LED alkalmazások Schanda János Bevezetı az alkalmazásokhoz Élettertam A szín fogalma Színinger szín megfeleltetés Szín visszaadás Szín preferencia 1
Élettartam A szín észlelet Az agyban keletkezik. A színingerek idıbeni és térbeni kölcsönhatása az inger hatását, az észleletet módosítja. Példák: háttér hatása színkontraszt asszimiláció színkülönbség észlelése 2
Háttér hatása Színes fények keveréke Additív színkeverés Az észlelet a látórendszerünkben keletkezik 3
Az additív színegyeztetés alapkísérlete összehasonlító fényforrások intenzitást szabályozó fényrekesz vizsgálandó fényforrás CIE színingermetrika, 1 A színinger-egyenlet feltételei: 2 osztott látómezı, központi fixálás, sötét környezet. Alapszíningerek (megfeleltetı, refrencia, primér ingerek, -stimulusok): vörös (R): 700 nm, zöld (G): kék (B): 546,1 nm, 435,8 nm C R( R) + G( G) + B( B) 4
CIE színingermetrika, 2 A színinger-egyenlet: Alapszíningerek mennyiségei: a 3 alapszíninger egységnyi mennyiségének additív keveréke az equienergetikus színingerrel azonos észleletet keltsen. R, G, B alapszíningerek fénysőrősége: vösös: 1,0000 cd/m2 = 1 új R egység zöld: 4,5907 cd/m2 = 1 új G egység kék: 0,0601 cd/m2 = 1 új B egység Színingermegfeleltetı függvények rgb színegyeztetı fg. 0,40 0,35 0,30 0,25 G(λ ) R(λ ) 0,20 B(λ ) 0,15 0,10 0,05 0,00-0,05350 400 450 500 550 600 650 700 750 800-0,10-0,15 hullámhossz, nm 5
A színinger-megfeleltetés additív Ha C és C ) r ( R) + g 1( G) +b 1( B ) (λ1 1 ) r ( R) + g 2( G) +b 2( B ) (λ2 2 akkor: C( λ1)+ C( λ2) ( r1+ r2) ( R)+(g 1+g 2)( G)+(b 1+b 2)( B ) Additivitás: összetett színkép 780 nm R= k P( λ) r ( λ) λ 380 nm 780 nm G= k P( λ) g ( λ) λ 380 nm 780 nm B= k P( λ) b ( λ) λ 380 nm 6
X,Y,Z színinger tér: CIE 1931 szabványos színinger-észlelı 1. Az equienergetikus színkép színingerösszetevıi azonosak legyenek. 2. A fotometriai információt egyetlen színingerösszetevı, (Y), hordozza (ha sugársőrőséget mértünk, úgy a fénysőrőséget kapjuk). Azaz az Y(λ) = V(λ). 3. Az összes reális színinger színinger-összetevıi a színingertér elsı negyedében feküdjenek, s olyan kicsinyek legyenek, amennyire csak lehetséges. A CIE 1931 színingermegfeleltetı függvények 7
A színinger-összetevık értéke Az S(λ) spektrális eloszlású sugárzás színinger-összetevıi: 780 nm X = k Sλ( λ) x( λ) d λ, Y = k Sλ( λ) y( λ) d λ, 380 nm 780 nm Z = k Sλ( λ) z( λ) dλ 380 nm 780 nm 380 nm ha k = 683 lm/w, akkor fotometriai adatokat kapunk. Színességi koordináták x= X X + Y + Z, y= X Y + Y + Z, z= X Z + Y + Z ahol x + y + z = 1 8
Szín (inger-) diagram vagy színességi diagram The CIE x,y diagram színingermegkülönböztetési ellipszisekkel MacAdam ellipszisek 9
10 Felület/test színingerek mérése Sugársőrőségi tényezı β(λ)= Lrefl(λ)/Lbe(λ) Színinger-összetevı: = = = 780 nm 380 nm 780 nm 380 nm 780 nm 380 nm )d ( ) ( ) (, )d ( ) ( ) (, )d ( ) ( ) ( λ λ λ β λ λ λ λ β λ λ λ λ β λ z S k Z y S k Y x S k X = λ λ λ d ) ( ) ( 1 y S k Szabványos sugárzáseloszlások
Fényforrások színi jellemzése Fény(forrás) színinger-mérése színességi koordináták (domináns hullámhossz gerjesztési tisztaság) színhımérséklet korrelált színhımérséklet Fényforrás színképe színvisszaadás Fényforrások színi jellemzése Fény(forrás) színinger-mérése színhımérséklet korrelált színhımérséklet Színvisszaadás Az észlelt felület-szín függ a megvilágító színképi teljesítményeloszlásától színi áthangolódás: von Kries törvény, Bradford transzformáció, leírás az észleletet követı színrendszerben 11
Korrelált színhımérséklet Azonos korrelált színhımérséklető vonalak (az u,v-diagramban merılegesek a Planck görbére) Színi áthangolódás - 1 12
13
Két sugárzó színképe, melyek színingerpontja azonos Spetrális teljesítményeloszlás 180 160 140 rel. teljesítmény 120 100 80 60 40 20 0 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 hullámhossz, nm A két sugárzó színpontja és a velük megvilágított minta színpontjai 0.342 0.340 0.338 D65 3-line 0.336 y 0.334 0.332 0.330 0.328 0.300 0.350 0.400 x 14
Színvisszaadási index Minták színmegjelenése összehasonlítva ideális fényforrással történı megvilágítás alatt látható színmegjelenéssel Ideális fényforrás, a vizsgálandóval azonos korrelált színhıpmérséklető: 5000 K alatt: Planck sugárzó 5000 K felett nappali (Daylight) sugárzáseloszlás Minták: 8 + 5 Munsell színminta von Kries színi áthangolódás Színinger-különbség U*,V*,W* térben R i =100- E i, R a = Σ(R i )/8, i= 1... 8 Alkalmazási területek megoszlása 15
