Możliwości zastosowań LED

Dioda świecąca, LED (Light Emitting Diode), pojawiła się w produkcji seryjnej już w latach 60. XX wieku. Dopiero jednak rozwój technologii produkcji diod elektroluminescencyjnych ostatniego dziesięciolecia umożliwił zastosowanie tego źródła światła w wielu aplikacjach oświetleniowych.

Dioda LED może emitować światło w różnych kolorach. Barwa emitowanego światła zależy od materiału półprzewodnikowego. Może być to barwa żółta, pomarańczowa, czerwona, niebieska czy zielona. Ze względu na możliwość mieszania barw podstawowych (czerwonej, zielonej i niebieskiej) możliwe jest utworzenie praktycznie każdej barwy.

Rozwój technologii LED wprowadził ją w różne aspekty naszego życia. Diody coraz częściej pojawiają się jako źródła światła w oświetleniu samochodowym, sygnałowym, oświetleniu akcentującym, ewakuacyjnym, w reklamach świetlnych, a nawet w oświetleniu ogólnym i drogowym. Celem niniejszego artykułu jest przedstawienie części możliwości i ograniczeń związanych z zastosowaniem źródeł LED.

Parametry i cechy źródła LED

Trwałość diody świecącej producenci określają na kilkadziesiąt tysięcy godzin. Jest to kilkadziesiąt razy więcej niż w przypadku klasycznych żarowych źródeł światła. Często są to wartości czysto teoretyczne, podawane dla idealnych warunków otoczenia i przy zapewnieniu optymalnych elektrycznie warunków pracy diody. 

W rzeczywistości wiele układów elektronicznych zasilających diodę nie zapewnia jej optymalnych warunków pracy. Ze względu na wadliwie wykonany projekt, nieprawidłowe odprowadzanie ciepła, czy podzespoły słabej jakości, czas działania diody może ulec znacznemu skróceniu. Na spadek trwałości lampy LED może również wpłynąć niewłaściwie zaprojektowana ochrona układu elektronicznego przed warunkami zewnętrznymi. 

Diody świecące cechuje spadek strumienia świetlnego wraz ze wzrostem temperatury i czasem eksploatacji. Degradację diody może również powodować prąd przekraczający wartości znamionowe. 

Właściwie zaprojektowany układ powinien uwzględnić wszystkie te czynniki i zapewnić stosunkowo najlepsze warunki pracy diody w całym okresie jej działania. Dlatego ważny jest wybór produktów – od znanych i sprawdzonych producentów, którzy spełniają opisane wcześniej wymagania i zapewnią należytą jakość – zarówno na etapie projektowym, jak również powtarzalność produkcji w produkcji seryjnej. 

Rys. 1. Oprawa LEDVANCE DOWNLIGHT XL (2000 lumenów, moc 34 W, trwałość – 50 tys. godzin) [1]	Rys. 2. Lampa obrysowa G06 LED polskiego producenta stosowana w oświetleniu samochodów ciężarowych, z nowoczesnym układem stabilizacji prądowej. Zakres pracy 9–30 V [4]

Wysokiej jakości układy ze źródłami LED są stabilizowane temperaturowo poprzez odpowiednio zaprojektowany układ odprowadzający ciepło (radiator) oraz dobrej jakości elektronikę, najczęściej ze stabilizacją prądową pracy diody. Diody sprawiają wciąż wiele problemów technologicznych. Nie ma możliwości wyprodukowania wszystkich diod o identycznych parametrach. Niezmiernie ważna staje się więc ich właściwa selekcja. 

Producenci diod różnicują je ze względu na strumień świetlny, światłość generowaną w osi optycznej, napięcie przewodzenia, a w przypadku diod emitujących światło białe – również ze względu na chromatyczność. Właściwie przeprowadzona selekcja jest jednym z kluczowych aspektów pozwalających na wytworzenie trwałych produktów o zbliżonych parametrach optycznych i kolorymetrycznych. Szanujący się producenci potrafią zapewnić serwis umożliwiający wymianę danych modułów LED czy diod na takie, które nie będą się nadmiernie odróżniać pod względem fotometrycznym i kolorymetrycznym od pierwotnie zainstalowanych.

Rozwój technologiczny diod świecących powoduje stałą tendencję wzrostu ich skuteczności świetlnej. W najlepszych rozwiązaniach skuteczność świetlna diod przekracza 100 lm/W. Większa skuteczność świetlna źródła światła pozwala na zmniejszenie mocy pobieranej na oświetlenie, a tym samym zapewnia redukcję kosztów eksploatacji i wpływa pozytywnie na ochronę środowiska. Obecnie na rynku występują już lampy LED, które mogą być bezpośrednim zamiennikiem tradycyjnych żarówek z trzonkiem E27 i E14.

Rys. 3. Model diody świecącej (Seoul Semiconductor P4) z rozdzielonym modelem chipu i otaczającego go układu optycznego, zastosowany w programie Photopia [3]

Pojawiają się również LED-owe zamienniki świetlówek liniowych, żarówek do oświetlenia lodówek, żarówek reflektorowych itp. Oszczędność energii jest również istotna w aspekcie oświetlenia pojazdów. Czynnik ten nabrał dodatkowego znaczenia z powodu konieczności stosowania ciągłego oświetlenia pojazdów samochodowych będących w ruchu.

Diody jako źródło światła coraz częściej są wybierane przez producentów samochodów ciężarowych, którzy ze względu na znaczne wymiary pojazdów i konieczność stosowania wielu lamp sygnałowych zmuszeni są do poszukiwania trwałych i energooszczędnych rozwiązań. Zamiana lamp obrysowych z klasycznych żarówek na diodowe źródła światła w samochodzie ciężarowym pozwala zmniejszyć pobór mocy zużywanej na oświetlenie nawet o ponad 80%.

Stały rozwój technologii pozwala rokować nadzieję na dalszy wzrost skuteczności świetlnej źródeł LED. Teoretycznie skuteczności świetlne diod mogą dojść nawet do 200 lm/W.