Mindent a LED -ről


LED azaz Light Emitted Diode (fénykibocsájtó dióda)

A LED az NP átmeneten áthaladó elektromos áram hatására inkoherens, szűk spektrumú fényt bocsájt ki. Ez az effekt az elektroluminancia. A LED gyakorlatban egy kis méretű elektronikai alkatrész mely egy chipből és egy optikából áll.

A kibocsájtott fény színe az alkatész alapanyaga és minőségétől függ lehet infravörös és ultraviola is.


A LED felfedezése és története
  • 1900-as évek elején Henry Round, a Marconi Labs szakembere fedezte fel az elektroluminancia jelenségét.
  • 1920-as év 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 kibocsájtott fény intenzitása igen csekély volt.
  • 1955-ben Rubin Braunstein, az amerikai rádiózási vállaltnál készítette el az első kisérleti infravörös tartományban sugárzó LED diódát, aminek az alapanyaga gallium arzenid (Gaas) volt. 1961-ben az amerikai Texas Instruments vállaltnál, 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.
  • 1961-ben az amerikai Texas Instruments vállaltnál, 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.
  • 1971-ben Holonyak korábbi tanítványa Dr. M. George Craford megalkotta az első gyakorlatban is használható sárga LED-et. Nem sokkal később a sárgánál 10 x fényesebb vörös és vörös-narancs LED-eket is piacra dobták.
  • 1972-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.
  • 1999-ben a Philips Lumileds legyártotta az első folyamatos üzemű 1 wattos LED-et. Ez a LED mérete szerint sokkal nagyobb lett, mint hagyományos társai. Ezek a LED-ek már csak hűtőbordára szerelve használhatóak, és ezzel kezdetét vette a LED-ek világítási célú felhasználása.

LED működése

Akár egy normál diódánál a LED tartalmaz egy félvezető chipet, amin P-N átmenet van kialakítva. A töltés áramlás csak az egyik irányban lehetséges az elektronok és lyukak között. A tiltott sáv szélessége határozza meg a folyamat fenntartásához szükséges feszültség nagyságát. Amikor egy elektron átugorja a rést, érkezésekor egy másik elektront magasabb energiájú pályára állít. Ez energia bevitellel jár, amit az atom egy foton kibocsátásával sugároz le. A hullámhossz, így a kibocsátott fény színe a becsapódási energiától, azaz a tiltott sáv méretétől függ.


Lumentől a Wattig

Az ember fényigénye az elektromos áram felhasználásával működő fényforrások megjelenése óta egyre fokozódik. A munkahelyet, a lakó életteret a természetes fény hiányában megvilágító mesterséges fényforrások iránti követelmény egyre növekszik. A kezdetben volt anyagégetéssel működő lámpások mintájára, 1-1 izzólámpára épített megvilágítás helyett, a rendelkezésre álló teret fénnyel egyre egyenletesebben megvilágító és kellemesebben kitöltő fényforrások igényeltek. A XX. század végén megjelenő villamos energiaköltség növekedés hatására újabb igényként jelent meg a gazdaságos megvilágítás előállítása, amelynél a fényáram előállítása egyre csökkenő villamos teljesítményt igényel. Legújabb fényforrások a LED (világĂ­tó dióda) segítségével épülő fényforrások. A LED fényerőssége kandela mértékegységben megadott. Az elemi LED fényforrás hasznos tulajdonsága az irányított pontsugárzó volta az, hogy a fénykibocsátása irányítottan történik, így az izzólámpák vagy fénycsövek esetében az emberi tartózkodási térrel ellentétes oldalról a fényt tükörrel, reflektorral nem kell a hasznosítás irányába vetíteni. A LED-ek néhány fokos térszögtartománytól egészen 120 fokos térszögig látható változatokban készülnek. A LED-ek nemcsak izzólámpaszerű fényforrásként szerezhetőek be - amelyek egyszerűségüknél fogva csábítanak a meglévő fényforrások kicserélésére - hanem olyan merev illetve flexibilis szalagok formájában, amellyel a térben egyenletesen elosztott megvilágítást lehet kialakítani. A LED-del készült világítótestek 2 dologra érzékenyek: egyik a stabilizált tápfeszültségű pontos táplálási igény, a másik a 80°C alatti üzemeltetési hőmérséklet. A LED fényforrások ára szerencsére egyre inkább közelít a korábbi típusokhoz, de ma még viszonylag magasabb árfekvésűnek számítanak, azonban rendkívül jó fényhasznosításuk (1-5W villamos teljesítmény igény) a hosszú élettartamukkal párosulva gazdaságos megvilágítást tesznek lehetővé.


Fényhasznosítás:

A fényáram és a fényforrás működéséhez szükséges teljesítmény aránya.

Mértékegysége: lm/W


Fényigény:

Valamely látási feladat vizuális kifáradás nélküli elvégzéséhez szükséges megvilágítás mértéke.


Pontsugárzó:

Olyan fényforrás, amelynek a tér bármely irányába kiterjedése elhanyagolható.


LED fényforrás:

Pontsugárzó azonban csak a tér korlátozott szögtartományába a LED fényforrás alapvetően (külön reflektor nélkül) irányított sugárzású fényforrás.


LED fénykibocsátási szögtartomány:

Az a térszög érték, amelynek határán a sugárzó fényerősség a névleges fényerősség 50 %-a.


Kandela:

A fényerősség egysége. A fényerősség a fénysugárzó (a fényforrás) elemi térszögbe sugárzott fényáramának és a térszögnek a hányadosa.

Jele: Iv
Mértékegysége: cd (kandela)

A kandela olyan sugárzó fényerősség, amely 540x1012 Hz frekvenciájú (555,016 nm hullámhosszúságú) monokromatikus sugárzást bocsát ki 1/683 W/sr sugárerősséggel.


Lumen:

A fényáram mértékegysége.

Jele: lm

1 lumen a fényáram, ha egy minden irányba 1 kandela fényerősségű pontsugárzó 1 sr térszögbe eső sugárzását vesszük figyelembe.


Lux:

A megvilágítás mértékegysége.

Jele: lx

1 lux a megvilágítás, amelyet 1 m2 felületen egyenletesen eloszló 1 lumen fényáram létesít.


Táplálás igény:

Az adott fényforrás névleges fényáramának előállításához használt teljesítmény igénye (W), amely a kapocsfeszültség (U) és az átfolyó áram (I) szorzataként számítható.


Stabilizált tápfeszültség:

A stabilizált tápfeszültség előállítását olyan tápegység végzi, amely -adott határok között- bekövetkező bemenő feszültség (pl.: 230V-os hálózati feszültség) ingadozás és/vagy a tápegység kimenetére kapcsolt terhelés változás hatására sem változtatja kimenő feszültségét.