Rys. 1 Powstawanie barw z trzech podstawowych składowych RGB.To elektroniczny element przewodzący w sposób niesymetryczny i nieliniowy prąd elektryczny. Obecnie najpopularniejszym rodzajem są diody półprzewodnikowe, zbudowane z dwóch warstw odmiennie domieszkowanego półprzewodnika (półprzewodnik spolaryzowany pozytywnie (+, anoda) i negatywnie (-, katoda) połączone w procesie technologicznym tworzących razem złącze p-n. Główną cechą wykorzystywaną w działaniu diod jest przewodzenie prądu w jednym kierunku, zwanym kierunkiem przewodzenia i blokowaniem przepływu w drugim. Rodzaj materiałów, z których wytworzone zostanie złącze p-n determinuje właściwości, jakimi będzie charakteryzować się dioda.
Zasada działanie diody (LED) opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku. Zjawisko to zachodzi w półprzewodnikach gdy elektron z pasma przewodnictwa przechodzi na jeden z wolnych stanów w paśmie walencyjnym, wskutek czego znika elektron z pasma przewodnictwa i dziura z pasma walencyjnego. Podczas przejścia powstaje energia, która jest emitowana w postaci fotonów. W ten właśnie sposób powstaje światło. Kolor światła diody LED zależy od rodzaju (składu, domieszek) materiału półprzewodnikowego. Diody te mogą emitować światło o barwie: czerwonej, żółtej, pomarańczowej, zielonej, niebieskiej, białej.
Rys. 2 Rozkład długości fali światła widzialnego w całkowitym widmie.Zasada działanie diody (LED) opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku. Zjawisko to zachodzi w półprzewodnikach gdy elektron z pasma przewodnictwa przechodzi na jeden z wolnych stanów w paśmie walencyjnym, wskutek czego znika elektron z pasma przewodnictwa i dziura z pasma walencyjnego. Podczas przejścia powstaje energia, która jest emitowana w postaci fotonów. W ten właśnie sposób powstaje światło. Kolor światła diody LED zależy od rodzaju (składu, domieszek) materiału półprzewodnikowego. Diody te mogą emitować światło o barwie: czerwonej, żółtej, pomarańczowej, zielonej, niebieskiej, białej. Na przykład arsenofosforek galu (GaAsP) emituje barwy żółte i czerwone, a azotek galu (GaN) kolory niebieskie. Jeśli w jednym elemencie zespoli się trzy diody: czerwoną, zieloną i niebieską (RGB), poprzez efekt mieszania, możliwe jest uzyskanie dowolnej barwy światła (rys. 1).
Światło jest to widzialna część promieniowania elektromagnetycznego, odbierana przez siatkówkę ludzkiego oka. Zakres widzialny długości fal elektromagnetycznych zawiera się w przedziale 380 - 780 nm (rys. 2). Szerszym pojęciem światła jest promieniowanie optyczne czyli fale widzialne wraz z sąsiednimi zakresami: ultrafiolet i podczerwień.Barwa emitowanego światła, przez diody LED zależy od doboru półprzewodnika. Przez zastosowanie odpowiednich materiałów możemy w zasadzie uzyskać dowolny kolor światła.
Rys. 3 Rozkład temperaturowy barwy światła widzialnego.Barwa światła (rys. 3) jest to obiektywna miara danego źródła światła.
- 2000 K – barwa światła świeczki. Możemy boleśnie zaobserwować, że najwyższa temperatura panuje na samej górze płomienia świecy, gdzie światło ma niebieską barwę.
-2700 - 3300 K – barwa biała ciepła jest to barwa odpowiadająca światłu, jakie emitują tradycyjne żarówki, jakich zwykle używaliśmy do oświetlenia wnętrz. Ponadto barwa ciepła jest właściwa, gdy pomieszczenie które chcemy oświetlić ma służyć odpoczynkowi i relaksowi. Ma to swoje korzenie jeszcze w czasach pierwotnych i odzwierciedla ogniska domowe.
- 3300 - 5300 K - neutralna barwa światła, nazywane również czystym białym (z ang. pure white) - jest to światło wywołujące w oku ludzkim „czystej” bieli. Często mylnie nazywana też barwą zimną. Przy zawężonym podziale, tylko na dwie barwy, możemy zastosować te nazewnictwo, ponieważ w zestawieniu z barwą ciepłą, naturalne światło zawsze będziemy utożsamiać z zimnym. Musimy jednak być świadomi, że stosujemy zawężoną klasyfikację. Barwa neutralna doskonale wkomponowuje się w pomieszczenia o nowoczesnym charakterze. Jest właściwa do pracy biurowej, nauki. Przy jej zastosowani wydłuża się okres aktywności mózgu, który zostaje oszukany oświetleniem zbliżonym do warunków panujących za dnia.