A nagy fényerejő LEDek felhasználása, LED cluster -ek LED cluster 73 LED-bıl álló cluster izzólámpák és kompakt fénycsövek retrofit kiváltására, 51 lm, 16 cd > 100 000 óra élettartam (LED Spheroid WACO Distributors) 16
LED-es fényforrás Színes LED lámpák 17
Kis és nagyfeszültségre készült LED lámpák Közvil. lámpatest 18
Felülnézet 19
20
21
Világító dióda alkalmazása a közlekedéstechnikában 22
Közlekedési jelzıtábla LEDes közlekedésvilágítási jelzılámpa fejlıdése 1993 1996 1998 23
LED összeállítás jelzılámpa számára LEDes jelzılámpa metszete 24
LEDes jelzılámpa keresztmetszete LEDes sorompó jelzıfény 25
Construction of a signal light A sugárzás szétosztása 26
Traffic lights Long life Robust Sun phantoms Further traffic light applications 27
New York-u utcatáblák Világító közlekedési jelzıtábla napelemes tápáramforrással 28
LEDek alkalmazása nagyfelülető jelzésekben Kansas City, 1800 soros display 29
Beijing Olympia bemutató 2400 x 792 Beijing Olympia 2008 pixel felbontás 30
Hajlítható display Világító dióda, mint belsı világítás (kísérlet) 31
Barbican Centre LED világítás 32
Bár-világítás Belsıtéri alkalmazás 33
Local lighting 12 Luxeons: 240 lm A kör-lámpa felépítése 34
Olvasólámpa gépkocsi és repülıgép számára Olvsólámpa konstrukció 35
Safety lighting of stairs Kijáratjelzı 36
Polc világítása LED-ekkel Konyhai helyi világítás LEDdel 37
Hőtött tér világítása LED-del Fényre érzékeny árucikkek megvilágítása (Osram W3F finebinning LED-ek, LED prof.rev. Mar/Apr. 2008 38
Kirakatvilágítás LED prof.rev. Mar/Apr.2008 LED-es világítás gyalogos közlekedés számára 39
LED park világítás Philips utcai tér és park világításra fejlesztett lámpatest Philips LED-es közvilágítási lámpatest 40
Osram LED utcai világításhoz, napelemes táplálással Mellék-utca LEDes világítása Osram's LEDs are lighting up the streets in the Canadian town of Banff. To date, eight streetlights have been converted to LEDs, which has reduced the energy consumption by 36 %. Osram hopes that their scheme will speed up the uptake of LED lighting. Optics.Org Nov.12.2007 41
Kocsibehajtó világítás A 30 db LEDes lámpatest 25%-al gazdaságosabb világítást biztosít, mint a nagynyomású Na lámpa LED Magazin 2008 április High pressure Sodium versus LED 70 W Na, 100 lm/w; 50 % luminaire efficiency: 50 lm/w 41 1 W LED, 35 lm/w; 90 % luminaire efficiency: 32 lm/w Spill light glare Dynamic lighting: Motion/sound detectors Traffic lane guidance 42
Pedestrian bridge Híd díszvilágítása LED-del 43
Clifton-híd világítása LED-del Clifton-híd részlet 44
Víz alatti lámptest Közlekedési veszély jelzés 45
Prágai metró:színkód Padló világítások 46
Közlekedés-vezetése fénnyel Park-világítás, útszegély jelzés 47
Emlékmő megvilágítás 48
Agbar torony Világító bútorok 49
Fényreklám Light Cube, példa a fénnyel való környezetszennyezésre 50
Automotive application Hyundai HCD8 headlamp Hyundai HCD8 sports coupe demonstrates design innovations enabled by LEDs LED Magazin 2004 Sept. 51
Hyundai HCD8 headlamp Ford Shelby GR-1 concept car with Osram ThinGaN(R) LEDs: 50 lm/350 ma Two LED modules work together to create optimum low and high beam output. While one module provides beam spread, the other creates the "hot spot," or beam center. The compact LED system allows automakers more external design flexibility. 52
Audi A8DRL lámpa Hella LED-es autófényszóró 1000 lm tompított 7 db hexagonalis mőanyg lencse, 4 mőködik a tompítottban, további 3 az országútiban. Integrálták az irányjelzıket is. 53
Hella LED-es fényszóró VW Golfban Gépkocsi fényszóró/irányjelzı ki- és bekapcsolt állapotban 54
Audi R8 fényszóró Nappali fény: 24 Osram Adv, Power TOP LED Tompított: 4-chipes Lumileds Luxeon sor + 3 két-chippes sor ad a hot-spot körül megvilágítást Országúti hasonló. Compound Semicond.NET 2007 Aug. Visteon GM autófényszóró és ködlámpa 55
56
57
LED-es lámpatestek Fogorvosi UV besugárzó 58
LCD háttér világítás Háttér világítás fehér LED-ekkel RGB háttér világítás: szín stabilitás aktiv visszacsatolás *From G Harbers: LED backlighting for LCD displays, SID Conf. **From Martynov et al: High efficiency slim LED backlighting system with mixing light guide. SID Digest 03, 43.3 * ** 59
Képmegjelenítı háttérvilágító modul részlet A háttér világítás és az elérhetı színességi terület 60
Osram LCE háttér világítás LED-es projektor 61
Pico-Projektor 62