Yarı iletken aydınlatmalarda en önemli zorluklardan biri: Beyaz Verimliliği

BeyazIsikHepimiz, er ya da geç, lümenlerin bir metrik olarak kullanılması hakkında şikayetçi olduk. Öncelikle lümenler algılanan parlaklığı ölçmek konusunda o kadar da doğru bir veri değildir.

İkincisi ise “yanıltma” ile -örneğin lambanın renk kalitesi ki bu parlaklıktan bağımsızdır- lümenleri yükseltmeye karşı koyulamaz bir eğilim vardır. Üçüncüsü lümen yarışı özellikle renk görselleştirmesi gibi görünümle ilgili konularda endüstrinin ödün vermesine neden olur. Eğer iki LED aynı sayısal değerde optik watt yayıyorsa, ancak bir tanesi derin kırmızı tonlarını düzgün olarak görselleştirmek için daha uzun yüksek dalga boyu ortaya çıkarıyorsa; lümenlerin dünyasında bunu “cezalandırılmış” olarak niteleyebiliriz.

Bir LED kaynağının verimliliğini daha bilgilendirici bir şekilde ölçmenin bir yolu da beyaz verimliliği diye de adlandırılan her elektriksel watt’taki optik watt’lardır. Bu fiziksel nicelik, hangi elektriksel girişin beyaz optik güce ya da beyaz ışığa dönüştürüldüğü ile ilgili olarak verimliliği yakalar. Daha da önemlisi, beyaz verimliliği bize aynı zamanda, girişteki elektriksel gücün ne kadarının kaybolduğunu ve ne kadarının ışık yerine ısıya dönüştüğünü söyler. Realistik sistemlerde ısı düşüşü sınırlı olduğu için, bu ısı sıcaklığı artırır. Bu da güvenilirliği sınırlar ve böylece sistemin maksimum çalışma gücünü belirler. Günümüzde bu ısı yükü; tasarım yoğunluğu ve daha parlak sistemlerde önemli bir sınırlama faktörüdür.

Bu nedenle watt başına düşen lümenler; bir LED lambasını ya da armatür ürününü pazarlamada merkez noktası olsalar da; mühendisler için beyaz verimliliği çok daha önemli bir faktördür. Bu nüansın önemli olduğu bir örnek ise Soraa’nın LED’leri. Bu LED’ler, menekşe rengi pompa kalıbı temellidir. Mor fotonlar, yukarıda da bahsettiğimiz üzere, lümen dünyasının terimiyle belki de “cezalandırılmışlardır”. Ancak Soraa’nın mor kalıbı çok yüksektir ve bu da mor ışık yayılımının düşük miktarda atık ısı ortaya çıkardığı anlamına gelir. Böylece, “termal bütçe” anlamında fiyatlar o kadar da problematik bir hal almaz.

Peki kusurlu bir beyaz verimliliğine neden olan faktörler nelerdir? En önemli faktörler şöyle sıralanabilir; LED pompasının etkinliği, fosforların kuantum getirisi, pompa ışığını fosfor ışığına dönüştürürken Stoke’ların değişimi ve sistemdeki artık optik emilim. Bu etkileri birleştirdiğinizde bugün birçok LED, %40-50 oranında beyaz verimliliğine ancak sahip olabiliyor.

Beyaz verimliliğini geliştirmek oldukça önemli çünkü aslında kendi kendine olumsuz anlamda “gelişebilen” bir görünüşü var: Atık ısı sıcaklığı yükseltir ki bu da LED’lerin ve fosforların etkinliğini azaltır, daha fazla atık ısıya giden bir döngü yaratır. Neyse ki verimliliği artıran herhangi bir teknolojik sıçrayış bileşik bir “gelişme” yaratıyor. Çünkü bu durum, düşük çalışan ısı ve “verimliliğe” dair durumun gelişmesi için “ikinci bir çalışma emri” anlamına geliyor. Bu kötü döngü, bugünün sistemleriyle ilgili olarak da ölçülebilecek durumda. Bu yüzden verimlilik hala çok önemli.

Çoklu ana sistemler de uzun vadede çok önemli bir teknoloji olacak, beyaz verimliliğinin önemli olma nedenlerinden bir tanesi de bu. Beyaz ışık yaymak için birleştirilmiş dörtlü ya da daha fazla sayıdan oluşan ana sistemlerde LED pompasını ve fosfor paradigmasını değiştirmenin son derece yüksek beyaz verimliliği sağlayacağı öngörülüyor. Burada zorlu nokta şu ki; bazı ana LED’leri -özellikle yeşil ve sarı dalga boylarındakileri- geliştirmek elbette devasa bir adım ancak bunu yapabilecek bilim adamlarını bulmak da bir diğer problem.

Yazı: Aurelien David, Baş Araştırmacı-Soraa
Haber kaynağı: http://www.soraa.com/news/techblog-june-26-2015