Mor çipler LED teknolojisiyle güneş ışığını iç mekânlara getiriyor

Metin: Jeanine Chrobak-Kando

Cisimlere baktığımızda, üzerlerine düşen ışık spektrumu onların renklerini nasıl algıladığımızı belirler. Cisimleri güneş ışığı ve çeşitli yapay ışık çeşitlerinin altında görmeye alışkınız, ancak aydınlatma endüstrisi güneş ışığının ‘mükemmel’ ışık kaynağını temsil ettiğini varsayar. Güneş, mordan yeşile ve sarıdan kırmızıya giden geniş bir spektrum üzerinden ışık yayar, bu da bize ‘beyaz’ ışık izlenimini verir. Güneşin gün esnasında gökyüzündeki konumuna göre renk değiştirdiği doğru olsa da, bunun sebebi yaydığı ışığın spektrumundaki değişimler değil, ışığın atmosferden geçtiği esnada dağılmasıdır.

Renklerin nasıl algılandığı konusunda, yaklaşık 40 yıl önce lamba gibi bir ışık kaynağından yayılan ışığın kalitesini değerlendirmek için ‘Renksel Geriverim İndisi’ (CRI) adlı bir ölçüm geliştirildi. CRI değerinin 100 olmasının anlamı, ışık kaynağının renkleri son derece hassas şekilde yansıtması ve bunun aynı cisimleri güneş ışığının altında izlemeyle kıyaslanabilmesidir. Örneğin, tungsten halojen lambaların CRI değeri 100’dür, ancak buna karşın verimlilikleri çok düşüktür çünkü aldıkları enerjinin çoğu ışıktan çok ısı üretmek için kullanılır.

Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST), ışık kalitesi ölçeği olarak CRI’ya göre daha hassas bir alternatif olarak sunulan, nispeten yeni bir ‘Renk Kalitesi Ölçeği’ (CQS) geliştirdi. CQS, beyaz ışığın CRI’yı tanımlayan 8 renk yerine 15 standart pastel rengi nasıl aydınlattığını değerlendiriyor. CQS ölçeğinin kullanımının, CRI sistemine ait hataların üstesinden geldiği söyleniyor. CRI sistemi özellikle doymuş renklerin nasıl görüleceğinin tahmini konusunda zayıftır ve insan gözünün en duyarlı olduğu renkler bu renklerdir. Ancak CRI, ışık kalitesini ifade etmek için halen açık arayla en sık kullanılan referans konumunda.

İyi ışık verimli ışık olabilir mi?

Dünya enerji tüketimi ve CO2 emisyonlarını düşürmek için çaba gösterirken, düşük enerjili ışık kaynağı talebi büyümekte. Yönetmelikler, enerji verimli aydınlatma sistemlerinin yeni binalara takılmasını gittikçe artan şekilde talep ediyor. Yükselen enerji faturalarıyla yüzleşen teşkilatlar ve tüketiciler de ticari aydınlatma ve konut aydınlatması için daha yüksek bir verimlilik peşindeler.

Kompakt flüoresan lambalar (CFL’ler) son yıllarda uyarlanmış ve bazıları oldukça yüksek CRI seviyelerine ulaşmış durumda. Ancak bir dizi dezavantaja sahipler. Bunlar özellikle uzun ısınma süreleri (lambalar eskidikçe daha da uzama eğilimlidir) ve yapılarında cıvanın kullanılması. Cıva, kullanıldığı lambalar ömürlerinin sonuna ulaştığında güvenli tasfiye sorunları oluşturan zehirli bir ağır metaldir.

Bu konular, LED lambalar da dahil olmak üzere katı halli aydınlatma sistemlerinin hızla geliştirilmesi ve konuşlandırılmasına yol açtı. Hızlı açılıp kapanır, geleneksel akkor flamanlı lambalardan 5 kata kadar daha verimli olan LEDler; aynı zamanda oldukça uzun bir çalışma ömrü (normal çalıştırma koşulları altında 50.000 saate kadar) sunarlar. Bu avantajlar, nispeten yüksek olan ilk fiyatlarını fazlasıyla telafi eder.

LED’ler veya ışık yayan diyotlar, üzerlerinden elektrik geçirildiği zaman bazen çok verimli şekilde ışık üreten yarı iletken çiplerdir. İlk yaygın LED’ler kırmızı olanlardı, tipik olarak elektronik ürünler üzerinde durum gösterge ışığı olarak kullanılıyorlardı. Günümüzün genel amaçlı aydınlatmaya yönelik LED lambaları beyaz ışığı simüle ederler. Beyaz ışık, insan gözünün görebildiği renk spektrumunun tamamını içerir.

