LED

Amíg eljutottunk a LED-ig: A világítás fejlődése

A szénszálas izzólámpától a LEDszálas lámpáig.

A világítás képes története (2011)Az elektromos fényelőállítás története

A LED-rőlKicsit másképp

Nemcsak szakembereknekForrás: http://u-led.hu/cikk/a-led-technologia-tortenete ; http://hu.wikipedia.org/wiki/Vil%C3%A1g%C3%ADt%C3%B3_di%C3%B3da

A LED, angolul Light Emitting Diode, azaz fényt emittáló dióda, vagy világító dióda.A LED egy kristályos szerkezetű anyag, amit elektronikai alkatrészként alkalmaznak. A LED tulajdonképpen egy szilárdtest eszköz, félvezető (lásd még MKZS Fényforrások csoportosítása oldalt), azaz egyenáram hatására az egyik irányban vezet, tehát a viszonylag kis belső ellenállásának megfelelő fogyasztó, majdnem rövidzár.Fordított polaritású bekötés esetén (csak „5 mm-es” LED technológiánál megengedett) szigetel a LED, azaz tulajdonképpen szakadásnak tekinthető áramkörileg.

1. / 12

A LED rövid története

Rubin Braunstein (RCA) 1955-ben a gallium-arzenid anyagú dióda tulajdonságainak vizsgálata közben, mellékesen felfedezte ennek és egyéb félvezető ötvözeteknek az infravörös emisszióját.

James Biard és Gary Pittman (Texas Instruments) 1961-ben rájöttek, hogy a gallium-arzenid dióda elektromos áram hatására elektromágneses sugárzást bocsát ki. Ez a sugárzás a nem látható infravörös tartományba esett.

Nem sokkal később szabadalmaztatták a LED diódát.

Az első látható, azaz fénytartományban sugárzó LED-et ifj. Nick Holonyak (General Electric Company) fejlesztette ki 1962-ben.

A LED technológia akkor lépett óriásit előre, amikor megjelentek a GaP (Gallium-Arzén-Foszfor) alapú, nagyobb hatásfokú diódák az 1960-as évek közepén.

1972-ben nagy áttörést jelentett a kék fényt kibocsátó LED felfedezése, amelynek első verziója Jacques Pankove Herbert, Edward Miller és Paul Maruska az RCA Laboratories szakembereinek neveihez fűződik. Az n típusú GaN félvezetőhöz magnézium adalékolt p típusú GaN oldalt növesztettek.

Az 1990-es években megjelentek az InGaAIP félvezető réteget tartalmazó LED-ek, amelyek a narancs-vörös, vörös, sárga és zöld színű, majd később a kék színű LED-ek megjelenéséhez vezettek.

1993-94-ben a kék fénnyel világító LED nagy fényerő növekedést ért el Nakamura Shuji, Amano Hiroshi és Akasaki Isamu, a Nichia Corporation alkalmazottainak köszönhetően.Forrás: http://www.cree.com/News-and-Events/Cree-News/Press-Releases/2014/March/~/link.aspx?_id=2F008013AEF14FAAA42C2A9686F5F865&_z=z2013.02.13. Labor körülmények között a Cree LED gyártó elérte a 276 lm/W

hatásfokot egy 4 401K színhőmérsékletű LED chip-pel 350 mA árammal, szobahőmérsékleten.

Forrás: ww.cree.com/News-and-Events/Cree-News/Press-Releases/2014/March/300LPW-LED-barrier 2014.03.26. Labor körülmények között a Cree LED gyártó elérte a 303 lm/W hatásfokot egy 5 150K színhőmérsékletű LED chip-pel 350 mA árammal, szobahőmérsékleten.

Forrás: http://www.origo.hu/tudomany/20141007-nyertek-a-led-lampa-feltalaloi-fizikai-nobel-dij-2014.html2014-ben három japán kutató, Nakamura Shuji, Amano Hiroshi és Akasaki Isamu nyerte a fizikai Nobel-díjat a "hatékony kék fényt kibocsájtó diódák feltalálásáért, amely lehetővé tette a fényes, fehér fényforrások létrehozását".A technológia nem csak tudományosan, de környezetvédelmi szempontból is jelentős: a kék LED-ek fényesek, keveset fogyasztanak, minden lényeges szempontból maguk mögé utasítják a hagyományos izzókat és a fénycsöveket.

