A LED-ek "fehér könyve" Alapveő ismereek a LED-ekről
WhiePaper Bevezeés A fényemiáló dióda A LED félvezeő alapú fényforrás, amely jelenős mérékben különbözik a hagyományos fényforrásokól, amelyeknél a fény izzószál vagy gáz állíja elő. Ezzel szemben a LED-ek speciális félvezeő krisályokból készíe, apró elekronikus chipek. Fénykelési elvük számos előny és új leheősége kínál. DLE modul A LED-ek legfonosabb előnye a hosszú élearam, a nagy fényhasznosíás, a környezebará kiviel, a jó színvisszaadás és a ervezési leheőségek sokfélesége. Valamennyi leheőségük kihasználásához a világíáservezőknek ismerniük kell a LEDeknek ezeke az új és speciális ulajdonságai. Jelen kiadvány a legfonosabb koncepcióka, echnikáka és leheőségeke ismerei. LLE-FLEX modul SLE modul
WhiePaper Paraméerek a fény színének meghaározásához A különböző színerüleek Egy LED-modul álal előállío fény annak színvisszaadásával, színhőmérsékleével, színkoordinááival és színkonziszenciájával lehe leírni. A kövekező rész ezek összefüggései és különbözőségei világíja meg. Színvisszaadás A CRI színvisszaadási index olyan mérőszám, amely megadja, hogy egy fényforrás milyen jól reprodukálja a megvilágío es különböző színei. Éréké egy 14 sandardizál eszszín aralmazó referencia színskála segíségével lehe meghaározni. A fényforrás a másodlagos spekrumok és a eszszínek közöi elérésől függően kapja meg a megfelelő CRI éréke. Ha a színek reprodukálása rossz minőségű, az elérések nagyok, és így a CRI alacsony érékű lesz. Jó színvisszaadás eseén az elérések kicsik, ezér a CRI éréke nagy számo eredményez. A CRI maximális éréke 100, ami a mindenféle elérésől 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 indexű LED-fényforrások a megvilágío színeke ermészehűbben, az emberi szemnek kedvezőbben adják vissza. Bizonyos alkalmazásoknál (például múzeumok műárgyainak megvilágíásánál) ennek kiemel jelenősége van. Színhőmérsékle A színhőmérsékle olyan mérőszám, amely megadja egy fényforrás színé. Kelvinben (K) mérik. A legálalánosabb lámpaesek színhőmérséklee 3300K alai (meleg fehér), 3300 és 5000K közöi (semleges fehér) vagy 5000K felei (nappali fényű fehér). Y 0,9 0,8 0,7 0,6 A színhőmérséklee 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 vörösől a vörösön, narancssárgán, sárgán és fehéren á a világoskékig fog válozni. A fényforrás Kelvinben mér színhőmérséklee o adódik, ahol a fekeees sugárzó ugyanolyan szín mua. Ha a fekeees sugárzó különböző színei színdiagramban ábrázoljuk és összeköjük őke, megkapjuk a "Planck-féle helye", "Planck-görbé" vagy más néven 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Meleg fehér 3000 K Természees fehér 4200 K Nappali fényű fehér 6500 K Planck-görbe a "fekeees görbéjé". 0 0,1 0,3 0,5 0,7 0 0,2 0,4 0,6 0,8 X Planck-görbe a gyakori színhőmérsékleekkel a színdiagramban
Színkoordináa A színkoordináa egy szín haároz meg annak színdiagrambeli koordinááival. Három (x, y és z) koordináa van ugyan, de mivel a koordináák összege mindig 1, keő elegendő a szín helyének megadásához. A színkoordináával a szín ponosabban meg lehe haározni, min a színhőmérsékleel. Ado szín specifikálására vagy a színek közöi nemkívánaos elérések megadására lehe használni. Ez különösen fonos olyan erüleeken, ahol a világíásnak előír és egyforma szín kell előállíania és ahol az elérések csorbíhaják az ado árgy vizuális megjelenésé. 