A T LED-ek "fehér könyve" Alapveõ ismereek a LED-ekrõl
Bevezeés Fényemiáló dióda A LED félvezeõ alapú fényforrás. Jelenõs mérékben különbözik a hagyományos fényforrásokól, amelyeknél a fény izzószál vagy gáz állíja elõ. Ezzel szemben a LED-ek speciális félvezeõ krisályokból készíe, apró elekronikus chipek. Fénykelési elvük számos elõny és új leheõsége kínál. A LED-ek legfonosabb elõnye a hosszú élearam, a nagy fényhasznosíás, a környezebará kiviel, a jó színvisszaadás és a ervezési leheõségek sokfélesége. Valamennyi leheõségük kihasználásához a világíáservezõknek ismerniük kell ezeke az új és speciális ulajdonságoka. Jelen kiadvány a legfonosabb koncepcióka, echnikáka és leheõségeke ismerei.
Paraméerek a fény színének meghaározásához A különbözõ színerüleek Egy LED-modul álal elõállío fény annak színvisszaadásával, színhõmérsékleével, színkoordinááival és színkonziszenciájával lehe leírni. A kövekezõ rész ezek összefüggései és különbözõségei világíja meg. Színvisszaadás A CR színvisszaadási index olyan mérõszám, amely megadja, hogy egy fényforrás milyen jól reprodukálja a megvilágío es különbözõ színei. Éréké egy 14 sandardizál eszszín aralmazó referencia színskála segíségével lehe meghaározni. A fényforrás a másodlagos spekrumok és a eszszínek közöi elérésõl függõen kapja meg a megfelelõ CR éréke. Ha a színek reprodukálása rossz minõségû, az elérések nagyok, és így a CR alacsony érékû lesz. Jó színvisszaadás eseén az elérések kicsik, ezér a CR éréke nagy számo eredményez. A CR maximális éréke 100, ami a mindenféle elérésõl menes színvisszaadásnak felel meg. A napfénynek maximum 100 lehe a színvisszaadási indexe, míg a fehér LED-eké 70 és 98 közé esik. Ez gyakorlailag az jeleni, hogy a nagyobb színvisszaadási indexû LED-fényforrások a megvilágío színeke ermészehûbben, az emberi szemnek kedvezõbben adják vissza. Bizonyos alkalmazásoknál (például múzeumok mûárgyainak megvilágíásánál) ennek kiemel jelenõsége van. Színhõmérsékle A színhõmérsékle olyan mérõszám, amely megadja egy fényforrás színé. Kelvinben (K) mérik. A legálalánosabb fényforrások színhõmérséklee 3300K alai (meleg fehér) 3300 és 5000K közöi (semleges fehér) vagy 5000K felei (nappali fényû fehér). 0,9 A színhõmérséklee úgy haározzuk meg, hogy a fényforrás egy fekeees sugárzó fényével hasonlíjuk össze. Ez egy idealizál es, amely az összes fény elnyeli és nincs visszaver sugárzása. Ha egy fekeees sugárzó lassan hevíünk, akkor a színe a söé vörösõl a vörösön, narancssárgán, sárgán és fehéren á a világoskékig fog válozni. A fényforrás Kelvinben mér színhõmérséklee o adódik, ahol a fekeees sugárzó ugyanolyan szín mua. Ha a fekeees sugárzó különbözõ színei színdiagramban ábrázoljuk és összeköjük õke, megkapjuk a "Planck-féle helye", "Planck-görbé" vagy más néven a "fekeees görbéjé". 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Meleg fehér 3000 K Semleges fehér 4200 K Nappali fényu fehér 6500 K Planck-görbe 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 X Planck-görbe a gyakori színhõmérsékleekkel a színdiagramban 2 3
0,9 Y Színkoordináa A színkoordináa egy szín haároz meg annak koordinááival a színdiagramban. Három (x, y és z) koordináa van ugyan, de mivel a koordináák összege mindig 1, keõ elegendõ a szín helyének megadásához. A színkoordináával a szín ponosabban meg lehe haározni, min a színhõmérsékleel. Ado szín specifikálására vagy a színek közöi nemkívánaos elérések megadására lehe használni. Ez különösen fonos olyan erüleeken, ahol a világíásnak elõír és egyforma szín kell elõállíania és ahol az elérések csorbíhaják az ado árgy vizuális megjelenésé. 