Forrás: http://hu.wikipedia.org/wiki/Vil%C3%A1g%C3%ADt%C3%B3_di%C3%B3daA LED által kibocsátott fény színe a félvezető anyag összetételétől, ötvözőitől (a „szennyezőktől”) függ. A LED inkoherens (azaz a lézer fénnyel ellentétben fázison kívüli fény, ami azt jelenti, hogy a fényhullámok nincsenek szinkronizálva), keskeny spektrumú fényt bocsát ki. A fény spektruma az infravöröstől az ultraibolyáig terjedhet. 1994-ben a kék fényt kibocsátó LED feltalálói, alapjaiban alakították át a világítási technológiát.

2. / 12

Működés

Lumileds video angolulhttps://www.youtube.com/watch?v=5GQq8W5xu3c

Wikipedia alapjánForrás: http://hu.wikipedia.org/wiki/Vil%C3%A1g%C3%ADt%C3%B3_di%C3%B3da ; http://www.google.hu/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0CB8QFjAA&url=http%3A%2F%2Fwww.uni-obuda.hu%2Fusers%2Fmolnarka%2FEloadasok%2FFenyforrasok%2FLED1.ppt&ei=e7q8VJf5Nsfjas_4gbgD&usg=AFQjCNEmCPMfJh-dcpOuTgZ8CRIMzbxWgg&bvm=bv.83829542,d.d2s&cad=rja

A fény úgy keletkezik, hogy a diódára kapcsolt elektromos egyenáram a dióda anyagában levő atomok elektronjait gerjeszti, amitől azok nagyobb energiaszintű elektronpályára ugranak, majd miközben visszatérnek eredeti energiaszintjükre, fotonokat bocsátanak ki (a fotodiódákban alkalmazott fényelektromos jelenség fordítottja). Nyitóirányú áram esetén a PN átmeneten a negatív elektronok az N rétegből a P-be, a pozitív lyukak a P rétegből az N-be diffundálnak. A diffúziós kisebbségi és többségi töltéshordozók között rekombinációs folyamat indul meg, melynek során a felszabaduló energia fotonok (ha látható tartományba esik, akkor fény) formájában kisugárzódik. Nagyobb feszültség hatására nagyobb a kisugárzott fotonok mennyisége, egészen egy bizonyos nyitóirányú áramértékig, ahonnan már nem számottevő a változás.A sugárzás csak úgy jöhet létre, ha az elektronok átkerülnek a nagy energiájú vezetési sávból a kisebb energiájú vegyértéksávba. Az elektronnak a vezetési sáv állapota nem stabil, hanem egy kis idő elteltével visszaugrik az eredeti elektronpályájára. A többletenergia, amivel előzőleg képes volt feljebb lépni, sugárzás formájában hagyja el az atomot. Ez a sugárzás a hullámhossztól függő fény formájában jelentkezik (lásd a táblázatot alább). A rekombinációknak körülbelül az 1%-a jár foton kibocsátással, míg a többi hőtermeléssel. Régen a legnagyobb hatásfokkal az infravörös LED rendelkezett (1-5%), a többinél ez 0,05% alatt volt, ám a mai LED-ek már valahol 80%-os hatásfokkal üzemelnek és ez tovább növekszik (http://phys.org/news/2012-03-efficiency.html). A LED-ek előnye, hogy a fény előállításához alacsony áramerősséget és feszültséget igényelnek, kicsi a fogyasztásuk, nagy a kapcsolási sebességük, kis helyen elférnek, ütésállók és nagy az élettartamuk. Az 5 mm-es LED-ek melegedése kismértékű. A LED-ek tokozása rendkívül sokféle, ugyanakkor a hetvenes évekre már kialakult az 5 mm átmérőjű hengeres műanyag kivitel, ami általánosnak tekinthető.

