Verimli Aydınlatma ve Ekran Teknolojileri için Fotometrik Modellemelerin Gerçekleştirilmesi

Abstract

Aydınlatma elemanı olarak ışık saçan diyotların (LED) kullanımı, enerji verimliliği bağlamında zorunlu bir adım olarak ortaya çıkmıştır. Dünya çapında üretilen toplam enerjinin yaklaşık %25'i aydınlatma için kullanılmaktadır. Akkor telli ampullerin aydınlatma elemanı olarak kullanılması Avrupa'nın büyük bir kısmında yasaklanmış ve ışık saçan diyotlar en popüler seçenek olarak bu açığı doldurmuştur. Hem aydınlatma seviyesi hem de enerji verimliliği açısından yüksek performanslı oluşları, daha verimli hale getirilebilmeleri için yeni bir araştırma alanı ortaya çıkarmıştır. Yüksek kaliteli beyaz ışık kullanıldığı ortama göre farklı özellikler gerektirir ve beyaz ışığı oluşturan renk bileşenlerini optimize ederek bu gerekliliklerin sağlanması, bu tezin temel amaçlarından biridir. Ekran teknolojisinde, tüplü televizyonlardan (CRT), organic ışık saçan diyot (OLED) ürünlere gelişme süreci, hem ekran kalitesi hem de enerji verimliliği performansını arttırmıştır. Ekranlardaki renk skalasının, insan gözüyle algılanabilen skalaya doğru genişlemesi temel amaç olduğundan, referans alınan skala sistematik bir şekilde genişlemektedir. Literatürdeki son referans, Rec.2020, insan gözüyle algılanabilen renklerin üçte ikisini kapsamaktadır. Bu tezde, kullanımda olan NTSC renk skalası gibi referanslar da dikkate alınarak Rec.2020 renk gamının genişletilmesi yeni bir amaç olarak tanımlanmıştır. Bu tezde, istenilen kalitedeki beyaz ışığa ulaşabilmek için, renk bileşenlerinin tepe ışıma dalga boyu, ışıma genişliği ve tepe değeri gibi ışıyıcı parametrelerinin sahip olması gereken değerler araştırılmıştır. Her adımda beyaz ışık elde edilmesine rağmen, dört renk bileşeni ile oluşturulan beyaz ışık simülasyonu yüksek kaliteli beyaz ışık gereklilikleri olan renk eşleme indisi >90, renk sıcaklığı <4000K ve optik yayılmanın ışıksal verimi >380lm/Wopt değerlerini aynı anda sağlamıştır. Ek olarak, ekran teknolojisi bağlamında, Rec.2020 renk referansına ulaşabilmek için kolloidal kuantum noktacıklar gibi dar ışıyıcılar ile birlikte 10nm'den daha dar (ultra dar) ışıyıcıların da kullanılmasının uygunluğu belirtilmiştir. Ultra dar ışıyıcılar ile Rec.2020 üçgeninin %99.89'una ulaşılmış ve bu parametreler kullanılarak NTSC referansı da %99,99'dan daha büyük yüzde ile kapsanmıştır. Beklenildiği üzere, dördüncü renk olarak siyan mavisinin kullanılması NTSC referansına göre ulaşılabilen alanı %169,55'ye çıkarmıştır.Using light emitting diodes (LEDs) as lighting devices has come to the sight as a compulsory step in terms of the energy efficiency. Almost a quarter of total consumed energy that generated whole around the world is used for lighting. Using incandescent bulbs as lighting devices is forbidden in most of Europe and light emitting devices are one of the most important choices in order to compensate that need. Their high performance in terms of both luminance levels and energy efficiency has opened a new research area to increase their performance. White light has different requirements based on an application area. Providing that necessities by engineering on light parameters is one of the main aims of this thesis. In display technology, the development from cathode ray tubes to organic light emitting devices has increased the performance of both display quality and energy efficiency. Enhancement of the color scale that can be perceived by the human eye is the main purpose so that the reference color area increases systematically. The last announced reference, Rec.2020, has two thirds of the colors perceived by human eye. In this thesis, considering the current references such as National Television System Committee (NTSC) color gamut, the broadening of Rec.2020 is also presented as a new important figure of merit. In this thesis, we have studied on the investigation of the parameters of the emitters, i.e., peak emission wavelength, full width at half maximum and peak intensity to achieve the desired quality white light. Although it is possible to get white light in each step, the high quality requirements have been implemented by four colors within the simulation range of thesis which possess color rendering index value >90, correlated color temperature <4000K and luminous efficacy of optical radiation 380 lm/Wopt. In addition, in terms of display technology, we have shown that using ultra narrow emitters is an optimal choice for achieving Rec.2020 color triangle. Using ultra-narrow emitters, it is possible to obtain 99,89% of the Rec.2020 that also almost covers the NTSC. As expected, using a fourth color component cyan has increased the reached area to 169,55% of NTSC on color space dramatically.