1. Parametry żarówek LED

Przy wyborze żarówek, nie tylko LED warto znać kilka parametrów jakie je opisują, aby móc w pełni świadomie dokonać zakupu interesującego nas produktu.

Moc znamionowa – informuje nas przy jakiej wartości mocy urządzenie pracuje w sposób prawidłowy i zgodnie z zaleceniami

Strumień świetlny - wielkość ta określa całkowitą moc światła jaką emituje dane źródło światła przechodzącego przez daną powierzchnię. Upraszczając - mówi nam ile żarówka „daje” światła - jaki strumień świetlny pada na daną powierzchnię. Jednostką strumienia świetlnego jest lumen [lm]. 

1 lm = 1 cd·sr

Natężenie światła (jasność) -  w fotometrii - światłość kierunkowa czyli wielkość charakteryzująca wizualną jasność źródła światła, której jednostką jest kandela [cd].
Natężenie (światłość) jest definiowane jako: I(W)= dF/dW.

Natężenie oświetlenia - jest to gęstość strumienia świetlnego padającego na daną powierzchnię, równą granicy ilorazu strumieniaświetlnego Φ padającego na powierzchnię i pola S tej powierzchni, przy S dążącym do 0. Najprościej mówiąc wartość ta informuje nas z jakim natężeniem oświetlana jest dana powierzchnia - czyli jak jasno jest oświetlona.

Jednostką natężenia oświetlenia w układzie SI jest luks (lx), czyli lumen na metr kwadratowy  lx = lm / m2.

Wielkość ta nie charakteryzuje samego źródła światła tylko jasność oświetlenia powierzchni.

 

Barwa światła – czyli barwa jaką emituje żarówka. Określa się ją za pomocą temperatury barwowej i jest wyrażona w Kelwinach (K). Im wyższa temperatura barwowa tym światło jest zimniejsze. 

Barwę światła możemy podzielić na trzy główne grupy:

• biała ciepła < 3500 K
• biała (neutralna) 3500 - 5000 K
• zimna > 5000 K

Temperatury barwowe oświetlenia:
4100 K – Świetlówka - lampa fluorescencyjna     4000 K – Lampa metalohalogenkowa     3500 K – Lampa metalohalogenkowa     3500 K – Świetlówka - lampa fluorescencyjna     2800 K – Lampa halogenowa     2800 K – Świetlówka - lampa fluorescencyjna     2500 K – zwykła żarowka     2000< K – Lampa sodowa	2000 K – barwa światła świeczki 3000 K – wschód i zachód Słońca 6500 K – barwa dzienna 10000-15000 K – barwa czystego niebieskiego nieba 28000-30000 K – błyskawica

Skuteczność świetlna jest to stosunek strumienia świetlnego emitowanego przez źródło światła do pobieranej przez nie mocy. Skuteczność świetlna informuje nas jak wydajne jest dane źródło światła. Jednostką skuteczności świetlnej jest lm/W. W przypadku tradycyjnych źródeł żarowych, skuteczność nie jest liniowa i wynosi około 6-10 lm/W dla żarówek o mocy poniżej 60W, oraz 11-16lm dla żarówek o większych mocach. Różnica ta łatwo tłumaczy fakt, iż jedna żarówka 100W daje więcej światła niż dwie żarówki o mocy 50W.

Lepszą skutecznością od klasycznych żarówek charakteryzują się żarówki halogenowe. Te osiągają sprawność od 14 do 22lm/W. Znacznie bardziej wydajne są świetlówki kompaktowe i tzw. jarzeniówki. Skuteczność najpopularniejszych modeli wynosi około 50-60lm/W.

Połączeniem wysokiej skuteczności oraz znakomitej barwy są nowoczesne lampy bazujące na diodach LED. Powszechnie dostępne oświetlenie diodowe uzyskuje sprawność sięgającą 80-100lm/W. W warunkach laboratoryjnych, źródła światła LED osiągają nawet 230lm/W (obecny rekord - 231 lm/W - dioda firmy Cree). Dzięki bardzo dobremu odwzorowaniu barw oraz wysokiej energooszczędności, lampy LED są coraz częściej stosowane w oświetleniu ulicznym.  

