LEDekről általában

Egy kis LED történelem...

Pár mondatban szeretnénk összefoglalni a fontosabb ismereteket a LED technológiával kapcsolatban.

Az 1920-as évek közepén az orosz Oleg Vladimirovich Lossew független kutató készítette el az első LED-et. Kutatásai eredményét közölték német, orosz és angol szaklapokban, de munkásságát az akkori tudományos világ nem ismerte fel, mivel a kibocsátott fény intenzitása igen csekély volt.

1955-ben Rubin Braunstein, az amerikai rádiózási vállalatnál készítette el az első kísérleti infravörös tartományban sugárzó LED diódát, aminek az alapanyaga gallium arzenid (GaAs) volt.

1961-ben az amerikai Texas Instruments vállalatnál, Bob Biard és Gary Pittman tovább kísérletezett, gallium arzenit alapú infravörös (láthatatlan) tartományban fényt sugárzó diódákkal. Biard és Pittman felismerték munkájuk fontosságát, és szabadalmaztatták az infravörös LED-et.

1962-ben Nick Holonyak Jr. a General Electric Company szakembere kifejlesztette az első, látható tartományban sugárzó LED-et.

1972-ben Holonyak korábbi tanítványa Dr. M. George Craford megalkotta az első, gyakorlatban is használható sárga LED-et. Nem sokkal később a sárgánál tízszer fényesebb vörös és vörös-narancs LED-eket is piacra dobták.

1971 ben jelentett nagy áttörést a kék LED felfedezése, amely első verzióban Jacques Pankove az RCA Laboratories szakembere nevéhez fűződik.

1993-ban a kék LED megdöbbentően nagy fényerő növekedést ért el Shuji Nakamura, a Nichia Corporation kutatója munkásságának köszönhetően. Ettől kezdve napjainkig több nagyvállalat tökéletesített technikával gyárt LED chipeket, de az alapelvek 1993 óta nem változtak.

A LED technológiáról

A fénykibocsátó dióda vagy LED neve az angol Light Emitting Diode rövidítéséből származik. A dióda által kibocsátott fény színe a félvezető anyag összetételétől, ötvözőitől függ. A LED inkoherens keskeny spektrumú fényt bocsát ki. A fény spektruma az infravöröstől az ultraibolyáig terjedhet.

A fénykibocsátás úgy keletkezik, hogy a diódára adott áramforrás a dióda anyagában levő atomok elektronjait gerjeszti, amitől azok nagyobb energiaszintű elektronpályára lépnek, majd ezek, miközben visszatérnek eredeti helyükre, fotonokat bocsátanak ki. Nagyobb feszültség hatására nagyobb a kisugárzott fotonok mennyisége, egészen egy bizonyos áramértékig, ahonnan már nem számottevő a változás.

A LED-ek előnye, hogy a kimeneti fény előállításához alacsony áramot és feszültséget igényelnek, nagy a kapcsolási sebesség, kis helyen elférnek, ütésállók és nagy az élettartamuk.

Fontos fogalmak, mértékegységek

Fényáram
A sugárzott teljesítmény emberi szem által érzékelhető hányada.
Egysége: lumen
Jele: lm
A fényáram nem függ az adott fényforrás, fénypont magasságától, tehát ha lentebb vagy fentebb tesszük a fényforrást, a fényáram nem változik.
Mind a megvilágítást, mind a fényerősséget a fényáramból származtatjuk.

Fényhasznosítás
A fényhasznosítás a fényforrás által kibocsátott fényáram és a felvett villamos teljesítmény hányadosa.
Egysége: lumen/W.

Színhőmérséklet (color temperature)
A színhőmérséklet a látható fény egy jellegzetessége, a látható tartományban kisugárzott energia hullámhossz szerinti eloszlására jellemző szám.
Egysége: Kelvin
Jele: K
Egy fényforrás színhőmérsékletét az általa okozott színérzet és egy képzeletbeli abszolult fekete test által létrehozott színérzet alapján határozzák meg.
A különböző színhőmérsékletek befolyásolják az ember hőérzetét és koncentrálóképességét. A melegebb árnyalatok pihentetőbben hatnak, míg munkahelyeken a hidegebb fehér árnyalatokat használják, ugyanis segítik a koncentrációt: hideg munkahelyeknél az alacsonyabb színhőmérsékletű (melegfehér), míg meleg munkahelyeken inkább a magasabb színhőmérsékletű (fehér) árnyalatokat alkalmazzák.

A LED fényforrások csoportosítása

Felhasználásuk szerint:
•    Épületvilágítás
•    Dísz- és dekorációs világítás
•    Biztonságtechnikai világítás
•    Gépjármű világítás
•    Kültéri, utcai világítás
A foglaltok típusa szerint:
•    GU10 - "bütykös" izzó
•    E27 - Hagyományos foglalat
•    MR16
A fény színe szerint:
•    Fehér fény
•    Meleg fehér fény
•    Színes fény - kék, piros, zöld, sárga, RGB

Érvek a LED világítás mellett

•    alacsony működési hőmérséklet
•    UV- és infrasugárzás mentes
•    rendkívül hosszú élettartam
•    alacsony teljesítmény - energiatakarékosság
•    nem érzékeny a rázkódásra
•    nem érzékeny a ki- bekapcsolásra
•    nem törékeny
•    kis helyigény
•    1000 %-kal jobb energiahasznosítás

LEDek felépítése

Felépítésüket tekintve többféle led-et is megkülönböztetünk, azonban a legismertebbek és legelterjedtebbek az smd ledek és cob ledek. Most itt mindegyiket bemutatjuk röviden, de az smd és cob ledekkel kicsit hosszabban is foglalkozunk. A legrégebbivel indítjuk a sort és a végén mutatjuk be a legmodernebb felépítést!

DIP led-ek

A DIP led-ek nem világítási célra lettek kifejlesztve. Két kivezetésük van, amik műanyag búrába vannak öntve.  A hőelvezetése nem megfelelő, ezért túlmelegedés jön létre nagyobb fényteljesítmény esetén. Ennek következtében viszont csökken a kibocsátott fény. Ez a legrégebbi technológia.

SMD led-ek

SMD = Surface Mounted Device, azaz felületszerelt eszköz. A különbség a DIP ledekhez képest, hogy ezek nem lábakon állnak, hanem a felületre felfektetve szerelik, így a hőelvezetést meg lehet oldani. A 3528 típus és 5050 típusú led a legelterjedtebb az SMD led-ek közül.

High Power led-ek

Ezek, mint ahogy a neve is mutatja nagy teljesítményű 1w-os led-ek. Nagyon jó az 1 wattra jutó fényáramuk, létezik már olyan is, ami több mint 100 lumen fényerőt tud. Ennél a fajta led-nél már muszáj megoldani a hőelvezetést, mert a melegedése jelentős.

COB led-ek

COB = Chip On Board-nak a rövidítése. Hőelvezetése nagyon jó, ami annak köszönhető, hogy a nagy teljesítményű chipet közvetlenül az alaplemezre szerelik. Mivel jó a hőelvezetése nem melegszik, ami megnöveli a led élettartamát. Viszont ennél a fajtánál nagyon fontos, hogy jól meg legyen oldva a hűtés.

MCOB led-ek

MCOB = Multi Chip On Board. A legújabb fejlesztésű led. Mivel a led élettartamát az határozza meg, mennyire jól tudja leadni a hőt a környezetének, folyamatosan ezen a problémán dolgoznak a fejlesztők. Az MCOB lényege, hogy a led több kicsi felületen jelenik meg és nem egy nagyon.