54

www.elektro.info.pl

7/2002

diody

œwiec¹ce

LED

Prawie wszyscy znamy diody

œwiec¹ce (LED), u¿ywane jako

wskaŸniki œwietlne lub

wyœwietlacze numeryczne.

W ostatnich latach technologia

tych przyrz¹dów

pó³przewodnikowych zosta³a tak

udoskonalona, ¿e mo¿na ju¿ mó-

wiæ o nowym rodzaju Ÿróde³

œwiat³a. Sprawia to, ¿e diody

œwiec¹ce LED z powodzeniem za-

czynaj¹ wkraczaæ na obszar

zastosowañ oœwietleniowych.

pomnieæ o kosztach jego eks-
ploatacji i konserwacji. Potrzeby
rodz¹ zawsze próbê ich spe³-
nienia. W tym wypadku jest ni¹
trwaj¹cy od kilku lat szybki roz-
wój nowej technologii wytwa-
rzania œwiat³a dziêki wyko-
rzystaniu pó³przewodników.
Przewiduje siê, ¿e w niedalekiej
przysz³oœci oœwietlenie pó³p-

rzewodnikowe bêdzie mia³o re-
wolucyjny wp³yw na technikê
oœwietleniow¹. Opiera siê ono
na oprawach wykorzystuj¹cych
diody LED jako Ÿród³a œwiat³a
zamiast lamp ¿arowych, fluo-
rescencyjnych lub wy³adow-
czych.

W przeciwieñstwie do swych

tradycyjnych konkurentów pra-
cuj¹cych przy napiêciu zmien-
nym, diody LED korzystaj¹ z za-
silania pr¹dem sta³ym o niskim
napiêciu, wykorzystuj¹c proce-
sy, w wyniku których mog¹ wy-
tworzyæ takie same iloœci pro-
mieniowania œwietlnego, przy
znacznie mniejszym zu¿yciu
energii elektrycznej. Diody te
bêd¹ wiêc w istocie pierwszymi
na œwiecie, prawdziwie energo-
oszczêdnymi Ÿród³ami œwiat-
³a. Szacuje siê np. ¿e w USA
dziêki zast¹pieniu diodami LED
¿arówek stosowanych w sygna-
lizacji ulicznej, mo¿na zaoszczê-
dziæ rocznie 2,5 biliona kWh.
Pó³przewodnikowe Ÿród³a
œwiat³a maj¹ jednak znacznie
wiêcej istotnych zalet pod

wzglêdem energetycznym i œro-
dowiskowym.

wysoka

skutecznoϾ

œwietlna

Pierwsze diody œwiec¹ce

osi¹ga³y sprawnoœæ rzêdu
10%. Obecnie kszta³tuje siê
ju¿ ona na poziomie 20%
i przewiduje siê, ¿e w nied³u-
gim czasie dojdzie do 30%. Jest
to znaczna ró¿nica w porówna-
niu do lamp ¿arowych, których
sprawnoœæ kszta³tuje siê
w zakresie 3–4% i œwietlówek
osi¹gaj¹cych 20%. Diody LED
s¹ przyrz¹dami pó³przewodni-
kowymi, dokonuj¹cymi bezpoœ-
redniej zamiany energii elekt-
rycznej na promieniowanie
œwietlne. Sprawnoœæ tej prze-
miany jest bardzo wysoka dziê-
ki temu, ¿e wiêkszoœæ energii
jest wypromieniowywana w wi-
dzialnym zakresie widma.

P

rawie trzecia czêœæ
energii elektrycznej
wytwarzanej na œwie-

cie zu¿ywana jest na cele
oœwietleniowe. Pozwala to zro-
zumieæ, jak wa¿na jest potrze-
ba stworzenia naprawdê ener-
gooszczêdnego Ÿród³a œwiat-
³a, które pozwoli architektom
i projektantom oœwietlenia za-

Marek Ko³akowski

Rys. 1 Budowa diody œwiec¹cej LED

wysoka

trwa³oœæ

Konwencjonalne Ÿród³a

œwiat³a mog¹ dzia³aæ, dostar-
czaj¹c promieniowania œwietl-
nego przez okreœlony czas, po
czym ulegaj¹ zniszczeniu.
Inaczej jest z diodami LED, któ-
re nie ulegaj¹ raptownemu
wygaœniêciu, a zmniejszaj¹ tyl-
ko stopniowo iloϾ generowa-
nego promieniowania. W zale¿-
noœci od dostarczanego pozio-
mu oœwietlenia, mog¹ w prak-
tyce œwieciæ od 50 000 godzin
nawet do ponad 100 000 go-
dzin. Œrednia, u¿yteczna trwa-
³oœæ LED, jest kilkukrotnie
wy¿sza ni¿ dla popularnych
lamp fluorescencyjnych i kilku-
dziesiêciokrotnie wy¿sza ni¿
dla ¿arówek. Tak du¿a trwa-
³oœæ oznacza oczywiœcie og-
romne oszczêdnoœci na kosz-
tach konserwacji oœwietlenia.