Kąt świecenia – informuje nas o zakresie padającego z żarówki światła. Dla przykładu: oświetlenie punktowe będzie miało mały kąt świecenia, natomiast żarówka dookólna duży – 360 stopni.

W opisach żarówek LED możemy ponadto znależć takie określenia jak:

SMD – to elementy elektroniczne przystosowane do montażu powierzchniowego. W przypadku LED oznacza to diody przystosowane do montażu. Diody takie charakteryzują się mniejszymi rozmiarami – są płaskie - co umożliwia ich zastosowanie np. w taśmach LED.

Dioda LED (ang. light-emitting diode) - czyli dioda elektroluminescencyjna. Zalicza się ją do półprzewodnikowych urządzeń optoelektronicznych emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego, podczerwieni i ultrafioletu.

RGB – model przestrzeni barw. Jego nazwa to skrót od angielskich słów – Red , Green, Blue – oznaczających trzy kolory podstawowe, które wchodzą w skład tego modelu (czerwony,zielony,niebieski).

Radiator - metalowy element służący odprowadzaniu nadmiaru ciepła z urządzeń elektronicznych. Wykonany z metalu dobrze przewodzącego ciepło (aluminium bądź miedź), od strony dostępu powietrza uformowany zazwyczaj w postaci żeber w celu lepszego oddawania ciepła. Możemy go spotkać w żarówkach o większej mocy.

 Opis został skopiowany ze strony Modernhome.pl

Lampa LED

Lampa LED – zwana potocznie żarówką LED - źródło światła oparte na diodach elektroluminescencyjnych, umieszczone w obudowie pozwalającej zastosować je w oprawie oświetleniowej przeznaczonej dla żarówek.

Proste konstrukcje, służące głównie jako kontrolki przeznaczone do zastępowania miniaturowych żaróweczek w tablicach synoptycznych lub samochodowych tablicach rozdzielczych, zawierają tylko diodę świecącą w dowolnym kolorze oraz opornik, pracują przy napięciach 6–24 V.

Lampy diodowe, służące do oświetlania, posiadają cokół, np. E14 lub E27, który pozwala umieścić je w oprawie dla żarówek 230 V, ale też znormalizowane przyłącza bagnetowe albo igiełkowe. Niskie napięcie konieczne do zasilania diod świecących: białych lub ciepło białych (Warm White), jest w nich wytwarzane za pomocą przetwornicy impulsowej. W lampach LED stosuje się zarówno diody klasyczne (okrągłe) jak i diody montowane powierzchniowo o szerszym kącie świecenia i większej wydajności świetlnej, zwane diodami LED SMD oraz LED COB.

Do podstawowych zalet lamp diodowych, w porównaniu z lampami żarowymi, należy znacznie większa trwałość, szerszy zakres napięć roboczych, większa sprawność, znacznie mniejsze nagrzewanie, brak zależności temperatury barwowej światła od napięcia zasilającego, a w przypadku kontrolek, dodatkowo możliwość uzyskania dowolnego koloru świecenia bez użycia barwnych filtrów.

Najważniejszą wadą jest wysoka cena, która jest jednak rekompensowana przez dużo dłuższą żywotność oraz bardzo niskie koszty eksploatacyjne. Zwrot inwestycji polegającej na wymianie oświetlenia tradycyjnego na lampy LED może być krótszy nawet niż 1 rok, a oszczędności osiągane na każdej wymienionej żarówce wynoszą np. około 40 zł/rok w przypadku żarówki 50-watowej i odpowiednio ok. 80 zł/rok dla 100-watowej[2].

