LED optikleri, LED’lerin yaydığı ışığın yönünü, dağılımını ve yoğunluğunu kullanım amacına göre optimize eden bileşenlerdir. LED optiği denildiğinde akla ilk gelen devre elemanı lensler olmasına rağmen, lens haricinde birçok optik parça çeşidi vardır.
LED’in üzerinde gördüğümüz küçük koruyucu kubbe, LED’in ışığını koruyan ve şekillendiren birincil bir optiktir. LED’in birincil optiğinden gelen ışık hala çoğu uygulama için çok geniş mesafede yoğunluktan yoksun bir şekildedir. Bu nedenle çoğu LED armatürü, tüm bu ışığı toplamak ve yoğunluğunu hedefe doğru büyütmek için ikincil optikler (lensler, reflektörler, TIR optikleri, vb.) kullanır.
LED’ler diğer ışık kaynaklarından çok daha farklı bir şekilde ışığı yayarlar. Örneğin, ışık akkor ampullerde 360 derece yayılırken, LED’ler yönlü aydınlatma sağlar. Yani, belirli bir derecelik daire dilimi boyunca ışık yayarlar ve çipin arka tarafında alt taban olduğu için bu aydınlatma açısı 180 dereceyi geçemez.
LED Optiği Çeşitleri Nelerdir?
Birincil Optikler
“Birincil optik” terimi, LED’lerin ışık çıkışını kontrol etmek için doğrudan LED yüzeyine yerleştirilen veya monte edilen optik bileşenleri ifade eder. Bu bileşenler, LED’den çıkan ışığı yönlendirir, dağıtır veya yoğunlaştırır. Birincil optik, LED’lerin ışık çıkışını istenilen şekilde şekillendirmeye ve optimize etmeye yardımcı olur.
Üreticilerin, LED’in birincil optiğinden gelen ışığı tanımlamak için kullandığı “Tipik Mekansal Dağılım” (Typical Spatial Distribution) kavramı, genellikle diyotun merkezinden gelen ışığın şekli veya yayılma biçimini ifade eder. Örneğin Cree XP-G2 serisi ürünler 115 derecelik bir yayılım sağlar. Bu da, her iki tarafta 57.5 dereceye ulaşan bir dağılım açısı anlamına gelir. Ancak, dağılım açısının her noktasında aynı lümen değeri elde edilemez. Işık, merkeze ne kadar yakınsanız o kadar güçlü olacaktır. Cree XP-G2 serisinin ‘Tipik Mekansal Dağılım’ grafiğinde de bu açıkça belirtilmiştir.
İkincil Optikler
İç mekân spot/aydınlatma, sokak aydınlatması, mimari aydınlatma ve spot aydınlatma vb. gibi yüksek güç gerektiren LED uygulamalarında, diyot üzerindeki lens haricinde ekstra optik ürünlere ihtiyaç duyulur. Çünkü, bu tarz uygulamalar için, emitter ve birincil optik tek başlarına hedef yüzeye yeterli yoğunluğu sağlayamazlar. Başka bir değişle, bu tarz uygulamalardaki LED’lerin daha fazla odaklanması gerekir. İkincil optikler, ihtiyaç duyulan alana tam yoğunlaşacak şekilde kullanılır.
İkincil optikler, ışığı yalnızca yönlendirmek için değil, bazen hedeflenen alan içinde renk birliğini ve ışık dağılımını iyileştirmek için de kullanılır. Uygun optik veya lensin seçilmesi uygulamaya bağlıdır. Reflektörler ve TIR optikleri birçok farklı uygulamada kullanılır ve her ikisinin de avantajları ve dezavantajları vardır.
