Nano Teknoloji Ile Yapılmış LED Li Ampüller
 

Nano Teknoloji ile yapılmış LED li Ampüller



Özet; Nano teknolojinin birçok alanda yaygın olarak kullanıldığı bilinmektedir. Bu makalede , Bilkent Üniversitesinde, nano teknoloji ile üretilen LED lerle yapılan ve büyük enerji tasarrufu sağlayan özel ampuller konusunda kısa bir derleme yapılacaktır. Tek renk vermek üzere kullanılan LED lerin beyaz ışık vermesi için, birçok dalgaboyunda ışık yayan bu diyotlar bir araya getirilmiştir. Birçok uygulama alanı olan bu ampullerin ,sadece aydınlatmada %90 lık enerji tasarrufu sağlayacağı belirtilmektedir.

1.Giriş
Latincede cüce anlamına gelen nano, milyarda bir büyüklüğü ifade etmektedir. Bir kağıt sayfasının kalınlığı yaklaşık 100,000 nanometredir. Bu insan saç kılının çapının 1/80,000 civarındadır. Atomların, özel laboratuvar koşullarında, belirli bir amaca hizmet edecek tarzda düzenlenmesi nano tanecikleri oluşturmaktadır. Bu konuda ilk çalışmalar , Japonya’da 1991 de Nano-tup adı aldında Sumio Iijima tarafından başlatılmıştır.(1). Daha sonra çok hızlı bir şekilde bu alanda Nabel ödülü alan çalışmalar yapılmıştır.1996 yılı kimya nobel ödülü , Nano-scala da yapılan karbon Fullerene ( buckyball) çalışmaları ile, . Robert F. Curl Jr., Sir Harold W. Kroto, and Richard E. Smalley‘e verilmiştir. (2). Nano teknoloji üzere birçok çalışma yayınlanmıştır (3,4,5,6)

2.Işık Yayan Diyodlar ( Light Emitting Diodes, LED)

LED, diğer diyotlar gibi , doping yapılmış yarıiletken p-n kavşaktır. LED in yaydığı ışığın dalgaboyu, yani rengi, p-n kavşağı oluşturan yarı iletken malzemenin enerji aralığı ile ilgilidir. Kırmızı ve Kırmızı- ötesi ( IR) diyodlar GaAs ten yapılmıştır. Genellikle n-tipi alt tabaka (substrate) üzerine , p-tipi ince bir film yapılarak LED yapılır. Farklı renkli LED için aşağıdaki yarıiletken malzemeler kullanılır ( Tablo.1)

http://frmsinsi.net/attachment.php?a...1&d=1330970124

http://frmsinsi.net/attachment.php?a...1&d=1330970124

.
Şekil.1.
Mavi,Yeşil ve kırmızı (Blue, green and red) LED.
Tablo.2. Farklı renk için yarı-iletken enerji aralığı (eV).

http://frmsinsi.net/attachment.php?a...1&d=1330970124

3. Nano-yarıiletkenler

Karbon nano-tupten yapılmış özel bir yarı-iletken şekil.2.te gösterilmiştir.

http://frmsinsi.net/attachment.php?a...1&d=1330970124

Şekil.2. Karbon nano-tupten yapılmış yarıiletken eleman

4. Işık ve Boya Ana Renkleri

Işık yayan sistemler ( televizyon gibi) kırmızı (Red), Yeşil (Green) ve Mavi (Blue) ana renklerin kombinezonundan oluşur. Buna RGB renk modeli denir. Üç ana rengin karışımı ile yeni renkler oluşur. Yeşil ile kırmızı biribirine eklenirse sarı renk, sarı ile mavi eklenirse beyaz renk ortaya çıkar (Şekil.3-4).
Boya renkleri için , farklı ana renk karışımları ,CMY Renk modeli , kullanılır. Burda Cyan,Magenta ve sarı renkler beyaz zemin çin kullanılır. Bazen 4. renk olarak siyah (black) da eklenir (CMYK renk modeli). Cyan boya rengi,kırmızı dışındaki diğer renkleri yansıtır. Sarı boya, mavi dışındaki renkleri, magenta boya, yeşil dışındaki renkleri yansıtır. Bunun nedeni; Cyan, eşit miktarda yeşil ve mavi; sarı renk ,kırmızı ve yeşil; magenta,kırmızı ve mavi toplamından oluşur. Bir rengin tristimulus değerleri ;X,Y, Z ,renk modeli bileşenlerindeki ana renk miktarlarını verir. Chromaticity (renklilik) koordinatlar x,y, ve z ile gösterilir ve burlar aşağıdaki denklemlerden hesaplanır.

x = X/(X+Y+Z), y = Y/(X+Y+Z), z = Z/(X+Y+Z)
http://frmsinsi.net/attachment.php?a...1&d=1330970124

Şekil.3. Işık ana renkleri (RGB) ,karışımları ve bileşenleri
http://frmsinsi.net/attachment.php?a...1&d=1330970124


Şekil.4. Renklilik ( Chromaticity ) koordinatları (CIE 1931 color space)

http://frmsinsi.net/attachment.php?a...1&d=1330970124


Şekil.5. RGB ve CMYK renk kıyaslamaları

5. Nano-Malzemeden yapılmış Ampuller

Nano teknoloji ile üretilen LED grupları ile, ayarlanabilir beyaz ışık elde edilmiştir. Araştırmacılar, gelecekte aydınlatmaların LED bazlı olacağı, bunların da çoğunun nano kristalli LED ler olacağını ileri sürmektedirler (7).
Nizamoglu ve arkadaşları ( Bilkent Ün.,), beyaz ışık elde etmek için CdSe/ZnS çekirdekli ve nanoteknoloji ile yapılmış InGaN/GaN karışımlı LED leri kullanarak bu tür ampülleri yapmayı başarmışlardır (7). Ayarlanabilir beyaz ışık elde etmek için tekli, ikili, üçlü ve dörtlü LED grupları kullanmışlardır. Bu karışım aşağıdaki gibi hazırlanmıştır ;
(1) Sarı nanokristaller (XPL = 580 nm) ,mavi LED üzerine (XEL = 440 nm) ,(xj/) = (0.37,0.25)
(2) cyan ve kırmızı nanokristllar (XPL = 500 and 620 nm) mavi LED üzerine (XEL = 440 nm) (x,y) = (0.37,0.28)
(3) Yeşil,sarı, ve kırmızı nanokristaller (XPL = 540, 580 and 620 nm) mavi LED üzerine(XEL = 452 nm) , (xj/) = (0.30,0.28)
(4) cyan, yeşil,sarı,kırmızı nanokristaller (XPL = 500, 540, 580 and 620 nm) mavi LED üzerine (XEL = 452 nm) (x,y) = (0.24,0.33).
Bu karmaşık ışık kaynaklarının ayarlanabilir özellikleri,uygulama alanlarını artırmaktadır.

6. Sonuç ve öneriler

Edision tarafından icat edilen klasik ampüller, ısınan telin yaydığı ışıkla aydınlanma sağlar. Bilkent Üniversitesi, Nano-Teknoloji Araştırma Merkezinde üretilen (Mayıs-2007), nanokristalli LED içeren ampüller ise elektrik enerjisini direk ışığa çevirmektedir. Bu özel ampullerin, 23 yıl ömrü olabileceği ve aydınlatmada %90 tasarruf sağlıyacağı belirtilmektedir. Bu yolla küresel ısınma sorunu kısmen hafifletilecektir.



kaynakpdf