Wadą lamp LED jest różnorodna charakterystyka widmowa w porównaniu do żarówki wolframowej lub halogenowej. Przy wyborze źródła światła należy zatem zwracać uwagę na opis lampy LED - np. "ciepła biała" i "zimna biała"[3].

cd.

Odmiany i zastosowania LED

IR – emitujące promieniowanie podczerwone – wykorzystywane w łączach światłowodowych, a także w urządzeniach zdalnego sterowania

HBLED, High Brightness LED – diody o wysokiej jasności świecenia; za takie uważa się, których jasność przekracza 0,2 cd; znajdują one zastosowanie w miejscach, gdzie zwykle używa się tradycyjnych źródeł światła – w sygnalizacji ulicznej, w oświetleniu pojazdów, w latarkach

RGB LED – dioda mająca struktury do generowania trzech podstawowych barw (czerwony, zielony, niebieski), a co za tym idzie, przez możliwość ich mieszania, praktycznie dowolnej barwy

RGBA LED – rozszerzenie struktury RGB o dodatkową diodę o kolorze bursztynowym (ang. Amber) powiększającą osiągalną przestrzeń barw

RGBW LED – rozszerzenie struktury RGB o dodatkową diodę o kolorze białym (ang. White). Przykładem diody RGBW jest dioda firmy CREE model MC-E RGBW

warm white LED – Dioda generująca światło białe ciepłe (według normy PN-EN 12464-1 jest to temperatura barwowa poniżej 3300 K). Diody ciepłe mają najbardziej zbliżoną temperaturę barwową do światła żarówki.

neutral white LED – Dioda generująca światło białe neutralne (według normy PN-EN 12464-1 jest to temperatura barwowa 3300 K - 5300 K)

cool white LED – Dioda generująca światło białe zimne (według normy PN-EN 12464-1 jest to temperatura barwowa powyżej 5300 K)

High Power LED lub Power LED - Dioda wysokiej mocy, do poprawnej pracy wymaga zapewnienia odpowiedniego chłodzenia i źródła prądowego do zasilania. Białe diody tego typu mają najczęściej emiter wielkości około 1 mm2, jasność około 100 lm przy prądzie 350 mA i pobieranej mocy około 1 W . Maksymalny prąd podawany przez producentów to zazwyczaj 0,7÷1,5A na 1 mm2 struktury (maksymalny prąd zależy w głównej mierze od chłodzenia struktury świecącej diody). Firmy produkujące tego typu LED-y to (przykładowe modele w nawiasach): Philips Lumileds Lighting Company (Luxeon K2, Luxeon Rebel), CREE (XR-C, XR-E, XP-C, XP-E, XP-G, MC-E), Seoul Semiconductors (SSC-P4, SSC-P7), Osram Opto Semiconductors GmbH (Ostar, Oslon), Luminus Devices (SST-50, SST-90) Nichia.