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,38 0,3 0,2 Semleges fehér, 4200K Színkonziszencia A színkonziszencia megadja a célszínõl való maximális elérés. Egysége az SDCM (a "színegyezésõl való sandard elérés" rövidíése). Az SDCM érék a színdiagramra és a MacAdam-ellipszisekre ual. A felalálójukról elneveze MacAdam-ellipszisek olyan erüleeke emelnek ki a színdiagramban, amelyekben az emberi szem nem képes a színek közö elérés észlelni. A MacAdam-ellipszisek különbözõ szinjei a színelérések oszályozására is felhasználjuk. A MacAdam 1 egy igen kis ellipszis lenne a különbözõ színek igen szûk arományával. A szám növekedésével (MacAdam1, MacAdam2 sb.) az ellipszisek és a színek közöi elérések egyre nagyobbak lesznek. 0,1 0 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,38 0,3900 0,3950 0,3850 0,3800 A semleges fehér színhõmérsékle megadása az x és y koordináákkal (x=0,38; y=0,38) a színdiagramban SDCM5 SDCM3 0,3750 Az SDCM1 vagy MacAdam1 ehá az jeleni, hogy a LED-modul színelérésének a definiál színkoordináa körüli MacAdam1 ellipszisen belül kell lennie. Ha az elérés kívül esik a színkoordináa körüli MacAdam1 ellipszisen (de még a kövekezõ, MacAdam2 ellipszisen belül marad), akkor az oszályozás SDCM2 vagy MacAdam2 lesz. Az SDCM1 arományon belüli színeléréseke Az emberi szem gyakorlailag nem képes észlelni. Az SDCM3 érék jó kompromisszumo jelen, ezér sandardfélének ekinheõ. 0,3700 0,3650 0,3600 0,3550 A semleges fehér színhõmérsékle színkoordináái (x=0,38; y=0,38) az SDCM3 és SDCM5 MacAdam-ellipszisekkel Gyakorlai példa Egy Tridonic LED-modul adalapjának színnel kapcsolaos specifikációi: színhõmérsékle (2700K), színkoordináák (x=0,463, y=0,420), színkonziszencia (SDCM3), valamin a színkoordináák és a MacAdamellipszis grafikai megjeleníése. 0,4400 0,350 0,4300 0,4250 0,4200 0,4150 0,4100 0,4050 0,4000 0,4450 0,4500 0,4550 0,4600 0,4650 0,4700 0,4750 0,4800 0,4850 0,3550 0,3600 0,3650 0,3700 0,3750 0,3800 0,3850 0,3900 0,3950
A LED-ek élearama Nagy megbízhaóság és hosszú élearam Hagyományos echnológiák eseén az élearamo az a pon haározza meg, amelynél a lámpák bizonyos százaléka eljesen mûködésképelennége válik. LED-eknél ez a definíció nem prakikus. Egy jól megkonsruál LED-modul ugyanis nem megy eljesen önkre, hanem igen hosszú ideig mûködõképes, de fényárama idõvel csökken. Ezér a LED-ek élearamának megadásához a LED viselkedésé leíró más paraméereke használnak. L-érék (L P ) L P a megmarad fényáramo adja meg az eredei érék százalékában és a meghaározo mûködési idovel együ használjuk. A kövekezõ grafikon ez ábrázolja: a ciánkék vonal muaja a fényáramo, amely fokozaosan csökken. 32 000 óra elelével éréke 90%-ra csökken. Ennek definíciója: L90 32 000 óránál. Relaív fényáram (%) L90 32 000 óránál 10 000 50 000 Mûködési idõ (óra) 4 5
B-érék (B P ) A valóságban a fényáramo nem lehe egyelen görbével leírni, mivel a különbözõ LEDmodulok közö elérések vannak. A kövekezõ ábra muaja ez: a ciánkék görbe néhány LED-modul fényáramá muaja, a világoskék erüle pedig az összes LED-modulé; néhányuk fényárama a görbe fölé, néhányuk az alá esik. Relaív fényáram (%) L-érék 10 000 50 000 Mûködési idõ (óra) B P a megado L P elérése elõ fényáramuknak a megengedenél nagyobb részé elveszíõ LED-modulok százaléká adja meg. Alacsonyabb B P érék eseén az élearammal kapcsolaos köveelmény magasabb. Egy LED-modul komple érékeléséhez az L P és B P érékeke együ kell figyelembe venni. A kövekezõ ábrák ké ipikus érék, a B50 és B10 alakulásá muaja. Relaív fényáram (%) Relaív fényáram (%) B50 A LED-ek 50%-ának rmegmaradó fényárama az L-érék fölö van A LED-ek 50%-ának megmaradó fényárama az L-érék ala van B10 A LED-ek 90%-ának megmaradó fényárama az L-érék fölö van A LED-ek 10%-ának megmaradó fényárama az L-érék ala van 10 000 50 000 Mûködési idõ (óra) 10 000 50 000 Mûködési idõ (óra)
