LED
Wikipedia
LED (engl. 'Light-Emitting Diode') eli hohtodiodi eli ledi on puolijohdekomponentti, joka synnyttää lähes monokromaattista valoa, kun siihen johdetaan sähkövirta. Lediä sanotaan arkisesti myös valodiodiksi, vaikka se toisaalta tarkoittaa valolle herkkää diodia. Ledien valmistusmateriaali määrää komponentin lähettämän valon aallonpituuden, jota voidaan edelleen muokata ledin pintaan lisätyillä kalvoilla ja pinnoitteilla. Ledien valon aallonpituus on yleensä vain hyvin pienellä alalla. LED-valon väri tulee puolijohteen materiaalista.[1]
Ledejä käytetään yleensä merkkivaloissa, valokylteissä, pienissä valaisimissa, kaukosäätimissä ja valosensoreissa. Myös ulkoilmatapahtumissa käytetyt videoseinät (LED-Screen) on toteutettu LED-tekniikalla.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Ledien käyttö elektroniikassa
Ledejä voidaan käyttää joko suoraan tasajännitelähteestä etuvastuksen kanssa tai tasajännitepulsseja antavalla ohjaimella. Etuvastuksella pelkästään ledistä ei saada maksimaalista hyötyä niin valotehossa kuin hyötysuhteessakaan. Ledi toimii vain oikein päin kytkettynä ja tasajännitteellä, eli anodille + (pidempi jalka) ja katodille - (lyhyempi jalka/lovi 5 mm ledissä/usein täplä pintaliitos ledissä).
[muokkaa] LED sarjavastuksella
Tavallinen 5 millimetrin ledi kuluttaa tyypillisesti 20 mA ja sen kynnysjännite on n. 1,7 V–3,7 V riippuen ledin väristä. Valaistuskäyttöön tarkoitetuissa ledeissä on yleensä useita LED-siruja sarjaan- ja rinnankytkettynä. Esimerkiksi alla olevan Ostarin kynnysjännite on 22,5 V. Tämä kynnysjännitteen vaihtelu eri värien kohdalla johtuu ledin sisällä olevien puolijohteiden eroista. Sarjavastusta laskettaessa tarvitaan tieto käytettävästä käyttöjännitteestä. Ensiksi lasketaan jännite, joka on jäätävä vastuksen yli, vähentämällä ledin kynnysjännite käyttöjännitteestä. Sopiva vastus saadaan kaavasta: R = U/I, jossa R = vastus (ohmeissa), U = edellä laskettu jännite (volteissa), ja I = virta (ampeereissa). Käytettäessä lediä täydellä teholla virta on yleensä 20 mA. Lediä voidaan himmentää kasvattamalla vastusta. Käytettäessä korkeita jännitteitä tarvitsee muistaa myös vastuksen tehonkesto ja sähköturvallisuus.
[muokkaa] Ledien edut
Ledit ovat tavalliseen hehkulamppuun verrattuna erittäin pienikokoisia, fyysisesti kestäviä (niissä ei ole helposti rikki menevää lasikuorta eikä hehkulankaa), kirkkaita ja pitkäikäisiä. Ledeillä on mahdollista lähettää myös infrapuna- ja ultraviolettisäteilyä. Ledit kuluttavat myös vähemmän virtaa kuin hehkulamput: valkoinen LED-valo kuluttaa sähköä 90 prosenttia vähemmän.[1] Ledien hyötysuhde on tällä hetkellä samaa luokkaa halogeenilamppujen kanssa (n. 10 prosenttia). Ledien syttymis- ja sammumisajat ovat kymmenien nanosekuntien pituisia, joten niillä voidaan helposti lähettää tietoa moduloimalla valoa. Näin tehdään esimerkiksi infrapunakaukosäätimissä. Pienitehoisten ledien valmistaminen on halpaa, koska raaka-aineena on lähinnä muovia ja puolijohteita.[1] Aivan uusimpana keksintönä ovat suoraan verkkojännitteeseen kytkettävät ledit. Näitä ei ole vielä saatavana kuin näytteinä, eivätkä kaikki halukkaat saa niitäkään.
Edut tiivistelmänä:
- Pienikokoinen
- Mekaanisesti kestävä
- Pienet LED-merkkivalot tarvitsevat vain vähän virtaa, tyypillisesti alle 20 mA.
