmamız anlamına geliyor. Daha fazla LED kullanmak hem işçiliği hem de toplam maliyeti arttırmaktadır. Bunun yerine daha yüksek lümen paketleri için ticari aydınlatma sistemlerinde güç LED’lerinin kullanılması kaçınılmaz olmuştur. Pazarın seyrini gözleyen üreticiler müşteri ihtiyaçlarına göre farklı yapılarda güç LED’lerini pazara sunmaktadırlar.
.
Daha iyi tasarlanmış termal yapıları ile ısıyı kolayca dışarıya atabilme, uzun ömür, aynı pakette daha fazla lümen ve verimlilik, tek noktadan çıkan ışığın optik sistemlerle daha iyi yönlendirilmesi, ayrıca sağlamlık, küçük ebat, yüksek dayanıklılık ve güvenilirlik Power LED’lerin avantajlarındandır.
LED ışık kaynakları, geleneksel aydınlatmada kullanılan kaynaklara kıyasla uzun ömürlü, yüksek dayanıma sahip ve düşük enerji tüketimi gibi avantajlara sahiptir. Bunun yanında renk üretme yeteneğine sahiptirler. Bu oluşum LED çipi içerisindeki yarı iletkene ilaveten eklenen (galyum, arsenit, alüminyum, fosfat, indiyum, nitrit vs.) kimyasallarla ilgilidir. LED’lerde kullanılan kimyasal maddelere göre yani renklerin farklılığına göre LED’in çalıştığı gerilim ve çektiği akımda farklılıklar oluşur. LED’ler, milyonlarca renk üretmelerinin yanında çeşitli renk sıcaklıklarında beyaz ışık oluşturabilirler.
.
LED’ler ışığın kısılıp açılabilmesi (dim) olanağını sağladıkları ve elektronik kontrol sistemleriyle kullanılmaları sayesinde çeşitli uygulamalarda tercih edilirler ve bu durum kullanıcılara pek çok avantaj sağlar. Geleneksel aydınlatmada kullanılan lamba teknolojileri, LED’lerin sağladığı geniş tasarım ve görüntü olanaklarıyla rekabet edemezler. LED’ler; renk zenginliği, yapılarının küçük boyutlarda olması ve form esnekliği ile sağlam yapıda oluşları sayesinde tasarım, boyut ve şekil konularında lamba teknolojilerine kıyasla kullanıcılara çok fazla alternatif sunarlar. Bunların dışında;
.
* LED'ler, doğal ışık oluşturur.
* LED’ler, mevcut ışık kaynaklarından daha dayanıklı, uzun süreli ve enerji verimine sahiptir.
* LED’ler, düşük elektrik tüketimi ve düşük ısı dağıtma özelliğine sahiptir.
* LED aydınlatma kaynaklarında bakıma ve lamba değişimine ihtiyaç duyulmaz.
* LED’lerin renksel geri verimi çok yüksektir, %95’e kadar ulaşabilir.
* LED’ler, 50.000-100.000 saat ömür değerleri ile oldukça uzun ömürlüdürler.
* LED’ler, şoka ve titreşime dirençlidirler.
* LED'ler, ışığında ısı taşımaması ve UV ışını yaymadıklarından dolayı sağlığa herhangi bir zararı bulunmaması gibi özellikleriyle çeşitli üstünlüklere sahiptirler.
.
Bir aydınlatma armatür sisteminin verimli olabilmesi için; aygıtın optik verimi, ışık kaynağı verimi, gövde ve soğutucu verimi ile sürücü veriminin yüksek olması ve bütün bileşenlerin kusursuz olarak bir arada olması gerekir. Bir aydınlatma aygıtının verimi, aygıtın toplamda harcadığı elektrik gücü karşılığında yaydığı ışık miktarı anlamına gelen lm/W birimi olan ‘etkinlik faktörü’ dediğimiz kavram ile ölçülür. Işık kaynağının tükettiği enerji miktarına (watt) oranla verdiği ışık şiddeti (lümen) dir. Aşağıdaki şekilde, örnek aydınlatma sistem elemanları gösterilmiştir.
.
a. Optik Verim: Işığın kaynağından çıktıktan sonra bir kaynağa yönlenmesi için reflektör ya da lenslere ihtiyaç duyulur. Geleneksel ışık kaynağı ve reflektör ile yapılan aydınlatmalarda kaynaktan çıkan toplam ışık akısının en fazla %80’i aydınlatılmak istenilen noktaya yönlendirilebilir. LED’ler geniş bir açıyla tek bir yöne ışık verir. Sistem doğru şekilde kurgulandığında LED’in yaydığı ışığın %90 oranında kullanımı sağlamak mümkün olabilir.
.
b. Işık Kaynağı Verimi: Geleneksel aydınlatma kaynaklarında enerjinin belli bir kısmı ısıya dönüşürken LED’lerde bu oran çok daha düşüktür. LED’li aydınlatma kaynakları, düşük enerji tüketmelerine rağmen geleneksel lamba teknolojilerine göre daha fazla ışık yayarlar.