Az L P és B P kombinációja A kövekezõ ábrán az L P és B P kombinációja láhaó, azaz ugyanannak a viselkedésnek ké leheséges ábrázolása aól függõen, hogy mi válaszunk kiindulási éréknek. Relaív fényáram (%) L90 B10 24 000 óra L90 B50 32 000 óra B50 B10 10 000 50 000 Mûködési idõ (óra) Az L90 B50 32 000óra kombináció az jeleni, hogy 32 000 óra elelével a LED-ek 50%-ának megmaradó fényárama kisebb az eredei érék 90%-ánál. Az L90 B10 24 000 óra pedig az, hogy 24 000 óra elelével a LED-ek 10%-ának megmaradó fényárama kisebb az eredei érék 90%-ánál. Van még ké ovábbi érék. C-érék (C P ) C P az összes kiesõ százaléká adja meg. F-érék (F P ) F P az együes kiesési hányado adja meg, azaz a fokozaos B P és az összes kiesõkre vonakozó C P érék hányadosá. A LED-ek energiahaékonysága A LED-ek nagy energiahaékonyságú eszközök. A T5-ös vagy T8-as fénycsövekkel összeveve 40-60%-kal kevesebb energiára van szükségük ugyanolyan erõsségû fény elõállíásához. Az energiahaékonyságo a kibocsáo fényáram és az elekromos eljesímény hányadosával mérjük, azaz a mér kezdei fényáramo eloszjuk a kezdei bemenei eljesíménnyel; mérékegysége: lumen per wa (lm/w). Az energiahaékonyságo mindig az egész rendszerre kell vonakozani, és meg kell adni a referenciának válaszo hõmérséklee is. A hõmérsékle erõsen befolyásolja az energiahaékonyságo. A reális eredmények érdekében referenciának 65 C körüli hõmérséklee kell válaszani, mivel ez felel meg a mûködési hõmérséklenek. 6 7
Különbözõ LED-elrendezések COB (hordozón felépíe chip) és SMD (felülere szerel eszköz) Ké fõ eljárás ismerees a LED-ek nyomao áramköri panel felüleére örénõ felvielére. A COB echnológiánál a LED különbözõ komponensei (chip, fényporos áalakíó, huzalköés) külön-külön épíik rá a nyomao áramköri panelra. Az SMD echnológia pedig az jeleni, hogy a LED különbözõ komponensei elõre legyárják, így a LED-e egyelen egységkén lehe a nyomao áramköri panelra forraszani. Hogy a ké echnológia közül melyike válaszják, az fõkén a javasol alkalmazási erüleõl függ. Az SMD- ipikusan nagy felüleû modulokhoz, a COB-o pedig spomodulokhoz használják. Egy másik ényezõ a gyárási kölség. A COB-ok bonyolulabb eszközök, gyárásuk kölségesebb. Ez a hárány azonban kiegyenlíi a jobb hûés és a nagyobb fénysûrûség. Panel-párna Beköõhuzal (Al, Au) Chip-párna LED (kék) Fénypor-öle Gá Hõvezeõ ragaszó Nyomao áramköri panel SMD-ház Fénypor-öle Reflekor Beköõhuzal LED (kék) Hõvezeõ ragaszó SMD-csalakozók Hõellenállás Nyomao áramköri panel COB (chip on board = hordozón felépíe chip) COB-echnológia eseén a "csupasz", okoza nélküli félvezeõchipeke nagy hõvezeõképességû ragaszóanyag segíségével közvelenül az áramköri panelra rögzíik és "huzalköéssel" csalakozaják a párnákhoz. Az elekromos konakusok elkészíéséhez néhány mikroméer ámérõjû aranyhuzal használnak. A nyio részeke okozó anyaggal boríják a mechanikai haásokkal és a szennyezõdéssel szembeni védelem érdekében. Ehhez ún. "gáa" és kiölési echniká alkalmaznak. Elõször a gáa viszkózus folyadékkal ráboríják a komponensekre, majd a közbülsõ erülee folyadékkal ölik ki, amely azán megkeményedik. SMD (surface mouned device = felülere szerel eszköz) Az SMD LED-ek az áramköri panelek auomaikus szereléséhez készülõ, igen lapos és keskeny modulok. A okozo SMD LED-eke ragaszással közvelenül az áramköri panelra rögzíik, az elekromos konakus pedig forraszási pon segíségével hozzák lére. A komponensek a fényminõség és hués ekineében kielégíik az álalános világíási alkalmazások köveelményei. A echnológia háránya az, hogy a ok és a forrasz megnöveli a LED-ek hõellenállásá, és nem lehe olyan sûrûn egymás melle elhelyezni õke, min a COB-echnológiánál.