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,38 0,3 Y Semleges fehér, 4200 K Színkonzoszencia A színkonziszencia megadja a cél-színől való maximális elérés. Egysége az SDCM (a "színegyezésől való sandard elérés" rövidíése). Az SDCM érék a színdiagramra és a MacAdamellipszisekre 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 különböző szinjei a színelérések oszályozására is felhasználjuk. A MacAdam 1 egy igen kis ellipszis lenne a különböző színek igen szűk arományával. A szám növekedésével (MacAdam1, MacAdam2 sb.) az ellipszisek és a színek közöi elérések egyre nagyobbak lesznek 0,2 0 0,1 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,38 A semleges fehér színhmérsékle megadása az x és y koordináákkal (x=0,38; y=0,38) a színdiagramban 0,3900 SDCM5 X SDCM3 0,3950 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 kövekező, 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 ekinheő. 0,3850 0,3800 0,3750 0,3700 0,3650 0,3600 0,3550 0.3550 0.3600 A semleges fehér színhőmérsékle 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 0.3650 0.3700 0.3750 0.3800 0.3850 0.3900 0.3950
WhiePaper 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 működésképelenné válik. LED-eknél ez a definíció nem prakikus. Egy jól megkonsruál LED-modul ugyanis nem megy eljesen önkre, hanem igen hosszú ideig működőképes, de fényárama idővel 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 működési idővel együ használjuk. A kövekező grafikon ez ábrázolja: a ciánkék vonal muaja a fényáramo, amely fokozaosan csökken. 32 000 óra elelével éréke 90%-ra esik le. Ennek definíciója: L90 32 000 óra. Relaív fényáram (%) 100 90 80 70 60 50 L90 32000 óra 10 000 50 000 Működési idő (óra)
B-érék (B p ) 100 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 LEDmodulé; néhányuk fényárama a görbe fölé, néhányuk az alá esik. B P azoknak a LED-moduloknak a százaléká adja, amelyek nem érik el a specifikál L P éréke. Alacsonyabb B P érék eseén az élearammal kapcsolaos köveelmény magasabb. Egy LEDmodul komple érékeléséhez az L P és B P érékeke együ kell figyelembe venni. A kövekezõ ábrák ké ipikus érék, a B50 és B10 alakulásá muaják. Relaív fényáram (%) 90 80 70 60 50 10 000 50 000 L-érék Működési idő (óra) 100 100 90 90 Relaív fényáram (%) 80 70 60 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 Relaív fényáram (%) 80 70 60 B10 A LED-ek 90%-ának rmegmaradó fényárama az L-érék fölö van A LED-ek 10%-ának megmaradó fényárama az L-érék ala van 50 50 10 000 50,000 10 000 50 000 Működési idő (óra) Működési idő (óra)
Az L p és B p kombinációja A kövekező ábrán az L P és B P kombinációja láhaó, azaz ugyanannak a viselkedésnek ké leheséges ábrázolása aól függően, hogy mi válaszunk kiindulási éréknek. Relaív fényáram (%) 100 90 80 70 60 50 L90 B10 24,000 h Működési idő (óra) L90 B50 32,000 h 10 000 50 000 B50 B10 Van még ké ovábbi érék. C-érék (C p ) C P az összes kieső 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 erősségű fény előállíásához. 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 hőmérséklee is. A hőmérsékle erősen befolyásolja az energiahaékonyságo. A reális eredmények érdekében referenciának 65 C körüli hőmérséklee kell válaszani, mivel ez felel meg a működési hőmérséklenek. Az L90 B50 32 000 óra kombináció az jeleni, hogy 32 000 üzemóra 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 üzemóra elelével a LED-ek 10%-ának megmaradó fényárama kisebb az eredei érék 90%-ánál.