3. / 12

LED készítéséhez alkalmazott összetevőkAnyag Szín HullámhosszGallium-arzenid (GaAs) infravörös 940 nmGallium-alumínium-arzenid (AlGaAs)

vörös és infravörös 890 nm

Gallium-arzenid-foszfid (GaAsP)

vörös, narancs és sárga

630 nm

Gallium-foszfid (GaP) zöld 555 nmGallium-nitrid (GaN) zöld 525 nmCink-szelenid (ZnSe) kék ~500 nmSzilícium-karbid (SiC) kék 480 nmIndium-gallium-nitrid (InGaN) kék 450 nm

Gyémánt (C) ultraibolya 400 nm

A LED alkalmazása a világításban

Az első világító diódák viszonylag kicsi (20-60 mW) elektromos teljesítményük mellett igen alacsony fényerősséget (néhány 10-100 mCd) biztosítottak. Ráadásul a monokromatikus (egyszínű) fény nem alkalmas megvilágítási célokra. Amint a félvezető-technika fejlődésével a diódák fényerőssége és fényhasznosítása nőtt, valamint alacsonyabb hullámhosszak váltak elérhetővé, úgy nyílt esély a LED-ek világításban való használatára.

1994-ben Japánban bemutatták az első, nagy fényerejű kék színnel világító InGaN (indium-gallium-nitrid) diódát. Ezzel lehetővé vált három monokromatikus fényforrás (vörös/sárga, zöld, illetve kék) segítségével fehér fényt előállítani. A gyakorlatban azonban mégsem ezt a megoldást használják. A három különböző LED nyitófeszültsége különbözik, valamint eltérő technológiával készült félvezetőket kell egy egységbe tokozni. Ezért ezt az eljárást (RGB LED-ek) csak olyan helyen alkalmazzák, ahol jelentősége van a színek arányának és azok változtatásának (például nagyméretű kivetítőkben, TV-kben, effekt világításra).

A világításra használt fehér színű világító diódák félvezetője leggyakrabban szintén InGaN, mely kék fényt vagy közeli UV sugárzást bocsát ki. A félvezetőt azonban különböző fluoreszkáló anyagokkal vonják be, mely a kék fény és az UV sugárzás hatására zöldes-sárga fénnyel világít. Így összetett fénnyel világító eszközt kapunk, melynek színét az emberi szem fehérnek érzékeli.

5 mm-es LED esetén az aprócska dióda körül egy kis parabolatükör van, ami egy irányba tereli a fénysugarakat. A diódát és a tükröt a LED gyártása során átlátszó műanyaggal burkolják be, hogy jobban ellenálljon a mechanikai behatásoknak. A kész LED-ekből azután lámpatestet állítanak össze.

Világító eszközként való hasznosításuk során tartsuk szem előtt, hogy bár a LED-ek, hasonlóképpen az izzólámpákhoz, pontszerű fényforrások, technológiájukból következően mégsem gömb formájú a sugárzási karakterisztikájuk. A leggyakoribb kivitelnél optikai úton irányítják a fényt, de az elemi, egyedül álló LED-eknek legfeljebb 120 fok a sugárzási szöge.

Ebből következik, hogy azonos teljesítményű spot izzólámpa és LED spotlámpa fénye között számottevő eltérés van. Ennek oka, hogy a spot izzólámpa a központi fénykúpon kívülre is sugároz fényt, míg az optikai úton létrehozott LED a fénykúpon kívülre nem világít!

A LED-es világítóeszközök kivitelüket tekintve lehetnek a hagyományos izzókkal kompatibilisek (u.n. retrofit), azaz ugyanúgy foglalatba helyezhetők, 12 vagy 230 V-osak és lehetnek speciális kivitelű, szigorúan csak a saját tápegységükkel működtethető megoldásúak.

4. / 12

A LED és az izzólámpa alapvetően különböző elektromos alkatrész, ezért a „LED-izzó” kifejezés nem helyes.• A LED fénykibocsátó dióda, csak egyenáramú áramgenerátorról üzemeltethető és

párhuzamosan nem kapcsolható. Váltóáramú feszültséggenerátoros áramforrás (világítási hálózat) és a LED közé egyenirányítót és áramkorlátozót tartalmazó áramkört kell kapcsolni. Szokásos megoldás még, hogy 5 mm-es LED technológia esetén a LED-del egy másik diódát, vagy LED-et kötnek parallel. Így az egyik félhullám alatt világít, a másik félhullám a másik diódán keresztül folyik. Ezt az emberi szem nem tudja követni, de van, aki periférikus érzékeléssel zavaró vibrálást láthat.

• Az izzólámpa, fényt is kibocsátó hősugárzó ellenállás, így egyen- vagy váltóáramú feszültséggenerátorról is üzemeltethető és párhuzamosan is kapcsolható. Névleges feszültségű elemre (pl. 4,5 V DC) és világítási hálózatra (230 V 50 Hz) egyaránt közvetlenül ráköthető.