TIR (Total Internal Reflection) Optikleri
Total Internal Reflection (TIR) optikleri veya lensleri genellikle polimerlerden enjeksiyon kalıplama ile oluşturulur ve bir reflektörün içinde bir kırıcı lens kullanır. Genellikle koni şeklinde olup, LED’in ışığını yansıtma ve kontrol etme konusunda çok yüksek verimliliklere sahip olabilirler. Tipik olarak lens, emitterin merkezinden ışığı reflektöre yönlendirir, bu da onu dar veya geniş, ne isterseniz o şekilde bir ışın halinde dışarı gönderir.
Montajın üstünde daha fazla yüzey, ışığı değiştirme olanağı sağlar. Bu yüzey işlemleri (dalgalı, mat, cilalı vb.) ışığı yaymak, genişletmek veya dağılımı şekillendirmek için kullanılır.
TIR optikleri, LED’lerle çok iyi çalışır çünkü emitterlerin karakteristiklerinden faydalanır. Diğer ışık formları ısıyı dışarıya doğru yayarken, LED’ler ısıyı tabanlarından dışarıya gönderir, bu da bu TIR optiklerinin sıkıca oturmasına ve kubbenin tamamen etrafını sarmasına izin verir. Bu, ışığın kaynağından doğrudan aydınlatma ve kontrol etme yeteneği sağladığı için çok daha fazla kontrol sağlar.
TIR optikleri, dış mekân aydınlatmasında çok kullanılırken, iç mekân uygulamalarında da büyük adımlar atmışlardır. Dar ışın kontrolü için idealdirler ancak dağılmış ışık ve düşük parlama durumunda o kadar iyi çalışmazlar.
Reflektörler
Reflektörler, TIR (Total Internal Reflection) optiklerinden çok daha kolay uygulanabilir ve üretim maliyeti çok daha düşüktür. Işığı toplama ve yönlendirme yetenekleri şekillerine bağlıdır. Işığın fiziksel boyutları genellikle optik seçenekleri sınırlar. Chip-on Board (COB) dizileri veya emitterlerle, o kadar büyük bir alan yaydıkları ki tek gerçek çözüm onları bir yansıtıcı ile çevrelemektir.
Reflektörler, çoğu akkor ışıkta kullanılır, ancak LED’lerde bir ana dezavantaj vardır: emitterin merkezinden gelen çoğu ışın, reflektöre bile dokunmadan sistemden çıkar. Bu, dar bir yansıtıcı sistemle bile, ışığın önemli bir kısmının hedefin dışına çıkmasına neden olur. Bu, kaybolan lümen çıkışına neden olur veya istenmeyen bir parlaklık yaratır.
Bu nedenle, özellikle yüksek lümen yoğunluğu emitterlerin gelişmeleriyle, çoğunlukla hedefe tüm ışığı yönlendirmek için bir TIR lensle kaplanması yaygın hale gelmiştir.
LED Optiklerin Kullanım Alanları
- Aydınlatma Sistemleri: LED lambalar, armatürler ve diğer aydınlatma sistemleri, LED lenslerini kullanarak ışığın doğru yönde ve istenilen şekilde yayılmasını sağlar.
- Otomotiv Aydınlatması: Araç farları ve arka lambalar gibi otomotiv aydınlatma sistemlerinde LED lensleri kullanılır. Bu lensler, aracın çevresini aydınlatmak veya trafik işaretlerini göstermek için ışığı yönlendirir.
- Görüntüleme ve Ekran Teknolojileri: LED ekranlar ve görüntüleme teknolojileri, LED lensleri kullanarak görüntü kalitesini artırabilir ve ışığın homojen dağılımını sağlar.
- Optik Sensörler: Optik sensörlerde, LED lensleri ışığı doğru bir şekilde toplar ve algılama işlemlerini iyileştirir.
- Tıbbi Cihazlar: Bazı tıbbi cihazlar ve ekipmanlar, LED lensleri kullanarak ışığı tedavi veya teşhis amaçları için yönlendirir.
- Güvenlik Kameraları: Güvenlik kameraları ve izleme sistemlerinde LED lensleri, görüntü kalitesini iyileştirmek ve ışığın doğru yönde odaklanmasını sağlamak için kullanılır.