- 5300 - 10000 K – biała zimna barwa światła, inaczej zwana światłem dziennym - jest to barwa najbardziej zbliżona do barwy nieba w słoneczny, bezchmurny dzień. Wywołuje ona wręcz wrażenie błękitu. Jest to barwa pobudzająca, jednak rzadko spotkana w oświetleniu wnętrz. Barwa biała neutralna i zimna są używane do oświetlenia komercyjnego np. oświetlenia wystaw sklepowych, ekspozycji. Jeśli postawić obok siebie dwa identyczne przedmioty, jeden oświetlony barwą ciepła, drugi zaś zimną, uwagę oka ludzkiego przyciągnie zawsze przedmiot oświetlony barwą zimną.
Fot. 1 Przestrzeń miejska nie musi być szara. Dzięki specjalnemu oświetleniu LED, wyjątkowe miejsca i zabytki można dodatkowo wyeksponować i podkreślić ich szczególny charakter.Moduł RGB zawiera trzy oddzielne diody w kolorach czerwonym, zielonym oraz niebieskim. Dioda RGB jest w stanie emitować pojedyncze wiązki światła: Red (czerwony), Green (zielony), Blue (niebieski) (RGB). Przez możliwość mieszania ich, możemy wygenerować praktycznie dowolną barwę światła. Przy zastosowaniu nawet prostego sterownika, uzyskujemy bardzo ciekawe i budzą zainteresowanie obserwatorów efekty świetlne. Iluminacje RGB są stałym elementem wystaw, stoisk, ekspozycji czy pokazów wizualnych.
Źródła światła wykorzystujące innowacyjną technologię półprzewodnikowych diod LED, stały się w ostatnim czasie bardzo modnym produktem oświetleniowym. Swoją popularność, zdobyły dzięki niezwykłym właściwościom, do których zaliczamy przede wszystkim: dużą trwałość, brak zawartości rtęci, mały pobór prądu, małe rozmiary, dużą sprawność luminancji.
Dr inż. Andrzej WiśniewskiLED LEDowi nie równy - czyli na co zwracać uwagę przy zakupie LED?
LED to nowoczesne, energooszczędne i przyjazne dla środowiska źródło światła. Jednak tylko produkty markowe gwarantują odpowiednią jakość. Aby móc cieszyć się trwałym, zdrowym i przyjemnym dla oczu oświetleniem należy wiedzieć na co zwrócić uwagę przy wyborze lamp LED.
Kupując produkty LED warto pamiętać jak wybrać odpowiednią lampę, który będzie dobrze służyła przez lata. Należy pamiętać, że najtańsze produkty LED nie oferują wysokiej jakości ani bezpieczeństwa. Mogą natomiast okazać się nietrafionym wydatkiem, który w odróżnieniu od markowych produktów nie przyniesie realnych oszczędności naszemu budżetowi.
Czym różnią się między sobą LED? Trwałość to jedna z najważniejszych cech decydujących o jakości produktu. Markowe lampy oparte na zaawansowanej technologii, na przykład LED firmy OSRAM, zapewniają aż do 35 tysięcy godzin świecenia. Część z nich jest objęta nawet pięcioletnią gwarancją producenta.
Jakość światła jest kolejnym, ważnym kryterium wyboru. W procesie produkcyjnym pojedyncze diody mogą mieć nieco inną barwę wytwarzanego światła. Dzięki szczegółowej selekcji prowadzonej między innymi przez OSRAM, produkty zakwalifikowane do jednej grupy nie różnią się barwą wytwarzanego światła w sposób zauważalny dla ludzkiego oka. Jest to ważne, gdyż w jednej lampie zazwyczaj znajduje się kilka diod. Dzięki temu dobre lampy LED nie męczą wzroku, podczas gdy tanie odpowiedniki, przy długotrwałym użytkowaniu mogą nawet uszkodzić nasze oczy.
Wskaźnik oddawania barw (Ra) jest kolejnym ważnym elementem świadczącym o jakości produktu. Im jego wartość jest wyższa, tym kolory oświetlanych osób i przedmiotów są żywsze i naturalniejsze. Światło tanich LED niestety nie jest ani zdrowe, ani nawet zbliżone do naturalnego.