dogodny plan

konserwacji

Unikanie wygaœniêæ po-

szczególnych lamp tworz¹cych
ciemne plamy, jest krytyczne
dla dekoracyjnego oœwietlenia
architektonicznego i zastoso-
wañ œwiat³a do tworzenia wi-
zerunku firm. W takich zastoso-
waniach wygaœniêcie Ÿróde³
œwiat³a wymaga natychmiasto-
wej interwencji konserwatora.
Stopniowe zmniejszanie inten-
sywnoœci œwiecenia LED poz-
wala opóŸniæ konserwacjê do
dogodnego momentu.

du¿a

wytrzyma³oœæ

i bogata

kolorystyka

Pó³przewodnikowe systemy

oœwietleniowe s¹ szczególnie

odporne na szoki mechaniczne
i wibracje, dziêki swej zwartej
budowie, brakowi czêœci szkla-
nych i ¿arników.

Najnowsze udoskonalenia

w konstrukcji i technologii diod
œwiec¹cych sprawi³y, ¿e mo¿-
liwe jest osi¹gniêcie dowolnej
barwy promieniowania z ca³e-
go obszaru widma widzialnego.
Jest to mo¿liwe dziêki temu, ¿e
nowoczesne diody LED dostar-
czaj¹ promieniowania o po-
trzebnej barwie bezpoœrednio
z jednej struktury, a nie ze zmie-
szania promieniowania struktur
czerwonej, zielonej i niebieskiej.

wspó³dzia³anie

z systemem

kontroli

i sterowania

Pó³przewodnikowe systemy

œwietlne s¹ w zasadzie cyfrowy-
mi Ÿród³ami œwiat³a, które
mo¿na ³atwo integrowaæ
z komputerowymi systemami
sterowania.

Wszystkie te cechy czyni¹

z diod œwiec¹cych energoosz-
czêdne Ÿród³a œwiat³a z mo¿-
liwoœci¹ ³atwego sterowania,
które nie wymagaj¹ w praktyce
¿adnej konserwacji.

bia³e diody

G³ówn¹ barier¹ wprowadze-

nia LED do zastosowañ oœwiet-
leniowych by³ brak mo¿liwoœ-
ci wytwarzania diod emituj¹-
cych wysokiej jakoœci promie-
niowanie bia³e. W pocz¹tko-
wym okresie rozwoju jedynym
sposobem wytwarzania LED
o bia³ej barwie promieniowania
by³o po³¹czenie trzech diod
o barwach czerwonej, zielonej
i niebieskiej w jednej obudowie.
Nie przynosi³o to jednak zada-
walaj¹cych rezultatów i stwa-
rza³o wiele k³opotów, zw³asz-

Fot. 1 Liniowy modu³ LED o nazwie

LINEARlight z elementem

optycznym LINEARlight Optics

firmy OSRAM, OPTO,

Semiconductors

F

cza z uzyskaniem powtarzal-
nych parametrów produktu.

Dzisiejsza technologia poz-

wala na produkcjê bia³ych diod
LED w formie pojedynczej struk-
tury. Ma³a dioda emituj¹ca pro-
mieniowanie w krótkofalowym
zakresie widma niebieskiego
umieszczana jest w obudowie
pokrytej luminoforem emituj¹-
cym bia³e promieniowanie wi-
dzialne pod wp³ywem niebies-
kiego promieniowania diody.
Pierwsze bia³e diody œwiec¹ce
oparto na strukturach In-Ga-N.
Najnowsze generacje diod LED
dzia³aj¹ na zasadzie wytwarza-
nia promieniowania ultrafioleto-
wego, które dziêki zastosowaniu
odpowiedniego luminoforu jest
transformowane na promienio-
wanie widzialne na zasadzie
analogicznej, jak w lampach flu-
orescencyjnych (œwietlówkach).

Ogóln¹ budowê diody œwie-

c¹cej przedstawia rysunek 1.

Wiod¹ce firmy koncentruj¹

siê obecnie na wykorzystaniu
wszystkich wczeœniejszych do-

56

www.elektro.info.pl

7/2002

w wersji sztywnej wraz
ze specjalnymi elemen-
tami optycznym, ogra-
niczaj¹cymi k¹t wypro-
mieniowania do zakre-
su 20° dla diod koloro-
wych i 25° – dla diod
bia³ych. Przyk³adem
takiego wyrobu s¹ mo-
du³y Luxeon Line firmy
Luxeon lub LINEAR-
light firmy Osram
(zdjêcie 1).