Nagyteljesítményű fehér LED-ek

A kereskedelmi forgalomban kapható egyedi diódák teljesítménye ma már eléri a 100 wattos nagyságrendet, fényhasznosításuk pedig meghaladja a 100 lm/W értéket, megfelelő áramgenerátoros táplálás esetén. Ez az egyik legkedvezőbb érték a világítástechnikában.

Élettani hatása

A kék, fényporral fehér fényt előállító LED-es lámpák összetett fehér fénye valójában nagyrészt kék színű, ami a szem retinájában lévő melanopszinok működésére hat, amik a melatonin nevű hormon termelését befolyásolják, a hormon pedig az alvás és ébrenlét szabályozását végzi. Speciális alkalmazások esetén hasznos lehet, hogy ilyen LED-es fényforrásokkal befolyásolni lehet az ember biológiai óráját, az úgynevezett cirkadián ritmust, emiatt megváltozik az anyagcsere, a testtömegindex, az oxigénfelvétel és a hormontermelés.Kültéri világításnál ez hátrányt jelent, mert megzavarja a természet egyensúlyát (pl. a növények és állatok napi ritmusát).

5. / 12

Elmélet - szempontokNem minden LED ami fénylik

Vass László írása alapján (2010 második félév)Forrás: http://www.vilagitas.org/stuff/evkonyv/2010-2011/LED/Vass%20Laszlo%20-%20Nem%20minden%20LED%20ami%20fenylik.pdf

Javasoljuk még hozzá Molnár Károly Zsolt előadását (a szövegben hivatkozunk rá, az előadás anyagának első részében olvasható alapfogalmak száma alapján, pl.: MKZS 3).http://www.uni-obuda.hu/users/molnarka/Konferencia_eloadasok/Hogyan_mivel_vilagitsunk_gazdasagosan.pdf

Dicsérni jöttem a LED-et, nem temetni. De dicsérni valós adatok alapján fogom, nem hiedelmek, legendák és kereskedelmi érdekek szerint.Először is néhány fogalmat tisztáznunk kell. A laikusok csak így igazodhatnak el, de a műszakiaknak sem árt átismételni a ritkán használt fogalmakat, mértékegységeket.

Fényforrásainkat kétféle célból használjuk: jelzés céljára és megvilágítás céljára.

Jelzésre jó példa a közlekedési lámpa, vagy a gépkocsi irányjelzője. Használatakor belenézünk, a fényforrást közvetlenül látjuk. Az érzékelt inger fénytechnikai megfelelője a fénysűrűség (MKZS 3), mértékegysége a kandela/m2. Ez a fényforrás, vagy egy megvilágított felület 1 m2-éről merőleges irányban kisugárzott fényerősséget (MKZS 3) jelenti. A gyakorlatban műszerrel mérhető megvilágítás (MKZS 3) értéket szoktuk megadni luxban. A megvilágítás mérő a szem nappali érzékenysége szerint mér (MKZS 6). Aki további részleteket akar tudni, a bőséges irodalomban utánanézhet. Talán fontos még, hogy a káprázás elkerülése és a láthatóság érdekében viszonylag szűk sávban határozzák meg a kívánt fényerősséget. Például a vasúti átjárók fénysorompóiban 100-200 kandela között kell legyen a fényerősség. Ezenkívül jelzés céljára legtöbbször színes, lehetőleg tiszta egyszínű (monokromatikus) színeket használunk.

A másik használati módban azokat a tárgyakat, felületeket nézzük (út, terem belseje, könyv, munkadarab, stb.), amiket a fényforrásunk megvilágít. Itt kimondottan korlátozzuk, hogy magára a fényforrásra pillanthassunk, mert erős káprázást okozna. Még a ma már lebecsült izzólámpa világító felületére sem célszerű közvetlenül ránézni. A megvilágításra használt fényforrás összes fényét próbáljuk több-kevesebb sikerrel felhasználni megvilágításra, ezért itt a fényforrás összes kisugárzott fény energiája a lényeges paraméter, ezt fényáramnak (MKZS 6) nevezzük, s ennek mértékegysége a lumen.További részleteket szintén a szakirodalomban célszerű keresni. A szokásos fényforrások lumen értékei igen nagy tartományt fognak át: a zseblámpa izzó 1-2 lumenjétől mondjuk a 2 000 W-os fémhalogénlámpák 200’000 lumenes nagyságrendjéig.Fontos kiemelni, hogy megvilágításra elsősorban fehér fényt használunk. Ez alól a díszvilágításban találunk kivételt, valamint a közvilágításban is alig használt igen jó hatásfokú ún. kisnyomású nátriumlámpa is kivétel. A kisnyomású nátriumlámpa megjelenésekor közelítőleg kétszer jobb hatásfokú volt minden más fényforrásnál, ezért elfogadták kompromisszumként a gyakorlatilag nulla színvisszaadást. Csak ismétlésképpen: minél több szín van a fényforrás által kibocsátott fény spektrumában, annál jobb lesz a színek felismerése. A legjobb (minden szempontból) a természetes fény.