- Soveltuu hyvin akkukäyttöisiin sovelluksiin
- Luokitellaan huoltovapaaksi. Vaihtoväli tyypillisesti yli 10 000 tuntia.[1]
- Aikaansaadaan puhdas valospektri (väri) ja hyvä suuntaavuus. Näin saadaan korostettua haluttuja yksityiskohtia valaistussuunnittelulla.
- Teholedejä, joiden P-N-rajapinta kestää jopa 150 °C lämpötilaa, on tulossa markkinoille.
- Melko hyvä hyötysuhde.
- Verkkojännite-LED:eissä ei tarvita oheiskomponentteja
- Verkkojännite-LED:eissä on entistä parempi hyötysuhde
[muokkaa] Ledien haitat
Ledien valoteho ei vielä ole kovin suuri, minkä vuoksi niitä käytetäänkin yleensä vain käsivalaisimissa. Saatavilla on kuitenkin jo suuritehoisia ledejä, joissa valoteho yltää jopa yli 600 lumeniin[1] (Osram Ostar 27 watin LED). Näillä voi jo toteuttaa isomman luokan valaisimia, käyttökohteena vaikkapa siltojen ja rakennusten julkisivujen yksityiskohtien korostus. Poliisin uudet vilkkuvalot toteutetaan myös ledeillä, samoin liikennevalot. Jopa uusien autojen etuajovaloja valmistetaan LED-tekniikalla. Taka- ja sivuvaloissa LED-tekniikkaa on käytetty jo yli kymmenen vuotta. Ledin yleisin kynnysjännite on noin kolme volttia. Superkirkkaissa ledeissä kynnysjännite yltää noin viiden voltin tuntumaan.
Haitat tiivistelmänä:
- Eri ledien luotettavuudessa ja eliniässä on valtavia eroja, jotka saattavat johtaa kuluttajia harhaan. Esimerkiksi valkoisen 5 mm ledin käyttöikä (valotehosta 70 prosenttia jäljellä) vaihtelee tyypillisesti välillä 1 000 – 10 000 tuntia ja teholedeillä välillä 10 000 – 50 000 tuntia.
- Eivät yleensä kestä korkeita lämpötiloja (yli 80 °C) eivätkä kosteutta. Perinteiset ledit eivät kestä esimerkiksi saunassa korkean lämpötilan takia.[1]
- Valaistukseen sopivat ledit ovat toistaiseksi kalliita.
- Vaatii yleensä pieniä lisätoimenpiteitä asennettaessa, esimerkiksi hehkulamppuun verrattuna. Käyttöjännite on laskettava sopivaksi ja ledille menevä virta rajoitettava esimerkiksi sarjavastuksella. Led vaatii tasajännitettä toimiakseen.
- Voivat hajota ESD-purkauksesta (engl. 'Electro static discharge')
- Suuritehoiset ledit tarvitsevat melko tehokkaan jäähdytyksen.
- Parhaan hyötysuhteen valaisimet tarvitsevat ohjauselektroniikkaa, kuten hakkurityyppisen vakiovirtalähteen.
- Verkkojännite-LED:eissä eristysmatkat voivat tuottaa ongelmia sähkölainsäädännön kanssa
- Verkkojännite-LED:eihin on vaikeampaa tehdä ohjauselektroniikkaa
- Verkkojännite-LED:eistä harrastelijat eivät saa tehdä omia valaisimia
[muokkaa] Lähteet
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 Pauli Reinikainen: Led mullistaa valaistuksen. Energia virtaa, Vantaan Energia Oy:n asiakaslehti 4/2006
[muokkaa] Aiheesta muualla
- LED-valmistajia
- Suomalaisia LED-valaisinvalmistajia
- Tietoa
- Limic Oy: tekniikkaa ja FAQ
- Lumileds: edut (englanniksi)
- Helsingin kaupunki: käyttö liikennevaloissa
| Valonlähteet |
|---|
| Luminesenssi - Taivaankappaleet - Salama Tuli - Kynttilä - Kaasulamppu - Kerosiinilamppu - Öljylamppu |
| Valaistus |
| Hehkulamppu - Loisteputki Suurpainenatrium - Matalapainenatrium - Monimetalli - Elohopeahöyrylamppu - Ksenon - LED |
