LED - Δίοδος εκπομπής φωτός


 

Η λέξει ''LED'' είναι η συντόμευση τις αγγλικής λέξης ''Light Emitting Diode'' , (που στα ελληνικά σημαίνει ''Δίοδος Εκπομπής Φωτός'').
Λαμπτήρας LED αποκαλείται μία συσκευή ημιαγωγών διόδων, η οποία μετατρέπει άμεσα και σχεδόν πλήρως, μία μικρή παρεχόμενη ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας, σε ορατή φωτεινή ενέργεια "φως". 

 

Το φορτίο μειονότητας επανασυνδέεται και πολώνεται ορθά, με το φορτίο πλειονότητας στην απογύμνωμενη περιοχή. Αυτή η επανασύνδεση φορτίων, οδηγεί σε εκπομπή ακτινοβολίας φωτός, μέσο υλικών υψηλής ποιότητας. Σε άλλα υλικά χαμηλής ποιότητας, η απόδοση εκπομπής φωτός είναι αρκετά φτωχή (χαμηλή) με μεγαλύτερη παραγωγή θερμότητας αντί για παραγωγή φωτός, με διαδρομές επανασύνδεσης μη ακτινοβολίας.
Το βασικό μέρος που εκπέμπει φως, είναι ένα τσιπ ημιαγωγού τύπου Ρ και ημιαγωγού τύπου Ν, και το ενδιάμεσο μεταξύ τους στρώμα το οποίο ονομάζεται διασταύρωση ΡΝ. Η χρήση αυτών των στερεών τσιπ με σύνθετους ημιαγωγούς διόδων, οδηγεί στην εμφάνιση φωτονίων.
Το χρώμα φωτός (οπός κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, κυανό, μπλε, μοβ, λευκό κλπ.) εξαρτάται από το χάσμα ενέργειας (μήκος κύματος) και την χημική σύσταση των ημιαγώγιμων υλικων που χρησιμοποιούνται. Τέλος, τα εκπεμπόμενα φωτόνια θα πρέπει να απομακρύνουνται χωρίς να απαναρροφώνται από το ημιαγώγιμο υλικό.

 

 

Ιστορική αναδρομή

   

  • Στις αρχές του 20ου αιώνα παρατηρήθηκε για πρώτη φορά ότι, όταν μια τάση των 10volts εφαρμόζεται σε κρύσταλλο ανθρακοπυριτίου (καρβίδιο του   πυριτίου) , αυτό εκπέμπει κιτρινωπό φως. Για δεκαετίες δεν σημειώθηκε καμία πρόοδος για διαφορετικούς λόγους.

​

  • Στα μέσα του 20ου αιώνα παρατηρήθηκε οτι μερικές απλές δίοδοι εκπέμπουν υπέρυθρο φως όταν διαρρέονται από ρεύμα. Αργότερα διαπιστώθηκε ότι δίοδος από αρσενικούχο-γάλλιο εξέπεμπε υπέρυθρο φως κάθε φορά που συνδεόταν με ρεύμα.

​

  • Στη δεκαετία του 60 αναπτύχθηκε η πρώτη δίοδος εκπομπής φωτός που εξέπεμπε φως στο ορατό μέρος του φάσματος συχνοτήτων. Ήταν ένα κόκκινο LED.

​

  • Στη δεκαετία του 70 αναπτύχθηκε το πρώτο κίτρινο LED και μια φωτεινότερη κόκκινη λυχνία LED.

​

  • Το πρώτο μπλε LED κατασκευάστηκε στα τέλη της δεκαετίας του 70, αλλά ήταν πάρα πολύ ακριβό για εμπορική χρήση μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 90

​

  • Οι δίοδοι εκπομπής φωτός μπορούν πιά να κατασκευαστούν σε ένα ή περισσότερα χρώματα.

​

Αρχικά τα LED ήταν πολύ ακριβά. Με τη χρήση καινοτόμων μεθόδων συσκευασίας και μια επίπεδη διαδικασία παραγωγής τσιπ, το LED έγινε ένα εμπορικό προϊόν με ποικιλία χρήσεων.

 

 

Τεχνικά χαρακτηριστικά λαμπτήρων LED

 

 

  • Φωτεινότητα . Η φωτεινή ένταση είναι ίση με την ποσότητα της φωτεινής ροής που εκπέμπεται σε μια πολύ μικρή στερεά γωνία , σε ένα ορισμένο γωνιακό προσανατολισμό από την πηγή φωτός. Η μέτρηση για τη φωτεινή ένταση είναι η Nits .

