Led tehnologija II.

 

Zaliveni elektronički elementi (tzv.solid state) kao što su i svjetleće diode, vrlo su otporni i dugotrajni ukoliko rade sa malim strujama (unutar dozvoljenih granica) i na
niskim radnim temperaturama. Tako da i danas u mnogim postrojenjima možemo naići na ispravne LED proizvedena 70-tih i 80-tih godina prošlog stoljeća. Deklarirani životni vijek LED se kreće izmeñu 25.000 i 100.000 radnih sati, ovisno o snazi i proizvoñaču. Najveći utjecaj na životni vijek imaju temperatura okoline i stabilnost jakosti struje.



Što se tiče životnog vijeka LED, on se definira u odnosu na nominalnu jakost svjetlosnog toka. Kada taj svjetlosni tok padne ispod 50% nominalne vrijednosti, onda se
smatra da je životni vijek završio.

 

Vrlo su rijetki slučajevi da čip jednostavno pregori i takve situacije su povezane sa izrazitim prenaponima i nadstrujama u mreži. Inače se većina LED napaja preko konvertera koji ih i galvanski odvajaju i štite, te osiguravaju stabilne uvjete napajanja.
Što se tiče vijeka trajanja on je klasificiran od strane proizvođača oznakama L50 i L75, što označava prestanak vijeka trajanja s padom svjetlosnog toka na 50% odnosno 75% nazivnog.
Vrlo važan parametar je temperatura okoline, koju većina proizvođača deklarira sa 25˚C. Međutim u praksi mnoge LED rade na znatno višim temperaturama,  prvenstveno zbog širokog spektra primjene (promet, signalizacije u postrojenjima i sl.)

Povećanje temperature dovodi do slabljenja svjetlosnog toka, odnosno do skraćivanja vijeka trajanja i pregaranja. I kod LED kao i kod ostale elektroničke opreme vrijedi pravilo da kontinuirani rad na 10˚C višoj temperaturi od deklarirane skraćuje vijek trajanja za 50%.
S druge strane pad temperature svjetlosni tok LED raste, tako da maksimalni tok daju pri temperaturi okoline od -30˚C, na nižim temperaturama od toga ponovno svjetlosni tok pada. Iz toga razloga se LED sve više koristi u rasvjeti hladnjača, ledenica, policama sa zamrznutom hranom i sl.

Postoje dva osnovna načina proizvodnje bijele LED. Jedan način je da se svjetleća dioda sastoji od tri čipa, koji bi svaki emitirao jednu od osnovnih boja, tzv. RGB (Red Green Blue) tehnologija. Miješanjem te tri osnovne boje (crvene, zelene i plave) dobije se bijela svjetlost. Takva metoda ima i velikih prednosti, jer se regulacijom može postići da dioda svijetli bilo kojom bojom spektra. Drugi način je da se na izvorno plave ili UV svjetleće diode, nanese sloj fosfornog premaza, koji konvertira svjetlost spomenutih valnih duljina u bijelu boju.
Ovisno o vrsti i strukturi premaza mogu se dobiti i različite temperature bijele boje, u rasponu od 2700K (topla bijela, žućkasta) do 6500K (hladno bijela, plavkasta).

Fosforni premazi - Ova metoda se bazira na premazivanju monokromatskih (najčešće plavih, izrañenih od InGaN) svjetlećih dioda fosfornim slojem. Tako dobivene LED se nazivaju fosforno bazirani bijeli LED. Lomljenjem plave svjetlosti prilikom prolaza kroz fosforni sloj, dolazi do promjene valne duljine iz kraćih u dulje. Ovisno o boji  svjetlosti originalne LED, te o vrsti i debljini fosfornog sloja, mogu se dobiti različite nijanse bijele boje.

Više u članku LED tehnologija III.

Led tehnologija I.

 

LED se sastoji od čipa napravljenog od poluvodičkog materijala, dotiranog određenim primjesama kako bi se stvorio p-n spoj. Pod djelovanjem istosmjernog napona elektroni prelaze s n strane na p stranu i u području spoja se spajaju sa šupljinama, prelaze u niže energetske nivoe, te otpuštaju višak energije u obliku svjetlosti, tj.  fotona.

 


 

Boja emitirane svjetlosti, odnosno njena valna duljina ovisi o vrsti materijala koji se koristi u izradi p-n spoja. Obične diode se izrañuju od poluvodičkih materijala silicija i germanija, te u takvim slučajevima pri spajanju elektrona i šupljina, ne nastaje optička (vidljiva) emisija svjetlosti. Materijali koji se koriste za izradu LED-a, imaju energetski pojas u području bliskom infracrvenom ili ultraljubičastom svjetlu.