A LED-ek fényszabályozása Analóg és impulzusszélesség-modulációs fényszabályozás A LED-ek fényerõssége a rajuk áfolyó nyióirányú áram megválozaásával könnyen szabályozhaó. Ehhez kéféle echnika alkalmazhaó: az analóg és az impulzusszélességmodulációs (PWM) fényszabályozás. Az analóg fényszabályozásnál a nyióirányú áram ampliúdójá válozajuk. mpulzusszélesség-modulációnál az ampliúdó válozalan marad, de az áram folyásá ado impulzusszélesség-modulációs frekvencia üemében megszakíjuk. Minél hosszabbak ezek a megszakíások, annál kisebb a LED-en áfolyó áram álagos effekív éréke és így az észlelheõ fényerõsség. Analóg fényszabályozás különbözõ szabályozási szinekkel mpulzusszélesség-modulációs fényszabályozás 8 9
Az analóg és az impulzusszélesség-modulációs fényszabályozásnak is megvannak a maguk elõnyei és hárányai. Analóg fényszabályozás eseén a különbözõ LED-eknél elolódások figyelheõk meg a színkoordináákban vagy a fényáramban. Ezek azonban csak alacsony fényszineken lépnek fel, hasonlóak valamennyi LED eseén, és emberi szemmel nem érzékelheõk. Az impulzusszélesség-moduláció viszon álalában kevésbé haékony, min az analóg fényszabályozás. Ezek a fényhasznosíási problémák fõkén nagy fényszineken muakoznak meg. Ahhoz, hogy elkerüljük a láhaó villogás, elegendõen magas ipikusan a 200Hz vagy az ennél nagyobb PWM frekvenciá kell válaszani. A ké módszer kombinálni is lehe például úgy, hogy a fényszinek különbözõ arományaiban használjuk azoka. Analóg és az impulzusszélesség-modulációs fényszabályozás kombinálása
ZHAGA A LED-fényforrások kompaibiliása A Zhaga egy 2010-ben alakul konzorcium, amely a LED-es világíás igényeivel és szabványosíásával foglalkozik. Világszere mûködik, 2015-ben már öbb min 194 agvállalaa van. A Zhaga konzorciumnak az a célja, hogy bizosísa a különbözõ gyárócégek LED-es lámpaeseinek csareszabaosságá és kompaibiliásá. Ennek érdekében szabványoka dolgoz ki a különbözõ lámpaesek és lámpafoglalaok csereszabaosságához, amelyek kierjednek a lámpafejek fizikai méreeire, valamin a LED-es lámpaesek foomeriai, elekromos és ermikus viselkedésére. Ez a szabványosíási örekvés segíi a ermékek összehasonlíhaóságá, ami mind a gyárók, mind a fogyaszók számára hasznos. Csereszabaossá eszi a LED-fényforrásoka 10 11
Támogaás és anács egyelen forrásból Segíünk olyan világíási megoldások kialakíásában, amelyek páralanok gazdaságosság és funkciók ekineében a "Minden energiánka az Ön világíására fordíjuk" szlogenünkszellemében. engine DLE engine DLE negraed engine CLE engine CLE negraed engine SLE engine FLE engine LLE engine QLE Nemzeközi vállala lévén, a Tridonicnak világszere 30 irodája van és parnercége 73 országban. Közpon Tridonic GmbH & Co KG Färbergasse 15 6851 Dornbirn, Ausria T +43 5572 395-0 F +43 5572 20176 www.ridonic.com sales@ridonic.com További elérheõségek 03/15 A válozaás jogá minden külön éresíés nélkül fennarjuk. Az eseleges hibákér és kihagyásokér nem vállalunk felelõssége.