Modu³y o mocy 5

W sk³adaj¹ce siê z 4
diod osi¹gaj¹ ju¿ stru-
mieñ œwietlny rzêdu
120 lumenów przy
wspó³czynniku odda-
wania barw ponad 80.
Spadek strumienia
œwietlnego w trakcie
100 tys. godzin eksplo-
atacji wynosi 20%
wartoœci pocz¹tkowej.
Pozostawia to wpraw-
dzie dalsze pole do
ulepszeñ, ale umo¿li-

wia ju¿ wiele praktycznych zas-
tosowañ.

producenci

Firmami odgrywaj¹cymi naj-

wa¿niejsz¹ rolê w pocz¹tko-

wym okresie rozwoju diod œwie-
c¹cych byli oczywiœcie produ-
cenci pó³przewodników. G³ów-
ni wytwórcy Ÿróde³ œwiat³a
ju¿ kilka lat temu dostrzegli po-
tencja³, jaki niesie ze sob¹ no-
wy sposób generacji promienio-
wania widzialnego i aktywnie
w³¹czyli siê w rozwój badañ.
Trzy najwiêksze firmy przemys-
³u oœwietleniowego, utworzy³y
przedsiêwziêcia typu joint ven-
ture w celu wykorzystania
w praktyce wyników dotychcza-
sowych badañ. Obecnie prace
rozwojowe w tej dziedzinie pro-
wadzone s¹ przez firmy: LUMI-
LEDS – joint venture Phi-
lips/Agilent, OSRAM Opto Semi-
conductors, General Electric
/Emcore

zastosowania

Pierwsze diody œwiec¹ce

w zastosowaniach zewnêtrz-
nych zosta³y u¿yte w ciê¿a-
rówkach, w wysoko montowa-
nych œwiat³ach „stop”. Pojawi-
³y siê tak¿e w sygnalizatorach
steruj¹cych ruchem ulicznym.
Jako Ÿród³a œwiat³a u¿ywane
w sygnalizatorach wyjϾ ewa-
kuacyjnych, oœwietleniu bezpie-
czeñstwa oraz we wszelkiego

rodzaju znakach œwietlnych, w
80% zdominowa³y rynek
w USA. Diody LED stosuje siê
w oprawach oœwietlenia miejs-
cowego, umo¿liwiaj¹cych czy-
tanie pasa¿erom samochodów,
autobusów i samolotów. Mo¿e-
my je spotkaæ w rowerowych
œwiat³ach pozycyjnych.

Rozwój konstrukcji diod

œwiec¹cych jest coraz szybszy,
a jego g³ównym celem jest ich
zastosowanie do ogólnych ce-
lów oœwietleniowych. Wysoka
skutecznoœæ œwietlna, poziom
strumienia œwietlnego, dobre
oddawanie barw (diody bia³e)
i powtarzalnoœæ parametrów
wspó³czesnych LED sprawiaj¹,
¿e ich obecnoœæ w codziennych
zastosowaniach oœwietlenio-
wych staje siê coraz popular-
niejsza.

Nale¿y jednak pamiêtaæ, ¿e

Ÿród³o œwiat³a, którym bez
w¹tpienia mo¿na ju¿ dziœ naz-
waæ diodê LED, to jeszcze nie
system oœwietleniowy. Do jego
zaistnienia potrzebne s¹ tak¿e
funkcjonalne oprawy oœwietle-
niowe, dla których znajd¹ siê
pola zastosowania. Nad stwo-
rzeniem takich systemów pracu-
je ju¿ wielu producentów. Opra-
wy z diodami œwiec¹cymi sto-
sowane s¹ przede wszystkim ja-
ko oœwietlenie akcentuj¹ce. Do
zastosowañ zewnêtrznych pro-
dukowane s¹ np. akcentuj¹ce
lub dekoracyjne oprawy ogrodo-
we o wysokim stopniu szczel-
noœci oraz gruntowe oprawy
wytyczaj¹ce drogi piesze. Ofero-
wane s¹ ju¿ systemy liniowej
iluminacji budynków z u¿yciem
LED. We wnêtrzach stosowane
s¹ oprawy akcentuj¹ce stopnie
schodów, meblowe pod szafki
i pó³ki oraz oprawy dostarcza-
j¹ce kolorowych efektów œwiet-
lnych. Od niedawna w progra-
mach produkcyjnych niektórych
firm pojawi³y siê oprawy z dio-
dami œwiec¹cymi LED, przez-
naczone do monta¿u w œcia-
nach lub w pod³odze. Oprawy
takie oferuj¹ m.in. europejskie
firmy Wever&Ducre (zdjêcie 2)
oraz Prisma Illuminazione
(zdjêcie 3 i 4).

q

Fot. 3 Oprawa JOKER QUADRO S LED firmy

Prisma

Fot. 4 Oprawa PROFIL 15L IP65 firmy Prisma

Fot. 2 Oprawa LED’S WALK firmy Wever&Ducre

œwiadczeñ do opracowania
i wdro¿enia w praktyce techno-
logii produkcji pó³przewodniko-
wych Ÿróde³ œwiat³a w posta-
ci modu³ów LED w formie lini-
jek, kr¹¿ków lub tabliczek. Mo-
du³y liniowe s¹ produkowane