.
c. Termal Verim: İdeal çalışma sıcaklığından daha sıcak bir ortamda çalışan LED’lerde, yayılan ışık miktarı ve LED ömrü azalır. Bu sebeple LED’li aydınlatma aygıtlarında sistem verimliliği için soğutucu tasarımı çok önemlidir. Sistem tasarımına başlarken ihtiyaca uygun şekilde soğutucu tasarımı yapılmalıdır. LED’li ışık kaynaklarında oluşan ısının mutlaka uzaklaştırılması gerekir. LED yapısı, PCB yapısı, termal macun ve soğutucu termal verimi etkileyen dört önemli faktördür ve tasarım yapılırken bu parametrelere dikkat edilmelidir.
.
d. Sürücü Verimi: LED’lerin çiplerinde çalışması esnasında oluşan ısı ile LED iç direnci değişiklik gösterir. Bu sebeple daha fazla akım çeker ve LED ısınmaya başlar. Bunun tekrar etmesi ile LED’ler için tavsiye edilen maksimum çalışma sıcaklığı ve güç tüketimine ulaşır ve bu nedenle LED’ler bozulmaya başlar. Bunun önüne geçmek için özel sürücülere ihtiyaç duyulmaktadır. Bu LED sürücüleri sabit akımlı çıkış verir. LED’li aydınlatma kaynaklarının kaliteli sürücüler ile birlikte kullanılması sistem güvenilirliğini artıracaktır.
.
LED Ömrü: LED lambaların kullanım ömrü 15 yılın üzerine çıkabilir. Günde ortalama 3 saat kullanılan bir LED lamba, genel olarak aralıksız yaklaşık 15 yıl boyunca bozulmadan ışık vermeye devam eder. Bu sayede sürekli ampul değiştirme gereksinimi ortadan kalkar. Günde 3 saat ortalama kullanım ömrü olduğu varsayıldığında, 1 adet LED lamba, 2 adet tasarruflu, 4 adet halojen ve 10 adet şeffaf enkandesan lambaya eşit kullanım ömrüne sahiptir. Aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
.
Işık kaynaklarının renkleri, Kelvin (K) cinsinden tanımlanmıştır. Işık kaynakları genel olarak; Day Light (Gün ışığı) 2.700-3.300K, Warm White/Natural White (Ilık Beyaz/Doğal Beyaz) 3.700-4.200K ve Cool White (Soğuk Beyaz) 5.500-6.500K olarak üç ana grupta tanımlanmaktadır.
a. Sıcak Işık (2.700 - 3.200 Kelvin): 2.700 – 3.200 Kelvin renk sıcaklıkları, "Sıcak Işık” olarak kabul edilir. Sıcak ışık, genellikle parlak soğuk ışığa göre daha yumuşak, iyi bir görüş ve rahat bir atmosfer sağlar. Bunun için yatak odaları, oturma odaları, yemek odaları ve lokantalarda tercih edilir. Ev yaşamında konfor sağlamak için bu renk sıcaklığı tercih edilmelidir. İthal ampullerin kutularında bu renk «Day Light» yani «Gün ışığı» ışık olarak yazılır.
.
b. Doğal Işık (3.700 - 4.200 Kelvin): Sıcak ışık evlerde genel bir kabul görmesine rağmen, bazı kişiler doğal beyaz ışığı tercih edebiliyor. Doğal beyaz ışık, 4.000-5000 Kelvin renk sıcaklığındadır. Kişilerde ve çalışanlarda enerjik ve ferahlatıcı bir ruh hali yarattığı için ofis, girişler ve diğer çalışma ortamlarında tercih edilir. İthal ampullerin kutularında bu renk «Warm White» veya «Natural White» yani «Ilık Beyaz» ya da «Doğal Beyaz» olarak yazılır.
.
c. Soğuk Işık (5.550 - 10.000 Kelvin): Çalışma ortamlarında soğuk beyaz ışık iş verimliliğini artırabilir, detayları görmemiz gereken işlerde bu renk tercih edilmelidir. Görsel alanlar, güvenlik aydınlatmaları ve garajlar için tavsiye edilir. İthal ampullerin kutularında bu renk «Cool White» yani «Soğuk Beyaz» olarak yazılır.
Watt, bir ışık kaynağının aydınlatmak için elektrik şebekesinden çektiği elektrik gücü miktarını gösterir. Birçok kişi bir ampulün gücü (W) ne kadar yüksek ise, ampulün o kadar parlak olacağını düşünür. Bu tam olarak doğru değildir. Farklı tiplerdeki ampuller şebekeden daha az güç çekerken en az diğer ampuller kadar yüksek ışık verebilirler. İki farklı lambanın hangisinin daha yüksek ışık şiddetine sahip olduğunu anlamak için Watt değerlerine değil lümen değerlerine bakılmalıdır. Lümen değeri daha yüksek olan ışık kaynağı, her zaman daha parlak yanacaktır. Nasıl ki; uzunluk metre, ağırlık kg ile ölçülüyorsa ampullerin ışık şiddetleri de Elektriksel Güç (Watt) değeri ile değil Işık Akısı (Lümen) değeri ile ölçülür.
