Maksimum ışık verimi
20. yüzyılın başlarında keşfedilen LED ışıklar, neredeyse bir asır süren sabırlı bir bekleyişin ardından bugün, günlük hayatın vazgeçilmezleri arasındaki yerini aldı. Ne yana baksanız ışıl ışıl LED’ler var artık.
90’lı yılların sonlarına doğru hayatımıza giren ve asıl adı Light Emittin Diyote olan “ışık yayan diyotlar” aslında 1907 yılından beri varlar. Bu icat, doğuşundan ancak 50 yıl sonra yalnızca kızıl ötesi olarak ticari pazardaki yerini alabildi ve bu da ancak belirlenen sınırlar içinde mümkün kılınabildi. Günümüzde ise sokaklarda, evlerde hatta ceplerimize kadar girerek her alanda kullanılır hale geldi.
Her renkte ve boyutta karşımıza çıkabilen LED ışıklar, düşük enerji ile uzun süre kullanılabiliyor olması nedeniyle en çok tercih edilen aydınlatma şekli. Bizi rengârenk dünyasının içine alan bu ışıklar verimli ve ekonomik bir aydınlatma sunmalarının yanı sıra faydalı ve çevre dostu…
Hem dekorasyon konusunda ilk tercih olmayı başarıyor hem de önemli bir ihtiyacı karşılayarak kendini her geçen gün biraz daha vazgeçilmez kılıyor. Televizyonlar, cep telefonları, reklâm panoları, trafik lambaları… LED ışıkları, hayatımızın içine işleyip, baktığımız her yerde karşımıza çıkarak uzun süren bekleyişlerinin acısını çıkarıyor.
LED ışıkları ilk kez 1907 yılında İngiltere’de Elektrik Mühendisi Henry Joseph Round tarafından silisyum karbür denilen maddeden yapılmış metal ve yarı iletken bir fonksiyona gerilim uygulanmasıyla keşfedilmişti. Bu şekilde katı – hal ısıması fark edildi ve durum raporlara “ilginç bir olay” başlığı ile geçti. Bu ilginç olayın ardından Round, Birinci Dünya Savaşı sırasında İngiliz donanmalarına yüzbaşı olarak atandı ve bilimsel çalışmalarındaki bilgi birikiminden istihbarat biriminde faydalanmaya başladı. Ancak LED ışıkları üzerindeki çalışmalar yarım kalarak 13 yıl sonra Rus bir araştırmacı olan Oleg Losev diyotların yaydığı ışığı fark edene dek unutuldu.
Losev, çalışmalarına İkinci Dünya Savaşı sırasında başlamıştı ve bu keşfinin üzerinde çok fazla duramadan, henüz 39 yaşında Leningrad kuşatmasında hayatını kaybetti. Böylece LED ışıklarının hayatımıza girişi biraz daha gecikmiş oldu. İkinci Dünya Savaşı’nı takip eden süreç içinde LED ışıkları yeniden gündeme geldi ve gelişmeler yaşanmaya başladı. 1955 yılında Rubin Braunstein, yaptığı çalışmalar sonucunda galtum arsenik alaşımların kızılötesi ışık yaydığını keşfederek bu durumu raporladı. Onun elde ettiği sonuçlar üzerinde çalışan Gary Pittman ve Bob Biard, 1961 yılında arsenik alaşıma elektrik uygulayarak kızılötesi ışımayı elde ederek ve kızılötesi LED için patent aldılar. LED ışıklar artık sahnedeydi ve bu alanda ardı ardına deneyler, çalışmalar yapılmaya başlandı. Pittman ve Biard’ın kızılötesi LED patenti almasından bir yıl sonra General Electric Company çalışanı Nick Holonyak, ilk görünür ışıklı LED’i icat etti.
Göstergelerde ve sinyallerde kullanılmak için piyasaya sürülen LED ışıkları yalnızca kırmızı renkteydi çünkü katkı maddesi “galyum arsenit fosfit”ti. Bu madde elde edilen ışığa kırmızı rengini veriyordu. LED ışıkları bu haliyle ticari pazardaki yerini almıştı ancak ince bir işçilik gerektiren el yapımı cihazlar olması nedeniyle, LED’lerle üretilen ekranlar fazlasıyla pahalıydı. Uzun süre yalnızca kırmızı olarak üretilen LED’ler, boyutlarının verdiği avantaj sayesinde, zaman içinde gelişen teknolojiyle birlikte şekillenerek ceplere giren hesap makinesi, dijital saat gibi küçük cihazlarda da kendine yer buldu.
