Diody LED – nowoczesne źródła oświetlenia

Źródła światła budowane z diod LED mają obecnie żywotność nawet około 100 000 h, co po przeliczeniu daje 30 lat pracy przy średnim świeceniu przez 8 godzin dziennie. Koszt montażu opraw LED równa się minimalnej wartości instalacji tradycyjnych opraw oświetleniowych. Sterowanie możliwe jest dzięki mikroprocesorowemu urządzeniu pozwalającemu na zmianę kolorów, a także ustawienie gotowych programów, zapewniających wyjątkowe efekty.

Można już spotkać nowe źródła światła zapewniające stopień ochrony obudowy IP68, co sprawia, że idealnie pasują do zastosowania w basenach, fontannach oraz wszelkiego rodzaju zbiornikach wodnych. Diody LED mogą również konkurować z żarówkami i lampami fluoroscencyjnymi w dziedzinie oświetlenia światła białego. Ponad rok temu koncerny motoryzacyjne wprowadziły do masowej produkcji niektórych modeli samochodów całe oświetlenie oparte na diodach LED, łącznie z przednimi światłami białymi. Dziś najlepsze białe diody są dwukrotnie wydajniejsze niż żarówki.

DIODY LED – CO TO TAKIEGO
Diody LED (Light Emitting Diodes) należą do IV generacji źródeł światła – tak zwanych świecących ciał stałych (ang. Solid State Lighting). Mechanizm powstania światła w diodzie związany jest ze zjawiskiem elektroluminescencji. Światło powstaje w wyniku przyłożenia do diody stałego napięcia i przepływu przez nią prądu elektrycznego. Diody LED są strukturami półprzewodnikowymi, w których w obszarze aktywnym elektrony przechodzą z pasma przewodnictwa do pasma walencyjnego, rekombinując (łącząc się) z dziurami. W efekcie rekombinacji par elektron-dziura powstaje nadmiar energii, który emitowany jest jako kwant światła (promieniowania widzialnego) Na rysunku 1. pokazane jest złącze p-n, będące połączeniem dwóch warstw materiałów półprzewodnikowych typu p i typu n [1].

W odróżnieniu od klasycznych źródeł światła, diody LED są punktowymi, kierunkowymi źródłami światła. Dlatego też oprawy oświetleniowe i elementy optyczne przystosowane dla lamp klasycznych w ogromnej większości przypadków nie nadają się do wykorzystania z diodami LED. Pojawia się więc konieczność opracowania zupełnie nowych rozwiązań, umożliwiających wykorzystanie zalet diod LED w technice oświetleniowej. Mówiąc tu o optyce, mam na myśli cztery poziomy optyczne decydujące o parametrach strumienia świetlnego, emitowanego przez lampę LED. Pierwszy poziom to optyka w chipie półprzewodnikowym, poziom drugi znajduje się w obudowie diody. Bezpośrednio nad diodą LED umieszczana jest optyka stanowiąca poziom trzeci, a dodatkowa optyka w oprawach oświetleniowych to poziom czwarty [1].

Pojedyncze diody LED, w porównaniu z klasycznymi źródłami światła, zużywają niewiele mocy. Produkowane obecnie seryjnie najsilniejsze jednochipowe emitery LED zużywają do 5 W energii. Sprawa wygląda jednak inaczej, gdy przyjrzymy się gęstości mocy, która występuje w chipach LED. W ich przypadku cała moc wydziela się bowiem na powierzchni około 1 mm², co daje gęstości mocy na poziomie 100 W/cm². Pamiętajmy jednak, że mechanizm powstawania światła w diodach LED to elektroluminescencja, a nie żarzenie się i trzeba tę wydzielającą się w chipie w postaci ciepła moc w jakiś sposób odprowadzić. Żarówki 80% ciepła rozpraszają poprzez promieniowanie cieplne, a jedynie 20% poprzez konwekcję. W przypadku diod LED 50% ciepła jest rozpraszane przez promieniowanie IR, a pozostałe 50% poprzez konwekcję. W przypadku opraw oświetleniowych z diodami LED zarządzanie ciepłem jest jedną z kluczowych spraw, na które trzeba zwrócić szczególną uwagę. Wynika to z faktu, że wydajność diod LED zależy od temperatury chipu. Drugi powód, to zależność czasu życia lampy LED od temperatury pracującego chipu. Zarządzanie ciepłem sprowadza się w tych przypadkach do jednego mianownika – do obniżania temperatury chipu do możliwie niskiego poziomu [1].