cd.led

W krzemie i germanie dominują przejścia skośne.
Luminescencja jest zjawiskiem fizycznym polegającym na emitowaniu przez materię promieniowania elektromagnetycznego pod wpływem czynnika pobudzającego, które dla pewnych długości fali przewyższa emitowane przez tę materię promieniowanie temperaturowe. W diodzie elektroluminescencyjnej (LED) mamy do czynienia z tzw. elektroluminescencją, przy wytworzeniu której źródłem energii pobudzającej jest prąd elektryczny dostarczony z zewnątrz, czasami pole elektryczne. Najefektywniejsza elektroluminescencja w półprzewodniku powstaje w wyniku rekombinacji swobodnych nośników ładunku w złączu p-n, gdy jest ono spolaryzowane w kierunku przewodzenia. Intensywność świecenia zależy od wartości doprowadzonego prądu, przy czym zależność ta jest liniowa w dużym zakresie zmian prądu. Zjawiska przeszkadzające elektroluminescencji to pochłanianie wewnętrzne i całkowite odbicie wewnętrzne. Długość fali generowanego promieniowania:
\lambda=\frac{hc}{W_g}
przy czym:
Wg = Wc – Wv – szerokość pasma zabronionego lub różnica energii poziomów, między którymi zachodzi rekombinacja,
h – stała Plancka,
c – prędkość światła.
Miarą strat na odbicie wewnętrzne i pochłanianie jest stosunek zewnętrznej do wewnętrznej sprawności kwantowej nqz/nnw. O ile wewnętrzna sprawność kwantowa nqw jest zależna od technologii procesu wytwarzania złącza oraz właściwości zastosowanego półprzewodnika, o tyle na zewnętrzną sprawność kwantową ma także wpływ kształt diody.
Na rysunku a) przekrój diody elektroluminescencyjnej płaskiej, a na rysunku b) półsferycznej. Kąt krytyczny, przy którym występuje pełne odbicie wewnętrzne
q_{kr}= \mathrm{arcsin}\frac{1}{n^{*}}
przy czym n* jest współczynnikiem załamania.
Pochłanianie wewnętrzne może być wyrażane za pomocą funkcji exp[-a(l)x], gdzie a(l) jest współczynnikiem absorpcji dla danej długości fali, x zaś określa odległość od miejsca rekombinacji promienistej do powierzchni emitującej promieniowanie diody na zewnątrz.
Całkowitą sprawność zamiany energii elektrycznej na energię promienistą w przypadku omawianej diody płaskiej określa zależność:
\mu_{qz}=\frac{q}{P}\frac{4n^{*}}{(n^{*}+1)^2}(1-\cos\phi_{kr})\frac{\int\Phi(\lambda)[1+R~\exp(-2\alpha_n(\lambda)\chi_n)]~\exp(\alpha_p(\lambda)\chi_p)d\lambda}{\int\Phi(\lambda)d\lambda}
przy czym:
P – moc wejściowa elektryczna;
4n*/(n*+1)² – współczynnik transmisji (przepuszczalności) promieniowania z wnętrza półprzewodnika do powietrza;
f(l) – strumień fotonów;
R – współczynnik odbicia od kontaktu tylnego;
αn, αp – współczynnik absorpcji w obszarze n lub p diody;
xn , xp – grubość obszaru n lub p diody.
Złącza p-n diod elektroluminescencyjnych z GaAs wykonuje się zazwyczaj techniką dyfuzyjną, co zapewnia im wysoką sprawność kwantową.
Promieniowanie diod elektroluminescencyjnych z GaAs można uczynić widzialnym za pomocą przetworników podczerwieni, na przykład przez pokrycie powierzchni diody odpowiednim luminoforem. Promieniowanie widzialne emitują diody elektroluminescencyjne z półprzewodników trójskładnikowych GaAsP, w których tak samo jak w GaAs są spełnione warunki dla prostych przejść rekombinacyjnych. Diody z GaAsP emitują światło czerwone o długości fali l = 650 nm.
Długość fali emitowanego promieniowania zwiększa się ze wzrostem temperatury złącza. Diody emitują promieniowanie w bardzo wąskim przedziale widma: od 490 nm – kolor niebieski do 950 nm – bliska podczerwień.
Diody elektroluminescencyjne są wytwarzane z materiałów półprzewodnikowych (pierwiastki z III i V grupy układu okresowego np. arsenek galu GaAs, fosforek galu GaP, arseno-fosforek galu GaAsP o odpowiednim domieszkowaniu). Barwa promieniowania emitowanego przez diody elektroluminescencyjne zależy od materiału półprzewodnikowego; są to barwy: niebieska, żółta, zielona, pomarańczowa, czerwona.
Nazwa Materiał Barwa