Még két fogalommal kell megismerkednünk, aztán ígérem, a LED-del fogunk foglalkozni.Amikor egy fekete testet melegítve a színét nagyjából olyannak látjuk, mint a vizsgált fény színét, akkor ezt a hőmérsékletet nevezzük a vizsgált fény korrelált színhőmérsékletének (Tc: CCT) (MKZS 7).Mértékegysége: K (Kelvin). A napfény színhőmérséklete a föld felszínéről nézve kb. 4’500 K, az égbolté több, mint 6’000 K, egy 50 W-os halogénizzóé kb. 3’000 K.

Utolsó, de talán legfontosabb mennyiség a fényhasznosítás (MKZS 2), mértékegysége a lumen/watt, tulajdonképpen magáért beszél: 1 watt elektromos teljesítményből mennyi lumen fényáramot állít elő a fényforrás. Minél nagyobb ez a lumen/watt érték, annál jobb a fényforrás hatásfoka, azaz annál kisebb a fogyasztása.

6. / 12

A költségek címszó előtt mutatunk fényhasznosítás értékeket. A szokásos tápegységek, a foglalatok, burák, lámpatestek 15-30 %-t ronthatnak, azaz csökkenthetik azokat az értékeket.Ezért fontos a lámpatestek és nem a fényforrások fényáramát összehasonlítani. Ennél is korrektebb, adott elrendezés, megvilágítási értékeit (lux) összehasonlítani a teljes megvilágított felületen. Erre alább mutatunk is példát egy termék katalóguslapján.

Ezzel eljutottunk a LED-ekhez.

A LED egy kristály, amiben az elektromos áram hatására fény keletkezik, de nem a melegedés, izzás hatására. A LED nem izzó! Sőt, a LED működését a meleg gátolja, hatásfokát rontja és az élettartamát erősen csökkenti, még a benne elkerülhetetlenül keletkező saját melege is. Erre a hőmérséklet függésre mutatunk alább példát egy termék katalóguslapján. A LED-es világítás kulcskérdése a melegedés. Ha a LED-es fényforrást bezárjuk, például szűk álmennyezetbe, még a jó hatásfoka mellett is túlmelegszik, mert nem tudja leadni a hőt, a fénye lecsökken, akár 30 % -ot is, élettartama akár tizede is lehet a vártnak (plusz MKZS Mi a helyzet a LED-ekkel?).

Eljutottunk a hamis hirdetések sarkalatos pontjaihoz. Különösen a kisméretű, 5 mm-es LED-ekből készült izzópótlókról készült reklámok az igazán megtévesztők. Számtalanszor látok olyat, hogy ”95% energia megtakarítás!”. Ha nem kapcsoljuk be, akkor viszont 100% az energia megtakarítás.Szinte azt sugallja, hogy visszafelé forgatja a fogyasztásmérőt (népiesen villanyórát)! Aztán a 100’000 óra élettartam! Ez is csak akkor igaz, ha be sem kapcsoljuk. A valóság ehhez képest kiábrándító. Ha rosszul telepítik, például álmennyezetbe, ahol túlmelegszik, egy – másfél év alatt elhalványul a fénye, akár a tizedére is csökkenhet.

Nézzünk egy példát: talán a leggyakoribb alkalmazás, amikor egy 35 Wattos halogén izzó (fényárama kb. 750 lumen) helyett egy kisméretű LED-ekből készült kb. 3 Wattos LED-es lámpát szerelnek. A LED-es lámpa azért legfeljebb 3 Wattos, mert abba a térfogatba még a 3 Watt is sok egy kicsit, az élettartam várhatóan nem éri el a 30’000 órát, ami igen messze van a 100’000 órától. Ennek a fényforrásnak a fényárama 100-200 lumen, ez aztán jócskán elmarad a halogén izzóétól. Igaz, hogy keveset fogyaszt, de a fényárama is jóval kevesebb.

