Podstawy technologii LED

Powstawanie światła wewnątrz diody elektroluminescencyjnej (LED), półprzewodnika, polega na przekształcaniu energii elektrycznej w promieniowanie widzialne z wykorzystaniem zjawiska elektroluminescencji.

Na poziomie elementarnym zjawisko to można zobrazować w postaci elektronu przemieszczającego się między dwoma rodzajami substancji przy jednoczesnym ubytku pewnej ilości jego energii. Zgodnie z prawem zachowania energii ten ubytek musi być na coś zamieniony.

Wewnątrz LED energia ta przekształcana jest w promieniowanie elektromagnetyczne w widzialnej części widma oraz w odrobinę podczerwieni rozpraszanej w postaci ciepła.

LED składa się z dwóch obszarów półprzewodnika: naładowanego elektrycznie dodatnio zwanego obszarem p oraz naładowanego elektrycznie ujemnie zwanego obszarem n (patrz schemat 1).
W obszarze p jest niedobór elektronów, natomiast w obszarze n jest ich nadmiar. Po przyłożeniu napięcia do całego układu prąd zaczyna płynąć, a elektrony przemieszczają się przez złącze p-n z obszaru n do obszaru p. Proces przechodzenia elektronu przez złącze p-n wyzwala energię. Rozszczepianie się tej energii powoduje powstanie fotonów o widzialnej długości fal. Im wyższa jest wyzwalana energia, tym krótsza staje się fala. Fotony o niewielkiej energii emitować będą podczerwoną część widma, a wraz ze wzrostem energii barwa światła zmieniać się będzie z nasyconej czerwieni, przez żółty, zielony, niebiesko-zielony i niebieski w ultrafioletową część widma.


Schemat 1. Schemat LED z elektrycznie naładowanymi obszarami p i n – oraz
złączem p-n emitującym światło.

Światło białe i RGB (czerwone, zielone oraz niebieskie)

Biała dioda LED składa się z niebieskiego chipu oraz luminoforu żółtego (patrz schemat 2). Niebieskie fotony wygenerowane w chipie półprzewodnika mogą przejść przez warstwę luminoforu niezmienione, bądź też mogą zostać przekształcone w fotony żółte. Te dwie barwy, niebieska i żółta, połączone ze sobą dają światło białe.


Schemat 2. Biała dioda LED, zasada wytwarzania światła białego.

Możliwe jest również otrzymanie światła białego dzięki zastosowaniu diod LED o barwach czerwonej, zielonej i niebieskiej. Tego typu systemy układów LED nazywane są systemami RGB. Systemy RGB są zwykle stosowane do uzyskiwania różnych, dynamicznych, barwnych efektów. Dzięki systemowi RGB możliwe jest otrzymanie wszystkich barw światła w ramach trójkąta barw.


Wykres chromatyczności. Dla systemu RGB możliwe jest uzyskanie wszystkich barw
objętych trójkątem.

Właściwości i korzyści wynikające z zastosowania diod LED

Zastosowania architektoniczne wykorzystują żywe barwy i dynamiczną zmianę barw. W sygnalizacji ulicznej najważniejsza jest natomiast niezawodność, maksymalna oszczędność energii i zmniejszanie kosztów konserwacji praktycznie do zera.

Podsumowując kluczowe właściwości LED należy podkreślić:

• Najbardziej energooszczędne źródła światła
• Dłuższy czas życia, do 50 000 godzin przy utrzymaniu 70% początkowej wartości strumienia świetlnego
• Znacznie zmniejszone koszty konserwacji
• Brak promieniowania podczerwonego czy UV – mniejsze ryzyko płowienia pigmentów czy tkanin
• Możliwość używania wysoce wydajnych optyk z tworzyw sztucznych Architektura/projekt:
• Elastyczność w projektowaniu, ukryte kompaktowe źródła światła
• Żywe, nasycone barwy bez zastosowania dodatkowych filtrów
• Ukierunkowane światło zwiększające sprawność optyczną systemu
• Solidne, wytrzymałe na wstrząsy
• Mniejsze zanieczyszczenie światła dzięki precyzyjnej kontroli optycznej

Wyjątkowe zalety diod LED:

• Dynamiczna zmiana barwy, regulacja punktu bieli
• Pełna regulacja w wąskim zakresie widma
• Natychmiastowy zapłon
• Zainstaluj i zapomnij o nich na długo

Środowisko:

• Brak metali niebezpiecznych, tzn. rtęci, ołowiu, kadmu itp.