WhiePaper Különböző LED-elrendezések COB (hordozón felépíe chip) és SMD (felülere szerel eszköz) Ké fő eljárás ismerees a LED-ek nyomao áramköri panel felüleére örénő felvielére. A COB echnológiánál a LED különböző komponensei (chip, fényporos áalakíó, huzalköés) külön-külön épíik rá a nyomao áramköri panelra. Az SMD echnológia pedig az jeleni, hogy a LED különböző komponensei előre legyárják, így a LED-e egyelen egységkén lehe a nyomao áramköri panelre forraszani. Hogy a ké echnológia közül melyike válaszják, az főkén a javasol alkalmazási erüleől függ. Az SMD- ipikusan nagy felüleű modulokhoz, a COB-o pedig spomodulokhoz használják. Egy másik ényező a gyárási kölség. A COB-ok bonyolulabb eszközök, gyárásuk kölségesebb. Ez a hárány azonban kiegyenlíi a jobb hűés és a nagyobb fénysűrűség. Panel-párna Beköőhuzal (Al, Au) Chip-párna LED (kék) Fénypor-öle Gá Hővezeő ragaszó Nyomao áramköri panel SMD-ház Fénypor-öle Reflekor Beköőhuzal LED (kék) Hővezeő ragaszó SMD-csalakozók Hőellenállás Nyomao áramköri panel COB (chip on board = hordozón felépíe chip) COB-echnológia eseén a "csupasz", okoza nélküli félvezeőchipeke nagy hővezeőképességű ragaszóanyag segíségével közvelenül az áramköri panelra rögzíik és "huzalköéssel" csalakozaják a párnákhoz. Az elekromos konakusok elkészíéséhez néhány mikroméer ámérőjű aranyhuzal használnak. A nyio részeke okozóanyaggal boríják a mechanikai haásokkal és a szennyeződéssel szembeni védelem érdekében. Ehhez ún. "gáa" és kiölési echniká alkalmaznak. Először a gáa viszkózus folyadékkal ráboríják a komponensekre, majd a közbülső erülee folyadékkal ölik ki, amely azán megkeményedik. SMD (surface mouned device = felülere szerel eszköz) Az SMD LED-ek az áramköri panelek auomaikus szereléséhez készülő, 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 fényminőség és hűés ekineében kielégíik az álalános világíási alkalmazások köveelményei. A echnológia háránya az, hogy a ok és a forrasz megnöveli a LED-ek hőellenállásá, és nem lehe olyan sűrűn egymás melle elhelyezni őke, min a COB-echnológiánál.
WhiePaper A LED-ek fényének szabályzása Analóg és impulzusszélesség-modulációs fényszabályozás A LED-ek fényerőssége 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 csökkenjük. Impulzusszélesség-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 észlelheő fényerősség. l l l 100 % 80 % 20 % Analóg fényszabályozás különböző szabályozási szinekkel l l 100 % 80 % 20 % Impulzusszélesség-modulációs fényszabályozás
Az analóg és az impulzusszélesség-modulációs fényszabályozásnak is megvannak a maguk előnyei és hárányai. Analóg fényszabályozás eseén a különböző LED-eknél elolódások figyelheők meg a színkoordináákban vagy a fényáramban. Ezek azonban csak alacsony fényszineken lépnek fel, hasonlóak valamennyi LED eseén, és emberi szemmel nem érzékelheők. Az impulzusszélesség-moduláció viszon álalában kevésbé haékony, min az analóg fényszabályozás. Ezek a fényhasznosíási problémák főkén nagy fényszineken muakoznak meg. Ahhoz, hogy elkerüljük a láhaó villogás, elegendően magas ipikusan a 200Hz vagy e felei PWM frekvenciá kell válaszani. A ké módszer kombinálni is lehe például úgy, hogy a fényszinek különböző arományaiban használjuk azoka. l l l 100 % 30 % 3 % Analóg és az impulzusszélesség-modulációs fényszabályozás kombinálása
WhiePaper ZHAGA A LED-fényforrások kompaibiliása A Zhaga egy 2010-ben alakul konzorcium, amely a LED-es világíás igényeivel és szabványosíásával foglalkozik. Világszere működik, 2015-ben már öbb min 194 agvállalaa vol. A Zhaga konzorciumnak az a célja, hogy bizosísa a különböző gyárócégek LED-es lámpaeseinek csareszabaosságá és kompaibiliásá. Ennek érdekében szabványoka dolgoz ki a különböző 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
Támogaás és anács egyelen forrásból Engine DLE Engine CLE Engine CLE Inegraed Engine LLE-FLEX Engine SLE Engine FLE Engine LLE Engine QLE Segíünk olyan világíási megoldások kialakíásában, amelyek páralanok gazdaságosság és funkciók ekineében a "Minden energiánka az Ön világíására fordíjuk" szlogenünk szellemében. 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 elérheőségek 10/16 A válozaás jogá minden külön éresíés nélkül fennarjuk. Az eseleges hibákér és kihagyásokér nem vállalunk felelőssége.