A retrofit (hagyományos foglalatban működő fényforrás helyére fejlesztett) LED fényforrások esetében a műszaki érvek szinte mindenben lesújtóak – voltak.Manapság a nagy gyártók, kiváló minőségű termékekkel szolgálnak. Igaz ez már a később leírt és Power LED és nem az 5 mm-es LED technológia terméke.

A LED korlátaiForrás: http://www.percept.hu/hu/cikkek/A_led_korlatai_VTT_2_Vass_Laszlo_2010.html

1. -Elérkeztünk a LED egyik legfontosabb korlátjához, a már említett kristály hőmérsékletéhez. Csak akkor tudjuk kihasználni a LED-es fényforrások tetemes előnyeit, ha jól ismerjük és már a tervezésnél figyelembe vesszük a korlátait. Minden fényforrásunkra hat a környezeti hőmérséklet, az izzóra a legkevésbé. A LED-re viszont, félvezető lévén, igen erősen. A gyártók megadják a kristályra megengedett legmagasabb hőmérsékletet, amelynek szokásos értéke a kisteljesítményű LED-eknél általában 85 ºC, a világítástechnikában használt nagyteljesítményű (power) LED-eknél 120 - 150 ºC közt lehet. Minden esetben a gyártó adatai irányadók! A kristályhőmérséklet és az élettartam közti összefüggés részleteinek a bőséges szakirodalomban és a jobb gyártók honlapján lehet utánanézni. Érdemes!Rengeteg tévhitet, hamis információt lehet így kiszűrni. A legtöbb, főleg kisteljesítményű LED-nél csak derültséget válthat ki a 100’000 órás élettartam dicsekvés, hiszen még megfelelően kézben tartott hűtés mellett is nagyon jó ha eléri a 40’000 órás élettartamot, a fényáram csökkenéséről nem is beszélve. A hőmérséklet tehát igen fontos a tervezés és az üzemeltetés szempontjából. Később is, minden megfontolásunkban előbukkan. Jó tanács a barkácsolóknak: 1 W LED teljesítményhez legalább 0,5 dm2

alumínium lemezt

alkalmazzunk, függőlegesen.

7. / 12

2. -Második fontos korlát, illetve szempont a tápellátás. A LED elektromos szempontból dióda, amelynek nyitófeszültsége 2,7-3 V, munkaponti feszültsége 3-3,6 V, fehér LED esetén. A szokásos diódákhoz képest még annyi megkötés van, hogy a teljesítmény LED-ekre zárófeszültség nem megengedett. Tehát szó sem lehet váltófeszültségű táplálásról! A dióda áramát külső eszközzel korlátozni kell. Egyszerű esetben ellenállás is megteszi a hatásfok csökkenés és fokozottabb melegedés árán. Viszont induktív előtét a zárófeszültség és a váltófeszültségű táplálás tiltása miatt nem használható és még az antiparallel kötött LED-ek esetén sem javaslom a rossz kihasználtság okán. Legjobb a LED-ek meghajtására tervezett áramgenerátoros üzemű tápegység, amelyekből folyamatosan bővül a választék. Szokásos áramértékek a 350 mA és annak többszörösei, de előfordul 500 mA is.

3. -Harmadik korlátunk az ár, ami most még igen erős korlát. A LED jóval drágább minden hagyományos fényforrásnál! Fényforrás szinten különösen. Ha az üzemeltetési költségeket is figyelembe vesszük, változatosabb a helyzet. Az árak összevetéséhez az egyik fontos paraméter a fényhasznosítás.