Bezpieczeństwo i niska temperatura:

• Prąd stały o niskim napięciu
• Wysoka wydajność w niskich temperaturach
• Możliwość startu zimnego nawet w temperaturze do -40°C
• Całkowicie szczelne wodoodporne oprawy (IP66 lub IP68)

Poziom integracji

Tzw. poziom integracji LED opisuje stopień złożoności odbiornika diodowego od elementarnego chipu do oprawy. Wyróżniamy pięć poziomów integracji. Firma Philips dostarcza komponenty pochodzące z każdego z nich.

Poziom 0. Tzw. Chip-on-board LED

Chipy półprzewodnikowe są podstawą każdej diody LED i powstają w urządzeniach przeznaczonych do produkcji wafli półprzewodnikowych. W zależności od procesu produkcji, parametrów i tolerancji definiowana jest długość fali LED.

Poziom 1. Komponent LED

Kolejnym krokiem jest upakowywanie. Tu określane są właściwości termiczne i optyczne, a chip jest łączony ze swoją obudową dzięki zewnętrznym przewodom.

Poziom 2. Układ LED (np. dioda z rezystorem)

Miniaturowa płytka obwodu drukowanego jest używana do połączenia jednej lub większej ilości diod LED (opcjonalnie z elektronicznym sterownikiem) i pełni rolę przewodnika ciepła pomiędzy diodami LED i radiatorem.

Poziom 3. Moduł LED

Moduł LED łączy radiator, optykę oraz oddzielny sterownik. Jednobarwne źródło światła ruchu drogowego jest przykładem poziomu 3. Trzy moduły tego typu będą połączone w sygnalizację drogową (poziom 4).

Poziom 4. Oprawa LED

Oprawa LED może być połączona bezpośrednio z instalacją zewnętrzną mechanicznie lub elektrycznie. Posiada obudowę, zapewnia zasilanie i chroni układ/układy LED przed wpływem środowiska, utrzymując jednocześnie optymalne warunki pracy. Oprawa LEDline firmy Philips stanowi przykład produktu z poziomu 4.


Tabela. Zestawienie poziomów zintegrowania i produkty LED.

System oświetlenia LED

System oświetlenia LED składa się z kilku komponentów, takich jak źródło zasilania, sterownik, interfejs sterujący oraz oprawa/układyLED/optyki. W wielu przypadkach jeden lub kilka komponentów połączonych jest w jeden produkt, co ułatwia montaż. W pozostałych przypadkach może zachodzić potrzeba większej elastyczności, jeśli chodzi o konfigurację i kontrolę systemu. Oznacza to, iż źródło zasilania lub interfejs sterowania mogą być wspólne dla grupy opraw. Każdy pojedynczy komponent jest wybierany w zależności od potrzeb.

Sterowanie oświetleniem

Rewolucyjność zastosowania technologii LED dla potrzeb oświetlenia stwarza nowe możliwości dla projektantów.W przypadku wielu zastosowań dynamiczny charakter diod LED umożliwia rozwiązaniu oświetleniowemu stworzenie unikalnego charakteru w danym miejscu. Dzięki użyciu barw RGB czy zmianom temperatury barwowej możliwe jest osiągnięcie wszelkiego typu efektów, zarówno we wnętrzach jak i na zewnątrz. Firma Philips dostarcza całą rodzinę inteligentnych sterowników oświetlenia, umożliwiających stworzenie scen świetlnych statycznych i dynamicznych, co dostarcza szerokiej gamy rozwiązań – od prostego wyboru barwy za pomocą przycisku, czy też za pomocą regulatora obrotowego, po w pełni zautomatyzowane, wstępnie zaprogramowane sterowniki oświetlenia lub integrację multimedialną.

źródło: Philips

Ten artykuł znaleziono w wyszukiwarce Google m.in. poprzez frazy:

  • trójkąt barw
Tagi: , ,