arsenek galu GaAs podczerwień
fosforek galu GaP czerwona, zielona, żółta
fosforo-arsenek galu GaAs1-xPx czerwona, pomarańczowa, żółta
galo-arsenek glinu AlxGa1-xAs czerwona, podczerwień
azotek galu GaN niebieska, biała (gdy dioda jest pokryta luminoforem, który wzbudzany przez niebieskie światło diody z azotku galu świeci przykładowo na żółto, co w efekcie daje barwę białą z widocznym lekkim niebieskim odcieniem)
Średni prąd przewodzenia IF nie powinien przekraczać 20 – 1500 mA, zależnie od typu diody. Często ogranicza się go za pomocą odpowiednio dobranego rezystora połączonego szeregowo z diodą lub stabilizatora prądu. Stabilizatory prądu są zwykle stosowane do zasilania diod dużej mocy, gdzie istotna jest sprawność układu zasilania diody. Zalety diod elektroluminescencyjnych:
mały pobór prądu
mała wartość napięcia zasilającego
duża sprawność
małe straty energii
małe rozmiary
duża trwałość
duża wartość luminacji

LED

                                   Historia diody i jej światła 

Diody elektroluminescencyjne 

Dioda elektroluminescencyjna, dioda świecąca (ang. light-emitting diode, LED) – dioda zaliczana do półprzewodnikowych przyrządów optoelektronicznych, emitujących promieniowanie w zakresie światła widzialnego, podczerwieni i ultrafioletu.

Wynalezienie diody

Do produkcji weszła w latach sześćdziesiątych w formie opracowanej przez amerykańskiego inżyniera Nicka Holonyaka juniora, który jest uważany za jej wynalazcę.

Możliwe jest, że została wynaleziona już wcześniej, w latach 20. XX wieku. Radziecki technik radiowy Oleg Łosiew zauważył, że diody ostrzowe używane w odbiornikach radiowych emitują światło, w latach 1927-30 opublikował łącznie 16 artykułów opisujących działanie diod elektroluminescencyjnych

.

Działanie

Działanie diody elektroluminescencyjnej (LED) opiera się na zjawisku rekombinacji nośników ładunku (rekombinacja promienista). Zjawisko to zachodzi w półprzewodnikach wówczas, gdy elektrony przechodząc z wyższego poziomu energetycznego na niższy zachowują swój pseudopęd. Jest to tzw. przejście proste. Podczas tego przejścia energia elektronu zostaje zamieniona na kwant promieniowania elektromagnetycznego. Przejścia tego rodzaju dominują w półprzewodnikach z prostym układem pasmowym, w którym minimum pasma przewodnictwa i wierzchołkowi pasma walencyjnego odpowiada ta sama wartość pędu.

  

Półprzewodnikiem cechującym się tego rodzaju przejściami jest arsenek galu (GaAs) i między innymi dzięki tej własności głównie on jest wykorzystywany do produkcji źródeł promieniowania (drugim powodem jest bardzo duża sprawność kwantowa – jest to parametr określający udział przejść rekombinacyjnych, w wyniku których generowane są fotony do ilości nośników ładunku przechodzących przez warstwę zaporową złącza p-n, przejścia rekombinowane zachodzą w obszarze czynnym złącza).

\eta_{qw}=\frac{N_{fot}}{N_{noso}}=\frac{\frac{P_{prom}}{h \nu}}{\frac{I}{e}}

przy czym:

Nfot – całkowita ilość fotonów generowanych wewnątrz obszaru czynnego;

Nnośo – całkowita ilość nośników wstrzykiwanych do obszaru czynnego złącza;

Pprom – moc promieniowania generowanego wewnątrz półprzewodnika;

h – stała Plancka;

v – częstotliwość generowanego promieniowania;

I – prąd elektryczny doprowadzony do diody;

e – ładunek elektronu.

cdn......

Świetlówki Kompaktowe

Świetlówka kompaktowa

Świetlówka kompaktowa, kompaktowa lampa fluorescencyjna (CFL ang. Compact fluorescent lamp) - jest to rodzaj lampy fluorescencyjnej (świetlówki) o kształcie zapewniającym małe wymiary gabarytowe. Świetlówki takie mają najczęściej kształt litery "U" lub spirali. Świetlówki kompaktowe możemy podzielić na świetlówki ze zintegrowanym układem zapłonowym oraz na świetlówki wymagające opraw z takim układem.