1970’li yıllarda ışık emitörü olarak kullanılan galyum fosfat sarı ve açık yeşil renklerde yayabilir hale geldi. Artık LED ışıkları daha fazla renk ve daha fazla dalga boyu ile ve git gide daha parlak olarak üretilebiliyordu. İlk sarı LED 1972 yılında, Holonyak’ın öğrencisi M. George Craford tarafından üretildi. Böylece o güne dek yalnızca kırmızı olarak kullanılabilen LED’in yaklaşık 10 kat daha parlak ışık veren hali icat edilmiş oldu. Bu faydalı ve pratik icat zaman içinde sessiz sedasız gelişerek, bugünkü vazgeçilmezliğine kavuşana dek birçok şekle, boyuta ve renge büründü. Üretimi ve elde edilen verim ile birlikte kullanım alanları da artmaya başladı.
Örneğin 80’li yıllarda ilk nesil kırmızı, sarı ve yeşil LED’ler daha parlak halleriyle üretilmeye başlanırken 90’lı yıllarda daha parlak sonuçlar elde etmek için galyum alüminyum fosfat kullanılarak turuncu, kırmızı, sarı, yeşil ve bir büyük bir gelişme olarak kabul edilen mavi renkte üretildi. Renklerle birlikte parlaklıkları da artıyor, bu parlaklıkları ise kullanım alanlarını daha da genişletiyordu. 90’lı yılların başında bu mucizevi buluşun boyutu tamamen değişti. 1991 yılında Shuji Nakamura’nın LED’lerin beyaz renkte kullanılmaya başlamasının öncüsü oldu. Bu, LED’lerin o zamana kadarki gelişimini bambaşka bir boyuta taşıdı. Fosfor kaplama ile kısmi olarak sarıya döndürülerek parlak mavi bir ışık üreten galyum nitrit yayıcı kullanan ilk en yüksek parlaklıktaki LED geliştirilmiş oldu. Profesör Nakamura tarihe geçen buluşuyla “Millennium Techology Prize” sahibi oldu.
Geçtiğimiz yıl ise bu alanda birlikte çalıştığı bilim insanları Isamu Akasaki ve Hiroshi Amano ile birlikte “devrim” olarak tanımlanan çalışmalarıyla NOBEL komitesi tarafından fizik ödülüne layık görüldü. Beyaz LED ışığının, normal bir ampul ya da floresanın ömrü en fazla 10 bin saat dayanıyor olmasına karşılık 100 bin saati bulan ömrü aydınlatma teknolojisi adına yakıştırıldığı gibi gerçek anlamda “devrim” niteliğinde bir buluştu. Çünkü bu elektriğin dörtte birinin aydınlatma amacına hizmet ettiği günümüzde büyük oranda ve ciddi anlamda bir enerji tasarrufu sağlanması demekti. Ülkemizde de bu teknoloji üzerine uluslararası önem taşıyan çalışmalar yapılıyor. Örneğin 2007 yılında Bilkent Üniversitesi Nanoteknoloji Araştırma Merkezi’nde beyaz ışık üzerinde dünyada bir ilk olma özelliği taşıyan bir teknoloji keşfedildi. Bu teknoloji doğrultusunda farklı boyutlardaki nanokristaller ile beyaz ışığın tonu, kalitesi ve rengi değiştirilebiliyor.
Her boyutta, renkte ve şekilde üretilebilen LED’ler, ekonomik olmalarının yanı sıra kolay kullanım, uzun ömür, çabuk ısınmama, diğer aydınlatmalara göre daha fazla ışık verimi sağlaması, darbelere karşı dayanıklı olması gibi özelliklere sahip. Gelecekte bizi nelerin beklediği, teknolojinin aydınlatma alanında bizi nasıl yönlendireceği bilinmez ama LED ışıklarının yüz yıllık sabrı karşılığında bugün gördüğü ilgi uzun süre devam edecek ve yaydıkları parlak ışık nesillerin gözlerini kamaştırmaya devam edecek gibi görünüyor.
Maximum light efficiency
After almost a century long patience since their discovery in the beginning of the 20th century, LED lights finally took their place as an essential ingredient of our daily lives. Wherever you look, you can see bright LED lights now.