​

  • Γωνία θέασης είναι η συνολική γωνία κώνου σε μοίρες που περιλαμβάνει το κέντρο, υψηλό φωτεινό τμήμα έντασης της δέσμης LED, από την κορυφή επί του άξονα έως στο σημείο εκτός άξονα , όπου η ένταση της LED είναι το 50 % της έντασης επί του άξονα. Αυτό το σημείο εκτός άξονα είναι γνωστή ως θήτα ήμισυ (θ 1/2) . Δύο φορές θ1/2 είναι η πλήρης οπτική γωνία των LEDs. Ωστόσο , το φως είναι ορατό πέρα το θ1/2 σημείο.

​

  • Μήκος κύματος φωτός, είναι η απόσταση μεταξύ δύο σημείων της αντίστοιχης φάσης και είναι ίση με την ταχύτητα κυματομορφής που διαιρείται με τη συχνότητα . Καθορίζει την απόσταση που θα μπορούσανε τα ανθρώπινα μάτια να αναγνωρίσουν το χρώμα και την ένταση τις φωτεινότητας .
    Στην εξωτερική οθόνη , η λαμπτήρες Led έχουν : 12mil τσιπ για το κόκκινο , 14mil για πράσινο και 14mil για μπλε χρώμα .
    Στην εσωτερική οθόνη , η λαμπτήρες Led έχουν : 9mil για το κόκκινο , 12mil για το πράσινο και 12mil για μπλε χρώμα .
    Βάση δοκιμών γήρανσης , μετά άπο 1000 ώρες ζωής, η φωτεινότητα έχη ως εξής:
    -το πράσινο χρώμα είναι περίπου -5 % εώς -8 % ,>
    -το μπλε χρώμα είναι περίπου -10 % εώς -14 % ,
    -το κόκκινο χρώμα είναι περίπου -5 % εώς -8 % .
    Η συνολική διάρκεια ζωής των λαμπτήρων LED είναι: >100.000 ώρες .

​

  • Επιλογές. Για μία σωστή κατασκευή επιγραφής LED, εκτός από την επιλογή μονάδας (module), έχει σημασία η ποιότητα του λαμπτήρα-χάντρα με τα τεχνικά χαρακτηριστικα που το συνοδέυουν : βάθος του χρώματος, κάθετη και οριζόντια γωνία θέασης, φωτεινότητα για απόσταση θέασης, πυκνότητα λαμπτήρων, μέγιστη κατανάλωση κλπ.


 

Πλεονεκτήματα LED

 

Γιατί να χρησιμοποιείτε προϊόντα τεχνολογίας LED για το φωτισμό;

 

  • Μεγαλύτερη εκπομπής φωτός σε σύγκριση με πυρακτώσεως ή / και CFL λάμπες

  • Μεγαλύτερη διάρκεια ζωής (50,000 ώρες) σε σύγκριση με πυρακτώσεως(1,200 ώρες) ή / και των λαμπτήρων εξοικονόμησης (8,000 ώρες)

  • Πολύ χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, εξοικονόμηση έως και 90% σε σχέση με τους λαμπτήρες πυράκτωσης και έως 50 % σε σχέση με τους λαμπτήρες εξοικονόμησης

  • Πολύ γρήγορη ενεργοποίηση και απενεργοποίηση

  • Ανθεκτικότερες, είναι πολύ δύσκολο να σπάσουν

  • Πολύ χαμηλή παραγωγή θερμότητας

  • Δεν δημιουργούν φαινόμενα τρεμοσβήσματος

  • Δεν θρυμματίζονται – Λόγω του περιβλήματος από ανθεκτικό πλαστικό

  • Χωρίς παραμορφώσεις των χρωμάτων - CRI> 80

  • Δεν εκπέμπουν στο υπέρυθρο (IR)  και στο υπεριώδες (UV)

  • Φιλικό προς το περιβάλλον, 100% ανακυκλώσιμο

  • Υψηλή και σταθερή απόδοση φωτός

 

 

 

Εφαρμογές

 

Οι εφαρμογές των LED μπορούν να χωριστούν σε τρεις κατηγορίες:

1. Ορατή απεικόνιση, όπου το φως κατευθύνεται περισσότερο ή λιγότερο στο ανθρώπινο μάτι για να μεταφέρει ένα μήνυμα ή μια έννοια.