Skuteczność świetlna wskazuje na to ile energii elektrycznej zostaje zamienione w światło. W przypadku dobrych lamp LED jest wielokrotnie wyższa niż w przypadku tanich zamienników. Wpływa na to między innymi jakość użytych komponentów oraz obudowa stanowiąca radiator. Ma ona znaczenie dla dobrego odprowadzanie ciepła z lampy, co gwarantuje uzyskanie wysokiej skuteczności świetlnej oraz większą trwałość.
Bezpieczeństwo LED jest tak samo ważne, jak każdego urządzenia elektrycznego. Niska jakość materiałów obniża wprawdzie cenę, ale równocześnie znacznie zwiększa niebezpieczeństwo użytkowania. Tanie lampy LED charakteryzują się niską trwałością oraz podatnością na uszkodzenia i pęknięcia. Zdarzały się też przypadki wycofywania z rynku lamp niemarkowych producentów, ze względu na stwarzane zagrożenie pożarowe.
Zakup lamp LED warto potraktować jako długoterminową inwestycję. Dobrej jakości produkty zwracają się dzięki niskiemu poborowi energii oraz długiemu działaniu. Markowe lampy świecą też dużo lepszym i zdrowszym światłem.
Najczęściej spotykanymi LED-ami są diody okrągłe o średnicy 3, 5, 8 lub 10 mm. Ich cechą jest wąski kąt świecenia, który wynosi 10 - 35°.
Diody Flux o kształcie kwadratu o boku ok. 7,6 mm mają zazwyczaj szerszą optykę wynoszącą od 100 do 140°.
Fot. 2 Wykorzystanie technologii LED w oświetleniu ulicznym pozwoliło uzyskać światło białe zbliżone do dziennego, które oprócz wartości czysto użytkowych niesie ze sobą dodatkowe korzyści - poprawia samopoczucie kierowców i zwiększa bezpieczeństwo użytkowników drogi.W zależności od naszych potrzeb, jeśli poszukujemy oświetlenia do ogólnego zastosowania, stosujemy szeroki kąt rozsyłu światła. Gdy zależy nam na podświetleniu danego elementu, potrzebujemy skupionej wiąski światła, wąski kąt rozsyłu.
Coraz bardziej popularne w technice oświetlenia stają się taśmy LED SMD. Ze wzglądu na mały rozmiar i dużą elastyczność możemy je montować w miejscach trudno dostępnych, przez co uzyskujemy niezwykłe efekty świetlne. Taśmy LED wykorzystuje się do podświetlenia wnęk, wystaw sklepowych, mebli, regałów, schodów, łuków, sufitów, dekoracji pomieszczeń. Doskonale sprawdzają się w oświetleniu krawędziowym, idealne do wyznaczania długich linii świetlnych.
- SMD 3528:
chip składa się z jednej diody świecącej,
wymiar chipa: 3,5 x 2,8 mm,
moc: 0,08 W / chip,
strumień światła: 6 lm/ szt.,
strumień światła: 6,5 lm/szt.,
barwa: zimna.
- SMD 5050:
składa się z trzech żetonów świecących,
wymiar chipa: 5,0 x 5,0 mm,
moc: 0,24 W/ chip,
strumień światła: 18 lm/ szt.,
strumień światła: 19,5 lm/szt.,
barwa: zimna.
Na bazie diod SMD budowane są nie tylko taśmy LED, znajdują one również zastosowanie w budowie modułów lamp LED. To rozwiązanie jest coraz częściej stosowane przez producentów oświetlenia.
Fot. 3 Diody mocy (Power LED) - przykłady.W technice SMD możliwa jest realizacja płaskich modułów o dość szerokim kącie rozsyłu światła. Chip-on-Board to najdynamiczniej rozwijająca się technologia LED, umożliwiająca wykonanie niezwykle płaskich elementów (2 mm) o bardzo dużej gęstości (do 70 chipów/cm2). Ta innowacyjna metoda pozwala na niewielkiej powierzchni jednego modułu otrzymać strumień światła o dużej gęstości, zwłaszcza w porównaniu z diodą z wyprowadzeniami, w której maksymalna gęstość upakowania wynosi 4 diody/cm2. Technologia COB pozwala na uzyskanie różnych kątów rozsyłu, zależnych od zastosowanego materiału nośnika. Największą zaletą diody COB jest generowanie strumienia światła o bardzo dużej mocy. Źródła światła LED COB, cechuje: najwyższa niezawodność, duża odporność na wahania napięcia i prąd udarowy, jednolita temperatura barwowa i w pełni płynne światło. Półprzewodnik nałożony technologią COB sprawia, że strumień świetlny nie jest punktowy.
Kolejne prace nad rozwojem COB dają podstawy by sądzić, że wkrótce stanie się ona kluczową innowacją w rozwoju oświetlenia LED.