A fényhasznosítás szokásos értékei (plusz MKZS Fényforrások jellemzői):Hagyományos izzólámpa 10 – 15 lumen/wattHalogén izzó 20 – 25 lumen/watt Kompakt fénycső 50 – 65 lumen/wattFénycső 60 – 80 lumen/wattFémhalogén lámpa 70 – 80 lumen/wattNátriumlámpa 100 – 120 lumen/wattLED lámpa (kicsi) 30 – 60 lumen/wattLED lámpa (nagyteljesítményű) 60 – 140 lumen/watt

KöltségekVass László írása alapjánForrás: http://www.vilagitas.org/stuff/evkonyv/2010-2011/LED/Vass%20Laszlo%20-%20Nem%20minden%20LED%20ami%20fenylik.pdf

Számoljuk ki a költségeket. Egyik szempont az, hogy mibe kerül 1 lumen fényáram előállításának „beruházása”. Egy 4’000 órás élettartamú halogén izzó ára kb. 300 Ft, tehát 300 Ft/750 lumen = 0,4 Ft/lumen. Egy izzópótló LED-es lámpa kb. 1’000 Ft, tehát 1’000 Ft / 150 lumen = 6,66 Ft/lumen.Több mint tizenhatszoros ár. Mindezek mellett nincs elég fény, tehát öt-hat izzópótlót kellene használni.Az élettartama és a fogyasztása valóban kedvezőbb az izzóénál, de aki már kipróbálta, hamarosan rájön, hogy végül is elegendő fényt akart kapni és pont ez nem teljesül.Mindezek alapján kimondhatjuk, hogy az 5 mm-s LED-ekből (ezt hívom „kicsi”-nek) készült izzópótlók nem jók, a hangzatos reklámok ellenére sem. A kisméretű LED-ek jelzőfénynek valók, nem pedig megvilágításra.

Eddig tartott az elmarasztaló vélemény.

Más a helyzet a nagyteljesítményű LED-ekkel (power LED). Ezeket kifejezetten világításra gyártották.Alapegysége a kb. 1 wattos, nagyjából 10 mm átmérőjű lapos korongocska, amelyeket különböző méretű zárt házba szerelnek. Nem bontható ! Nem is kell bontani, mert ha a tervező jól tervezte, a felhasználó pedig nem gátolja meg a hűtő levegő áramlását, élettartama meghaladhatja az 50’000 órát.

A mai modern és neves gyártók által gyártott LED-ek 50—60 fokkal magasabb hőmérsékletet viselnek el. Kellő hűtés mellett 100’000 óránál is tovább üzemelnek.

A fényforrások fénye a használat során csökken. Amikor eléri az eredeti fényáramának a 70 %-át, ez az élettartam (B70) vége, amit fényhalálnak hívunk. Az élettartamot órában mérjük.

1 év 8 760 órából áll, a 100’000 óra 11,4 évet jelent folyamatos üzemelés esetén.

Természetes fénytől elzárt területen több mint tíz évig, szokásos helyeken több mint húsz évig áll rendelkezésünkre egy jó minőségű, ipari kivitelű, zárt világító készülék.Alább néhány példát mutatunk.

8. / 12

HátrányaikKiskereskedelemben, háztartási kivitelben csak lassan jelennek meg. Csak a neves gyártók termékei érik el ezt a színvonalat. A jó minőségű ipari LED-es fényforrások az elmúlt évek eredménye.Emiatt áruk még magas, általában kétszer-ötször annyiba kerülnek, mint a hagyományos, hasonló fényáramú lámpák. Nagyobb körültekintést igényelnek a felhasználótól.

ElőnyeikMostoha környezetnek, például rázkódásnak, vagy nagy hidegnek jól ellenállnak. Jó tervezés és hozzáértő felhasználó esetén kicsi a karbantartási igény. Már most a legjobb hatásfokú fényforrások közé tartoznak.Jó a LED, ha jól és hozzáértően alkalmazzák.

Várható kilátásokA közeljövőben további erős fejlődés várható. A kicsi LED-ekből készült „izzópótlók” felhasználása nem lesz jelentős. A további hatásfok javulás és árcsökkenés eredményeképpen az ipari világításban, a gépkocsikban és a reklámvilágításban a nagyteljesítményű LED-ek igen gyors elterjedése várható, (kettő - öt év). Amikor ennek köszönhetően az ár elegendően lecsökken, akkor várható a háztartásokban a gyors terjedés.

Lumen a Watt helyettForrás: http://www.vilagitas.org/stuff/evkonyv/2010-2011/Egyeb/Lumen%20a%20Watt%20helyett.pdf

A gyártókat kötelezik a fényáram, azaz lumen érték megadására. Érdemes erre figyelni, amikor fényforrást szeretnénk cserélni.Lámpatest esetén a lámpatest hatásfokát is figyelembe kell venni. LED-es lámpatest esetén, amennyiben nem fényforrás cseréről van szó, már figyelembe veszi a gyártó a hatásfokot és úgy adja meg a fényáramot.