LED lambalar iki yöntemden birini kullanarak beyaz ışığa yakın bir ışık oluşturur. İlk yöntem kırmızı, yeşil ve mavi LED çiplerin verdiği ışığı bir tertibatta birleştirerek beyaz ışık oluşturmak. Ancak üretim süreci karmaşık ve nispeten pahalı. İkinci ve en yaygın yöntem, mavi ışık üreten bir LED çipi oluşturmak ve sonra fosfor olarak bilinen sarı bir kimyasalla üzerini kaplamak (Şekil 1). Bu şekilde yayılan ışığın spektrumu kaydırılarak nominal beyaz ışık üretilir. (Teknik bilgiye sahip kişiler için, mavi ışığın dalga boyu 450 ile 500nm arasındadır.)

Bu şekilde üretilen LED lambalar yaklaşık 80 CRI değerine ulaşır, birçok uygulamada kabul edilebilir performans verir, ancak verdiği ışık spektrumun yeşil ve kırmızı kısımlarını içermez (Şekil 2). Bu durum, bu ışıkla aydınlatılan kırmızı bir elmanın donuk, neredeyse kahverengi görülmesine yol açabilir. Deri tonları da benzer şekilde etkilenir ve sonuç yeteri derecede memnuniyet verici olmayabilir.

Dalga boyunda küçük bir adım, CRI’da dev bir adım 98’e kadar CRI değeri olan LED lambalar artık piyasaya sürülmek üzere. Bunlar, mavi çiplerden yaklaşık %10 daha kısa dalga boyuna sahip ışık üreten mor çip tabanlı ürünler (Mor ışık 400 – 450nm aralığındadır). Mitsubishi Chemical Corporation (MCC), galyum nitrür substratından elde ettiği çipleri kırmızı, yeşil ve mavi fosforlarla (Şekil 3) kaplama yoluyla, güneş ışığının renkleri geri yansıtmasına çok benzer şekilde ışık üretmek için yöntem buldu. Bu teknolojiye VxRGB deniyor.

Gerçekte insan gözüyle bakıldığında güneş ışığından neredeyse ayırt edilemez. Bunun sebebi de, teknik aracılığıyla üretilen ışığın spektrumunun çok geniş (Şekil 4) ve bu spektrum boyunca seviye açısından oldukça tutarlı olması.

Beyaz ışığı ayarlanabilir hale getirme Beyaz ışığın bir başka özelliği de derece Kelvin veya ‘K’ olarak tanımlanan renk sıcaklığı. Bu, kaynağın renkleri hassas şekilde yansıtma kabiliyetinden çok ışık kaynağının görülen kendi rengiyle ilgili. LED lambalar ve diğer düşük enerjili lambalar genellikle‚ yumuşak beyaz‘ veya‚ serin beyaz‘ olarak tanımlanır. Yumuşak beyaz, renk sıcaklığı 2.700 K ile 3.000 K arasında olan, sarımsı kırmızı bir ışıktır. 5.000 K’yi aşan serin beyaz ise mavimsi bir tonda görülür. Bu durum kırmızının ‘sıcak’ ve mavinin ‘soğuk’ olduğu, renklere atanan kültürel ilişkilendirmelerin tersidir.

Bazı durumlarda, beyaz ışığın sıcaklığını ‘ayarlayabilmek’ ve ışık kaynağı tarafından aydınlatılan cisimlerin renk görünümünü ve doygunluk seviyesini değiştirme kabiliyeti arzu edilebilir. Bu bağlamda, perakende mağazaları, müzeler, ofisler, ağırlama mekânları ve ameliyathaneler dahil sağlık tesislerinin tümü ayarlanabilir aydınlatmanın sunduğu esneklikten faydalanabilir. Evlerde bile, bir çalışma istasyonunu aydınlatmak için gündüz vakti beyaz ışığı soğutmak isteyebilir, akşam vakti daha rahatlatıcı bir ortam yaratmak için daha sıcak bir ışığı tercih edebilirsiniz. Yakın gelecekte VxRGB teknolojisine dayalı aydınlatma sistemleri ve tamamlayıcı elektronik kumanda devreleri kullanılarak bu esneklik sunulacağa benziyor. En önemli konu da, tüm renk sıcaklığı aralığı boyunca yüksek CRI değeri ve verilen ışık seviyesi (lümen cinsinden ölçülür) korunacak olması. Buna ek olarak, lambalar CRI kaybı olmadan kısılabilecek. Profesyonel uygulamalarda, bu lambalar aydınlatma tasarımcılarına yeni bir esneklik seviyesi kazandıracak, ‘iç mekânda güneş ışığı’ oluşturabilmelerini sağlayacak ve hatta gün içinde güneşin gökyüzünde izlediği yolu taklit eden sistemler geliştirebilecekler.

Dergide s. 20.