LED: teoria ne omoară!

LED: teoria ne omoară!

 

LED-urile reprezintă o tehnologie relativ nouă de producere a luminii, întâlnită și sub denumirea de “solid state lighting” SSL. A cunoscut o dezvoltare rapidă și schimbări majore de performanțe sunt anunțate de la o lună la alta. LED-urile au introdus și un nou vocabular de  termeni și expresii în iluminat, mai mult sau mai puțin aliniat cu cel din domeniul electronicii; încercăm să definim câțiva dintre aceștia și să prezentăm un pachet de cunoștințe de bază asupra subiectului.

Funcționare. LED-ul este un dispozitiv semiconductor care emite lumină atunci când la bornele sale este aplicat un curent. Diodele sunt componente electronice utilizate în circuite electronice de mai bine de 80 de ani. O diodă permite trecerea curentului electric doar într-o direcție; de fapt acționează ca o valvă cu sens unic. Diodele au fost utilizate în circuitele electronice pentru redresarea curentului alternativ (ca) în current continuu (cc). La trecerea curentului electric prin LED, la joncțiunea dintre pozitiv – negativ p-n apare o formă de electroluminescență. Emisia de lumină se face într-un spectru foarte îngust. De fapt, curentul electric trece printr-un compound chimic (cristal) și produce o excitare atomică ce generează lumină. Tipul materialelor utilizate pentru joncțiune definește lungimea de undă a luminii emise și deci culoarea luminii. Primul LED utilizat pentru lumină a fost realizat în 1962 și a fost de culoare roșie.

Construcția LED-ului. Inima LED-ului constă dintr-o plăcuță realizată prin depunerea unui strat de material  semi-conductor pe un substrat, în general denumit “wafer”. Wafer-ul este un disc având diametrul de 100 sau 150 mm din care se pot produce un număr mai mare sau mai mic de diode (LED chips). Acesta este un procedeu tehnologic deja clasic în producție prin care se realizează majoritatea semi-conductorilor din circuitele integrate. După testare și selectare în funcție de culori și intensitate, fiecare cip este asamblat într-un “Pachet LED” care este practic componentul ce urmeaza a fi încorporat într-un circuit și utilizat pentru producerea luminii.

Lumina produsă de LED. Lumina produsă de cip-urile LED poate să acopere întreg spectrul vizibil, inclusiv spectrul IR și UV. Culoarea emisă este determinată însă de materialele semi-conductoare, de fapt fiecare CIP emite într-un domeniu relativ îngust al spectrului. Lumina “albă”  este produsă fie utilizând un LED albastru care emite printr-un strat galben de fosfor, fie din mai multe diode emițând lumina din culorile de bază, roșie, verde și albastră ( RGB) care combinate produc lumina albă. Prima metodă este utilizată atunci când este necesară doar lumină albă de o anumită temperatură de culoare, cea de a doua atunci când modificarea amestecului de culori de bază are ca rezultat modificarea temperaturii de culoare de la cald la rece.

De aici încep discuțiile… și unde sunt discuții sunt și probleme… de discutat!

Căldura produsă de LED. LED-urile nu produc doar lumină. La joncțiunee p-n se produce și o importantă cantitate de căldură care trebuie disipată. Disiparea de căldură este critică pentru performanțele luminotehnice și pentru durata de viață a acestuia. Temperatura joncțiunii “Tj” este unul dintre cei mai importanți parametri de performanță ai LED-ului și trebuie menținută în parametrii optimi. Variații ale Tj pot influența în mare măsură eficacitatea, spectrul de emisie și viața unui LED. Un cip LED  are un set definit de valori a Tj, care este testat în mod curent la valoarea de 25˚C. Este doar o valoare teoretică, întrucât toate LED-urile vor trebui să funcționeze la valori mult mai mari atunci când sunt încorporate într-un corp de iluminat.

Eficacitate. Performanțele LED-urilor sunt în continuă dezvoltare și eficacitatea luminoasă crește permanent. Furnizorii de LED-uri nu pierd nici un prilej de a-și  anunța continuu progesul în presa de specialitate în ceea ce privește cercetarea și dezvoltarea de LED-uri cu eficacități luminoase din ce în ce mai “uriașe”. În 2013 unul dintre fabricanții importanți nu a avut nici o reținere de a anunța o eficacitate luminoasă de 250lm/W. Totuși… toată această cursă de marketing nu trebuie confundată cu lumea reală a performanțelor cip-urilor LED. În mod normal, pentru temperatura de culoare de 2700K – 3000K (alb cald), LED-urile ating cca 120 lm/W dar “se înregistrează încă progrese continui”, cu rații de creștere ceva mai mici însă decât își doresc marketing managerii sau chiar marile firme cu care am fost obișnuiți.

Când un cip LED este însă încorporat într-un corp de iluminat trebuie avută în vedere eficacitatea luminoasă a întregului sistem. În circuit este nevoie totdeauna de aparataj auxiliar (denumit și driver) încorporat sau nu în LED, care …consuma energie, există pierderi datorită absorbției din corpul de iluminat, în plus atunci când LED-ul funcționează în afara parametrilor optimi măsurați, și aici ne referim la Temperatura joncțiunii Tj, nu mai produce aceeași cantitate de lumină. Totuși, cu echipamente de control adecvate, în corpuri de iluminat cu sisteme optice potrivite și cu posibilitatea transferului de căldură (radiatoare) există realizări tehnice de corpuri de iluminat care asigură puțin peste 100 lm/W.

Articolul integral il puteți citi in ediția tipărită a revistei Electricianul nr. 4/2016.

Share