Light Emitting Diodes, or in short LEDs that came into our lives in late 90’s in fact exist since 1907. This invention could participate in the commercial market as infrareds 50 years after their birth, and this could only happen in a limited market space. However today they took their places in the streets, in our homes and even in our small pockets, used for a variety of purposes. LED lights that can be manufactured in every color and size are now a popular lighting option with low energy consumption and their longevity. These lights that embrace us with their colorful worlds provide both a very efficient and economical lighting method as well as beneficial for the environment… LEDs are both the number one destination for decoration, while fulfilling a very important need and proving themselves to be irreplaceable every single day. Televisions, mobile phones, advertisement boards, traffic lights… LED lights emit into our lives and show themselves in everywhere we look, as though in spite to their long wait.
LED lights were first discovered by Electrical Engineer Henry Joseph Round in 1907’s England, by applying voltage to a metal and semi conductive function made of silicon carbide. In this instance, the solid – state luminescence was noted and it was reported as “a curious case”. Following this interesting phenomenon, Round was appointed as a captain to the British navy during the First World War and his accumulated knowledge was used for intelligence units. However, his works on LED lights was cut short, and was in fact forgotten until a Russian researcher Oleg Losev noticed the light emitted by diodes, 13 years after the original discovery. Losev began his work during the Second World War and without being able to fully expand his research; he lost his life in Leningrad Siege. He was only 39. This marked another tragic delay for the entrance of LED lights into our lives. After WW2, LED light discussions started heating up again and there were certain developments. In 1955, Rubin Braunstein discovered through his work that gallium arsenide alloys emitted infrared lights and reported this. Upon his findings, Gary Pittman and Bob Biard applied electricity to the arsenide alloy and managed to obtain infrared luminescence, and patented this infrared LED. LED lights were now under the spotlight and numerous researches and experiments began taking place. A year after Pittman and Biard got their patent, Nick Holonyak from General Electric Company discovered the first normally visible LED light. These LED lights, predominantly used in panels and signals were exclusively the color red, as their additive material was “gallium arsenide phosphate”. This material could only produce red light. Thus LEDs were finally out in the market, but since they were manually manufactured devices which required very delicate hand skills, the panels made of LED were quite expensive. Benefitting from their size advantage, LEDs that were manufactured only in red for a long time, managed to find usage in pocket calculators, digital watches and other various small devices through being shaped by technology.
In 1970’s, gallium phosphate that was used as the light emulator could finally emit yellow and light green colors. Now LED lights could offer more colors and a higher wavelength, and their luminescence increased as well. First yellow LED light was produced in 1972 by Holonyak’s protégé M. George Craford. Thus, a new LED light that is 10 times more luminescent compared to the traditional red LED was discovered. This useful and practical invention developed silently over time and took many shapes, forms and colors until they became the essential device they are today. Through mass production and their efficiency, their usage area expanded as well. For example, in the 80’s the traditional red, yellow and green LEDs had their luminescence increase, and in the 90’s the additive was changed to gallium aluminum phosphate to have more luminescent results, while also obtaining orange, red, yellow, green and blue lights which was particularly a big leap in LED technology. The number of colors increased, as well as their overall luminescence, and this further expanded the usage area. At the beginning of 90’s, the size of this miraculous invention changed completely. In 1991, Shuji Nakamura became the pioneer of white LEDs. This took the development of the LEDs to a completely new level. The first LED to use gallium nitrate diode, which produced a bright blue light which could partially be transformed into yellow via phosphorus coating was the first high lumen led. Professor Nakamura received a “Millennium Technology Prize” with his groundbreaking discovery. And the previous year he received the Nobel Prize for Physics for his “revolutionary” works, along with his colleagues Isamu Akasaki and Hiroshi Amano. As the while LED lights could last a staggering 100 thousand hours while normal light bulbs or fluorescence lights could only last 10 thousand hours is truly a “revolutionary” discovery in the field of lighting. Because in today’s world, where a quarter of the electrical consumption goes to lighting, this represents a significant and serious energy savings opportunity. Our country also hosts internationally reclaimed researches on this technology. For example, in 2007, Bilkent University Nanotechnology Research Center discovered something new regarding the while light. Accordingly, usage of Nano crystals of different sizes can change the tone, quality and color of the white light.
Besides being very economical, LEDs that can be manufactured in every size, color and shape have unique properties such as their ease of usage, extreme longevity, resistance to heating up, higher luminescence compared to other modes of lighting and high resistance to shocks. What the future holds for us and how the technological developments will guide us in the field of lighting are unknown but it seems like following their century long wait the LEDs are here to stay and illuminate the lives of the future generations through their bright lights.