Işık akısı basitçe, bir aydınlatma kaynağının ışık gücünü ifade eder. Kaynaktan, uzay alanda her yöne yayılan ışık miktarı olarak, diğer bir tabirle, Işık kaynağından çıkan toplam görünür ışık miktarı olarak tanımlanabilir ve birimi, Lümen (lm)’dir. Lümen, parlaklık anlamına gelmektedir. Bir ışık kaynağının, lümen değeri ne kadar yüksek ise verdiği ışık miktarı da o derece yüksektir. Yani, ışık kaynaklarının ışık şiddetleri Watt değerlerine göre değil, lümen değerlerine göre ölçülür.
1 mum (Lümen) şiddetindeki ışık kaynağının, 1 metre uzaklıktaki 1 m2 yüzeyde meydana getireceği aydınlanma 1 Lux’e eşittir. Lux, birim yüzeye düşen ışık akısı (Lümen) miktarı olarak da tarif edilir. Lux=Lm/m2 formülü ile hesaplanır. Bir alandaki ışığın miktarını ölçmek için Lux ölçü birimi kullanılır.
.
Lümen, ışık kaynağının yani lambanın verdiği toplam görünür ışık miktarı iken Lux ise aydınlatılmak istenen alandaki ışığın şiddetidir. Işık kaynağının verdiği ışık, lümen iken aydınlatmak istediğimiz yüzeye ulaşan ışık seviyesine Lux denir. Işık kaynağının lümen değeri sabit iken Lux değeri ortamın farklı noktalarında farklı sonuçlar verir.
Yukarıdaki grafikte, ışık kaynağının lümen değeri, 700 Lm olarak sabit iken; ışık kaynağından uzaklaştıkça aydınlanma değerinin 10.000 Lux’den 2.000 Lux değerine kadar azaldığı gösterilmiştir.
Bulunduğunuz ortamdaki aydınlanma düzeyini bir luxmetre ile ölçebilirsiniz. Luxmetreniz yoksa, yeni nesil tüm cep telefonlarının lux değerini (yaklaşık olarak) ölçebildiğini unutmayın. Bunun için bir luxmetre uygulamasını cep telefonunuza indirip ışık seviyesini ölçebilirsiniz.
Aydınlatma projelerinde ışık seviyeleri tanımlanırken Lux değerleri verilir. Ortamın, bu Lux değerlerine uygun bir biçimde aydınlatılması talep edilir. Örnek olarak uluslararası bir otel zincirinin otel proje dosyasında koridor aydınlatması şu şekilde tarif edilmiştir: Koridorda, yerden 100 cm yükseklikte 150 Lux aydınlanma düzeyi talep edilmektedir.
.
Aydınlatma verimi, bir ışık kaynağının elektrik şebekesinden çektiği Watt başına verdiği ışık değeri olarak tanımlanabilir. Işık verimi = Lümen (lm) / Watt (W) formülü ile hesaplanır.
Aydınlatma ve ışığın insan psikolojisi üzerindeki etkilerinin bilimsel olarak ispatıyla beraber mağaza ve restoranlar için aydınlatma daha da önem kazanmıştır. İşletmelerin, müşteri profilleri ve satış stratejileri doğrultusunda doğru aydınlatmayı seçebilmek için profesyoneller ile çalışmalarına paralel olarak aydınlatma tasarım sektörü hızla ilerleme kaydetmiştir.
.
Tasarlanan doğru aydınlatma ambiyansları sayesinde; müşterileri yönlendirmek, daha uzun süre mağazalarda vakit geçirmelerini sağlamak, daha yavaş veya daha hızlı hareket etmelerinde dahi etkili sonuçlar ortaya çıkabilmektedir. Bunun en açık örneği fast-food yemek zincirlerinde görülmektedir. Bu işletmeler; beyaz ışık kullanarak, insanları daha hareketli bir havaya sokmakta ve "hızlıca ye-kalk” mesajını bilinç altlarına yerleştirmeyi amaçlamaktadır. Cafe, mağaza işletmeleri ise gün ışığı (2.700-3.200K) ışık rengini tercih ederek müşterilerin işletmelerinde daha uzun vakit geçirmelerinde etkili olmayı amaçlamaktadırlar.
.
Philips’in, LED aydınlatma armatürleri ve mağaza aydınlatması üzerine yaptığı araştırmalardan elde edilen sonuçlar oldukça dikkat çekicidir. Philips’in araştırmalarına göre, LED teknolojisi kullanılarak gerçekleştirilen ve doğru bir şekilde tasarlanan mağaza aydınlatmaları satış hacimlerinde %4,71′lik bir artış sağlamaktadır. Buna, LED aydınlatmaların tasarruf ve verimlilik özellikleri de eklendiğinde giderek zorlaşan rekabet şartlarında işletmelerin aydınlatma yardımıyla önemli bir avantaj elde edebilecekleri görülmektedir.
.