Πίνακες αποτύπωσης και σηματοδότες
Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, το χαμηλό κόστος συντήρησης και το μικρό μέγεθος των σημερινών LED έχει οδηγήσει στην εφαρμογή τους σε μια πληθώρα εγκαταστάσεων και εξοπλισμού για την ορατή απεικόνιση. Τοποθετούνται σε μεγάλες επιφάνειες για την αποτύπωση δεδομένων και μηνυμάτων στα στάδια, στους σταθμούς των τρένων και των λεωφορείων, στα αεροδρόμια, στα λιμάνια, στους δρόμους ως πινακίδες ή ως σηματοδότες, στις συναυλίες. Εξ’ αιτίας της μεγάλης διάρκειας ζωής τους και των μικρών χρόνων απόκτησης, τα LED χρησιμοποιούνται στην αυτοκινητοβιομηχανία ως σηματοδότες φρένων και στροφής (φλας). Έτσι αυξάνεται και ο παράγοντας ασφάλειας που μπορεί να παρέχει ένα όχημα αφού ο οδηγός έχει στην διάθεσή του περισσότερο χρόνο αντίδρασης.


2. Φωταγώγηση, όπου το φως από τα LED ανακλάται από αντικείμενα για να μπορούν αυτά να είναι ορατά.

Φωτισμός
Με την εξέλιξη των LED υψηλής απόδοσης και ισχύος έγινε δυνατή η χρήση τους για φωτισμό και φωταγώγηση. Τα LED χρησιμοποιούνται στα φώτα των δρόμων ή σε αρχιτεκτονικές κατασκευές που απαιτείται φωτισμός με εναλλαγή χρωμάτων. Επίσης χρησιμοποιούνται και ως κύρια φώτα στα αυτοκίνητα, στις μοτοσυκλέτες και στα ποδήλατα.
Επίσης τα LED χρησιμοποιούνται όλο και περισσότερο στον φωτισμό ενυδρείων. Μπορούν να παρέχουν το απαιτούμενο φως με μικρότερη εκπομπή θερμότητας και έτσι βοηθούν στην συντήρηση της βέλτιστης θερμοκρασίας του ενυδρείου. Επειδή μπορούν να παράγουν φως με συγκεκριμένο μήκος κύματος είναι ιδανικά για να παρέχουν ένα συγκεκριμένο χρώμα-φάσμα για τον χρωματισμό των κοραλλιών, των ψαριών, των ανεμώνων κ.α.
Τα LED είναι ακόμα ιδανικά για χρήση στης τηλεοράσεις, στους φορητούς υπολογιστές και στους προβολείς (projectors) DLP.


3. Παράγωγη φωτός για μέτρηση και αλληλεπίδραση με διαδικασίες που δεν γίνονται αντιληπτές από το ανθρώπινο μάτι.

Μη ορατές εφαρμογές
Το φως έχει και άλλες χρήσεις έκτος από την όραση. Τα LED χρησιμοποιούνται για μερικές από αυτές της εφαρμογές. Αυτές χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες: i) επικοινωνία ii) αισθητήρες iii) αλληλεπίδραση φωτός με την ύλη.
Το φως των LED μπορεί να τροποποιηθεί πολύ γρήγορα και έτσι χρησιμοποιείται στις οπτικές ίνες και στις οπτικές επικοινωνίες ελεύθερου χώρου. Αυτές περιλαμβάνουν τα τηλεχειριστήρια των τηλεοράσεων και των βίντεο, όπου χρησιμοποιούνται τα LED υπερύθρου. Οι οπτομονωτές χρησιμοποιούν ένα LED και μια φωτοδίοδο ή ένα φωτοτρανζίστορ για να παρέχουν ένα «μονοπάτι» σήματος με ηλεκτρική μόνωση μεταξύ δυο διαδρομών. Αυτοί είναι αρκετά χρήσιμοι στον ιατρικό εξοπλισμό, όπου τα σήματα από τον αισθητήρα χαμηλής τάσης που είναι συνδεδεμένος με τον ανθρώπινο οργανισμό πρέπει να είναι ηλεκτρικά μονωμένα.
Πολλά συστήματα αισθητήρων χρησιμοποιούν το φως ως πηγή σήματος. Τα LED είναι ιδανική πηγή για να αντεπεξέλθει στις απαιτήσεις των αισθητήρων. Χρησιμοποιούνται στους αισθητήρες κίνησης ή στις οθόνες αφής εντοπίζοντας το φως που ανακλάται από το δάχτυλο ή την ακίδα.
Μια άλλη χρήση των LED είναι στις καλλιέργειες φυτών κυρίως γιατί είναι ενεργειακά αποδοτικά, παράγουν θερμότητα που δεν είναι ικανή να τα καταστρέψει γιατί είναι μικρή, και μπορούν να παρέχουν την βέλτιστη οπτική συχνότητα για την ανάπτυξή τους.


 

Δουλεύοντας με αυτούς τους επιλεγμένους λαμπτήρες, μπορούμε και προσφέρουμε την καλήτερη δηνατή επιλογή για εσάς.