Kolejnym rodzajem diod są diody mocy (ang. Power LED lub High Power LED). Dioda LED wysokiej mocy, do poprawnej pracy wymaga zapewnienia odpowiedniego chłodzenia, radiatora oraz prądowego źródła zasilania. Białe diody tego typu mają najczęściej emiter o powierzchni około 1 mm², osiągają jasność około 100 lm przy prądzie 350 mA i pobieranej mocy około 1 W. Maksymalny prąd podawany przez producentów to zazwyczaj 0,7÷1,5 A na 1 mm² struktury (maksymalny prąd zależy w głównej mierze od chłodzenia struktury świecącej diody). Dzięki wyższemu prądowi pracy, uzyskujemy wyższą jasność danej diody, jednak ma to niekorzystny wpływ na długość życia danego źródła światła. Oprawę LED opartą na jednym bądź kilku modułach Power LED możemy konstruować, zwracając szczególną uwagę na zagadnienie odprowadzania ciepła.
Fot. 4 Diody LED produkcji OSRAMOLED - z angielskiego Organic Light-Emitting Diode - to dioda elektroluminescencyjna (LED) wytwarzana z warstwą organiczną. Warstwa ta nakładana jest na płytę bazową w procesie podobnym do drukowania stosowanego przez drukarki atramentowe.
Zasadniczą zaletą OLED jest to, że w procesie produkcji materiał organiczny może być naniesiony na odpowiednio lekkie i elastyczne podłoże, daje to możliwość produkcji zwijanych wyświetlaczy i znacznie lżejszych ekranów. Wykonane z w tej technologii to już nie pojedyncze diody, a całe ultra cienkie panele, da się je zamontować na ścianie, oknach, słupach ogłoszeniowych itd. Ponadto panele OLED będzie można kontrolować dotykiem, gdyż nie nagrzewają się podczas świecenia. Posiada większą skalę barw i jasność, niż LCD, ponieważ piksele OLED bezpośrednio emitują światło, które nie jest zatrzymywane przez filtry polaryzacyjne, tak jak jest w wypadku LCD. Istotną wadą hamującą rozwój technologii jest bardzo mała żywotność - wynosi tylko ok. 10 tys. godzin.
Fot. 5 Zastosowanie technologii RGB w oświetleniu domowym wprowadza nową jakość kreowania przestrzeni i budowania nastroju miejsca.
Pierwszy LED’owy zamiennik żarówki 75-watowej
Rewolucja LED’owa trwa - wprowadzona na amerykański rynek 17-watowa lampa Philips EnduraLED A21 to kolejny kamień milowy, jeśli chodzi o zastosowanie technologii diodowej w oświetleniu codziennego użytku.
EnduraLED 17W wykorzystuje diody LUXEON LED. Dzięki wydajności i znakomitym parametrom, diody te idealnie sprawdzają się we wnętrzach.
EnduraLED A21 17W spełnia standardy ENERGY STAR dla LED’owych zamienników żarówek 75-watowych. Zgodnie z tymi wymogami, nowe źródło Philips zapewnia moc świetlną 1100 lumenów, zaledwie 17-watowe zużycie energii elektrycznej, temperaturę barwową 2700 K, wskaźnik oddawania barw (CRI) 80 oraz trwałość wynoszącą 25 tysięcy godzin.
Nowe źródło Philips zostało po raz pierwszy zaprezentowane na tegorocznych targach LightFair International 2011. W lipcu produkt (dostępny również pod nazwą Philips AmbianceLED 17W) trafił do dystrybucji na rynku amerykańskim za pośrednictwem sieci Home Depot.
Fot. 6 Przykłady zastosowania OLED.Rozwój technologii LED nabrał w ostatnich latach bardzo dużego przyspieszenia. Diody stały się już poważną konkurencją dla tradycyjnego oświetlenia, klienci coraz częściej doceniają ich szczególne właściwości. Duża żywotność, niskie zużycie energii eletrycznej, brak zawartości rtęci, niska emisja ciepła, sprawiają, że w pewnych zastosowaniach, diody są nie do zastąpienia. Ich coraz większa popularność, przyczyniła się do intensyfikacji prac naukowców. Przewiduje się, że technologia produkcji, umożliwi wytwarzanie źródeł światła LED o strumieniu światła 1400 lm i poborze mocy 7 W. Dla porównania, strumień światła tradycyjnej 100 W żarówki wynosi 1360 lm.