 

LED se uobičajeno proizvode na principu n-tip podloge, s elektrodom priključenom na p-tip sloj, nanošenom na podlogu. Postoje i obrnute izvedbe gdje se na p-sloj podloge nanosi n-tip sloja, iako je taj način proizvodnje puno rjeđi. Svi materijali koji se koriste za izradu LED-a imaju vrlo visok indeks loma svjetlosti. To znači da će se
većina svjetlosti reflektirati natrag na materijal. Taj lom se dešava na prijelazu materijala i zraka. Upravo to usmjerivanje svjetlosti je vrlo važan segment proizvodnje LED-a i područje brojnih istraživanja i razvoja.

Tipične svjetleće diode namijenjene za indikatore su dizajnirane za električnu snage veličine 30-60 mW. Tijekom 1999. godine Philips Lumileds je predstavio prvu svjetleću diodu snage 1W, koja je mogla trajno podnositi taj toplinski teret. Takve svjetleće diode koriste puno više poluvodičkih materijala i kod njih je osnovni problem odvođenje topline. Tako da svi LED čipovi u svojoj konstrukciji moraju biti projektirani sa odgovarajućim hladnjacima. Jedna od ključnih prednosti LED rasvjete leži u njenoj visokoj učinkovitosti. Tu u prvom redu mislimo na njezinu svjetlosnu učinkovitost, odnosno emitiranu količinu svjetla (izraženu u lumenima) po watu utrošene električne snage.

Učinkovitost LED-a raste, tako da je npr. 2002. godine Philips Lumiled proizveo 5W LED, s time da se njegova tadašnja iskoristivost kretala izmeñu 18- 22 lm/W. Za  usporedbu klasične žarulje sa žarnom niti u rasponu snage od 60-100W imaju učinkovitost od 15 lm/W, dok se kod fluo cijevi penje do maksimalno 100lm/W. Prema trenutno dostupnim informacijama, najviša prijavljena učinkovitost LED-a je iz veljače 2010. godine, kad je tvrtka Cree Inc. proizvela prototip čipa od 208lm/W (pri sobnoj temperaturi). U praksi se za rasvjetu koriste LED čipovi većih snaga, od nekoliko wata do nekoliko desetaka wata, te je u takvim slučajevima učinkovitost osjetno manja.
Za takve čipove se obično koriste radne struje jakosti 350mA ili 700mA. Pri tome se vodi računa o padu učinkovitosti s rastom jakosti struje.

Više u članku LED tehnologija II.

Povijest led tehnologije

 

LED (eng. Light Emitting Diode) je poluvodički element koji u vodljivom stanju, prilikom spajanja elektrona i šupljine, emitira svjetlost određene valne duljine.
Valna duljina emitirane svjetlosti (boja) ovisi o vrsti korištenog materijala.


 

Izumio ju je 1962. godine Nick Holonyak iz tvrtke General Electric.

Prva komercijalna proizvodnja počine 1967. godine u SAD-u (Monsanto company), te se koriste kao indikatori.
1968. godine Hewlett Packard ih počine proizvoditi i ugrađivati u svoje alfanumeričke pokazivače.
1976. godine nakon otkrića visoko sjajne LED (T.P.Pearsall), počine njihova primjena u telekomunikacijama i signalizaciji.

1970. godine tvrtka Fairchild Electronics uspijeva proizvesti prvu LED ispod proizvodne cijene od 5 centa, za ilustraciju prve LED proizvedene samo par godina ranije su koštale preko 200$. Kako se razvijala tehnologija izrade LED, tako je rastao i svjetlosni tok emitirane svjetlosti, odnosno njihova učinkovitost (lm/W).
Do prekretnice kada se o LED-u počelo razmišljati kao o izvoru svjetlosti, dolazi 1995. godine, kada je Shuji Nakamura (Nichia Corporation), projektirao prvi bijeli visoko sjajni LED, napravljen na bazi InGaN (Indij Galij Nitrida).

S obzirom da je razvoj LED tehnologije išao vrlo brzo, američki znanstvenik Heitz je otkrio linearnost između vremena i eksponencijalnog povećavanja svjetlosnog toka, pa je po njemu nazvan tzv. Haitzov zakon. Sam zakon govori o tome da se svake dekade trošak izrade LED po lumenu svjetlosnog toka smanjuje 10 puta, dok se količina  svjetlosnog toka povećava 20 puta po watu utrošene snage.

Više u članku LED tehnologija I.