Elérhető hatásfok Forrás: http://physics.ucsd.edu/~tmurphy/papers/lumens-per-watt.pdf ; http://en.wikipedia.org/wiki/Luminous_efficacy ; http://arxiv.org/pdf/1309.7039.pdf

A fényforrások teljesítmény felvételét, azaz fogyasztását Watt-ban (W) mérjük. A kibocsátott fényáramot pedig lumenben (lm). A kettő hányadosa a hatásfok.Fényforrással elméletileg elérhető hatásfok a nappali szem érzékenység szempontjából: 683 lm/W.

A gyakorlatban alkalmazott fehér színű LED fényforrással, megfelelő színvisszaadás érték esetén elérhető hatásfok: 250–350 lm/W.

9. / 12

Konkrét példa Vyrtych Boxer LED világítótest katalóguslapján

A hőelvezetés fontosságára mutatjuk az élettartam függést. Alatta pedig a fényáram csökkenés látható az élettartam függvényében.

A fenti példa is mutatja, hogy megfelelő LED világítótest kiválasztásával és gondos tervezéssel kiváló, hosszútávon gazdaságosan üzemeltethető világítást kaphatunk!

10. / 12

Ne kápráztassuk egymást!

A LED-re történő átállásnak csak előnyei vannak?

Amiről kevesen beszélnek, a fényszennyezés:LED előtt, LED után: fényszennyezés felmérések

Az éjszakai fényterhelés és az egészségRészlet a cikkből:Levonható a következtetés, hogy az éjjeli megvilágítás – a kültéren használatos világítótestek, - kivéve a kisnyomású nátriumlámpákat -, mindig tartalmaz inkább több, mint kevesebb kék komponenst (különösen igaz ez az újonnan divatos LED-es világításra!), és ez blokkolhatja a MLT (melatonin) termelést. Szükséges tehát a felesleges reklámvilágítások, továbbá a nem megfelelő közvilágítás szabályozása is.

A fényszennyezés (ppt)

ÉrdekességekA jövő a jelenben?

Mi az az OLED? http://hu.wikipedia.org/wiki/Oled

OLED, a jövő technológiája?

Intelligens autófényszóró:http://hidlightreviews.com/making-headlights-even-intelligent/

Példa intelligens autó fényszóróra:http://www.youtube.com/watch?v=-dvPZ3H1Vm4

A lézer dióda

A Lézer dióda működése leegyszerűsítve, abban tér el a LED-től, hogy egyrészt csak a LED-eknél alkalmazott anyagok egy része használható, másrészt a kiürített sáv P és N oldalán tükör van, ami visszaveri a fény fotonjait. Így, amint rekombinálódik egy pozitív lyuk és egy negatív elektron, azaz foton keletkezik, az, oda vissza verődve, újabb és újabb fotonok keletkezését segíti, amik azonos fázisú, polarizáltságú és irányú, így azonos hullámhosszúságú (színű) fotonok lesznek. Bár egy időben sok foton keletkezhet, a visszaverődésekben csak egyfajta foton erősödik és ez lavinahatást hoz létre. A lézer tehát koherens (azonos fázisú) fény. A dióda egyik oldalán található egy kilépő nyílás, amin keresztül a felerősödött fotonok egy lencsével fókuszálva kilépnek.Részletes leírás: http://www.sasovits.hu/cnc/irodalom/lezer1.pdfSzemléltető videó angolul: https://www.youtube.com/watch?v=ULVeOSrwfcs OLED hátsó lámpa és Lézer autófényszóró:https://www.youtube.com/watch?v=UQASXI7apwM&x-yt-ts=1422579428&x-yt-cl=85114404

Intelligens autó fényszóró rendszer (városban, kanyarban, autópályán, ködben, kereszteződésben):http://techcenter.mercedes-benz.com/en/led_intelligent_light_system/detail.html#detail-section

Hátsó lámpa fényáram vezérlése:https://www.youtube.com/watch?x-yt-cl=85114404&v=QRklTTbP0yo&x-yt-ts=1422579428#t=12

Intelligens világítás autóban, kiegészítő UV LED alkalmazásával http://www.youtube.com/watch?v=0UaTYX-ygG8

11. / 12

A LED-eket is túlragyoghatja az új fényforrás (2014. 10. 17.)

12. / 12