Innowacje i masowa produkcja wymusiły obniżkę cen, przez co oświetlenie LED stało się dostępne dla szerszej grupy odbiorców. Dalszy rozwój w dziedzinie oświetlenia LED nie pozostawia złudzeń, że staje się ona najbardziej perspektywiczną technologią.
Leszek Świerzbin
Narcyza Barczak-Araszkiewicz,Oświetlenie LED - dobre czy niedobre?
Odkąd technologia oświetlenia LED (Light Emitting Diode) stała się dostępna na rynku, ze strony konsumentów i inwestorów pojawiły się ogromne oczekiwania związane z ograniczeniem zużycia energii na cele oświetleniowe Nie wszystko jednak złoto co się świeci – jak powiada przysłowie, i nie każda lampa w technologii LED te oczekiwania spełnia
Technologia oparta na diodach LED w pełni zasługuje na nazwę „przełomowa”, ze względu na potencjał korzyści takich jak: parametry techniczne, efektywność energetyczna czy trwałość Otwiera to nowe możliwości zastosowań, pozwalając na tworzenie dotychczas niespotykanych rozwiązań oświetleniowych „Ledówka” - czyli lampa oparta na diodach LED - może służyć jako pełnowartościowe źródło światła, jednak pod warunkiem, że rzeczywiście posiada deklarowane parametry.
Czyli LED nierówny LED-owi?
Jest to poważny problem dotykający zarówno konsumentów jak i producentów Trzeba wiedzieć, że technologia oświetlenia LED, mimo, że są już dobre produkty, znajduje się w fazie rozwoju Na tym etapie, wprowadzenie na rynek dobrego produktu wymaga kosztownych badań i testów laboratoryjnych Wysoka cena dobrej jakości oświetlenia LED we wstępnej fazie rozwoju produktu jest więc czymś naturalnym i uzasadnionym Niezwykle groźnym zjawiskiem jest za to rosnący zalew rynku produktami, w przypadku których wyznaczniki jakości i bezpieczeństwa produktu są deklarowane z pominięciem procedur
Skąd złe LED-y i jakie są konsekwencje ich pojawiania się na rynku?
Wprowadzenie produktu na rynki UE odbywa się na podstawie deklaracji producenta w zakresie parametrów jakościowych wyrobu, które nie mogą być niższe niż prawnie wymagane minimum Nie wszyscy producenci wypełniają jednak uczciwie ten obowiązek Stąd na rynku pojawia się cała masa produktów udających dobrą jakość po tzw atrakcyjnej cenie Uzyskanie za pomocą technologii LED odpowiedniej jakości światła nie jest jednak możliwe sposobem „na skróty” Sądzę również, że nie ma dostatecznej świadomości konsekwencji tego stanu rzeczy Nieuczciwa konkurencja niszczy rynek i producentów, hamując postęp techniczny Gospodarka europejska, a szczególnie polska, potrzebuje technologii, które mogą być motorem rozwoju gospodarczego i społecznego Oświetlenie LED zostało zaliczone do technologii o powszechnym zastosowaniu, na których będzie opierał się postęp gospodarczy i społeczny Europy Przyzwalając na rozrost szarej strefy powodujemy, że szanse te nie zostaną wykorzystane
Konieczna jest edukacja na temat wyboru oświetlenia LED?
Konsumentom i użytkownikom instytucjonalnym trzeba pomagać w podjęciu racjonalnej decyzji zakupu W zastosowaniach domowych należy poprawnie dobrać parametry zamiennika LED Należy zwrócić uwagę, aby „ledówka”, będąca zamiennikiem żarówki, posiadła podobną do niej „jasność” tj wartość emitowanego strumienia świetlnego wyrażoną w lumenach (lm) Kolejnymi parametrami, które powinny podlegać weryfikacji, są uzyskiwany odcień światła białego (temperatura barwowa zbliżona do 3000 K) i jego jakość (wskaźnik oddawania barw Ra>80) Wszystkie dane powinny być dostępne na opakowaniu produktu.
Szereg producentów podaje równoważną, przybliżoną wartość mocy tradycyjnej żarówki, która emituje tę samą ilość strumienia świetlnego Zaleca się również zapoznanie się z prawnie obowiązującymi ujednoliconymi wartościami wiążącymi strumień świetlny z mocą żarówki Informację o tych przepisach można znaleźć na przykład na stronie internetowej Pol-lighting Zdajemy sobie sprawę, że dobór odpowiedniej świetlówki czy „ledówki” wymaga często zaawansowanej wiedzy, dlatego też członkowie Związku Producentów Sprzętu Oświetleniowego Pol-lighting starają się edukować konsumentów w zakresie wyboru dobrego oświetlenia, nie tylko LED