Zalety w porównaniu do żarówek[edytuj

po rozgrzaniu, wytwarzają znacznie więcej światła niż żarówki przy tym samym poborze mocy

wielokrotnie dłuższy czas pracy (przy rzadkim włączaniu/wyłączaniu)

mniejsza zależność strumienia świetlnego od napięcia zasilającego

możliwość innych barw światła niż 2500K standardowej żarówki, np. barwa biała 4000K lub barwa dzienna 6500K

Wady w porównaniu do żarówek

Świetlówki wprowadzają do sieci wyższe harmoniczne prądu (rośnie współczynnik THD), czyli jakość energii elektrycznej w sieci jest niższa (przebieg jest odkształcony). W wyniku nakładania się harmonicznych z różnych źródeł obciążenie transformatorów nawet mocą znacząco mniejszą od nominalnej może powodować ich uszkodzenia.

większa zależność strumienia świetlnego od temperatury otoczenia (utrudniony zapłon przy niskiej temperaturze)[1]

znaczna zależność efektywności energetycznej od stopnia zużycia[1]

zależność barwy światła od stopnia zużycia

dłuższy czas rozświetlania po włączeniu zasilania (rośnie wraz z użytkowaniem)

mniej naturalne widmo światła (widoczne barwy niektórych obiektów są inne niż w świetle słonecznym, również względem siebie)[2][3][4]

promieniowanie ultrafioletowe (UV)[5]

brak możliwości regulacji jasności i barwy światła przez regulację napięcia (aczkolwiek są na rynku modele z wbudowaną elektroniką przystosowaną do standardowych ściemniaczy)

wyższa cena (dodatkowo wzrosła o 20-25% po wprowadzeniu ograniczeń w sprzedaży żarówek[6])

znaczny spadek żywotności przy dużej częstości włączeń/wyłączeń

zawierają niewielką ilość toksycznych oparów rtęci (ok. 5 mg), w związku z czym konieczny jest ich recykling i nie wolno ich wyrzucać do zwykłego kosza na śmieci[7]

pogarszanie jakości energii elektrycznej w systemie zasilania[8]

Świetlówki ze zintegrowanym układem zapłonowym

Zaletą takich świetlówek jest fakt, iż są one bezpośrednimi zamiennikami żarówek głównego szeregu (posiadają taki sam gwint). Żywotność świetlówek kompaktowych mieści się w zakresie od 6000h do 15000h. Większość z nich nie jest przystosowana do stosowania w oprawach zamkniętych; używanie świetlówki w takiej oprawie znacząco skraca jej żywotność. Niektóre świetlówki posiadają własną obudowę rury fluorescencyjnej zmniejszającą luminancję i poprawiającą walory estetyczne. Dostępne świetlówki zalicza się do klas energetycznych A albo B. Najczęściej spotykane mają temperaturę barwową 2700K (zbliżona do temperatury barwowej żarówki) albo 6400K (światło dzienne). Skuteczność świetlna wynosi ok. 50 lm/W.

        

Świetlówki z zewnętrznym układem zapłonowym

Ich zaletą jest niższa cena spowodowana tym, iż w jej skład nie wchodzi cena układu zapłonowego. Mają większą gamę dostępnych temperatur barwowych. Są bardziej przyjazne środowisku, ponieważ nie marnujemy układów zapłonowych, jak to ma miejsce w przypadku zużytych świetlówek pierwszego rodzaju. Produkowane są zarówno świetlówki całkowicie pozbawione jakichkolwiek dodatkowych urządzeń jak i z wbudowanym samym zapłonnikiem. Takie modele wymagają opraw wyposażonych jedynie w statecznik. Dostępne są świetlówki z trzonkami G23, 2G7, G24, 2G11.

Żarówki nowej technologi LED