Technologien i LED

LED Teknologi

LED – Det videnskabelige

En LED er hvad man kalder en “solid-state belysning” teknologi eller SSL. I stedet for at udsende lys fra et vakuum (som i en glødelamper pære) eller en gas (som i en CFL), udsender en SSL lys fra et stykke solidt stof. I tilfælde af en traditionel LED er et af delene en halvleder.

Hvordan producerer dioden lys?

Lys er en form for energi, der kan frigøres af et atom. Det består af mange små partikel-lignende pakker, der har energi og dynamik, men ingen masse. Disse partikler der kaldes fotoner, er lysets mest grundlæggende enhed.

Fotoner frigives som følge af flyttende elektroner. I et atom kredser elektroner omkring kernen. Elektroner i forskellige kredse har forskellige mængder energi. Generelt, flytter elektroner med større energi i en kreds længere væk fra kernen.

 

Før en elektron kan hoppe fra en lavere til en højere kreds, skal noget øge dens energi niveau. Omvendt, en elektron frigiver energi når det falder fra en højere til en lavere kreds. Denne energi er udgivet i form af en foton. Et større fald i energi frigiver en foton med højere energi, som er karakteriseret ved en højere frekvens.

 

Frie elektroner som flytter på tværs af en diode kan falde i de tomme huller fra P-tekstlaget. Dette indebærer et fald fra leder båndet til en lavere kreds, så elektroner frigiver energi i form af fotoner. Dette sker i enhver diode, men du kan kun se fotoner når dioden er sammensat af visse materiale.

Atomer i en standard silicium diode, er for eksempel arrangeret på en sådan måde, at elektronerne falder i en relativ kort afstand. Som følge heraf er fotonens frekvens så lav, at det er usynlige for det menneskelige øje–det er i den infrarøde del af spektret. Dette er ikke nødvendigvis en dårlig ting da infrarøde lysdioder er ideelle til bl.a. fjernbetjeninger.

 

Synlige lys emitterende dioder (VLEDs), såsom dem, der lyser op tal i et digitalt ur, er lavet af materialer karakteriseret ved en bredere kløft mellem leder båndet og de lavere kredse. Størrelsen af kløften bestemmer fotonens frekvens–med andre ord det bestemmer farven på lyset. Mens lysdioder bruges i alt fra fjernbetjeninger til elektronik på digitale skærme, er brugen af synlige lysdioder blevet mere og mere populær, takket være deres lange levetid og miniature størrelse. Lysdioder kan laves i infrarød, ultraviolet, og alle farverne i det synlige spektrum – diodens farve bestemmes af det specifikt anvendt materialer.

Billigere LED – Store videnskabeligt fremskridt i LED produktion

Lys-tabs problemet i pære design har tidligere været en af de største forhindringer i udviklingen af LED til universalt brug. En måde at frigøre mere af LEDs lys er at sætte mikroskopiske huller i dens hylster ’casing’. For at kunne gøre det rigtigt, ville være både tidskrævende og kostbare. Men det lykkedes et team af forskere på Glasgow Universitet i Skotland at opfinde en ny måde at gøre det på. Ved at bruge en nano aftryk litografi teknik, kunne de meget hurtigt sætte milliarder af huller i små lysdioder. Ved at bruge denne nye proces, var det muligt for dem at fjerne en af de største og vigtigste forhindringer til LEDets bredere udvikling.

Et andet team af forskere ved Cambridge Universitet i England, opfandt endnu en ny metode til at overvinde endnu en hindring til billige LED produktion. Teamet opfandt en nyere og billigere måde at producere gallium nitrid halvleder (semiconductor) materiale på. Gallium nitrid er et vigtige element i LED produktion. Før gennembruddet, var det kun muligt at dyrke gallium nitrid halvledere på dyre safir plader. Den nye metode bruger silicium plader og medfører en drastisk reduktion i omkostningerne ved fremstilling af dioder.

Denne nye gallium nitrid baserede LED (pære) er ikke alene langt billigere at producere men de har også en levetids klassifikation af 100.000 timer, de er dermed tre gange mere effective end tidligere modeller. Når de kommer på markedet i 2012 burde de koste mindre end 15 Kr. pr stykke – en betydeligt pris reduktion i forhold til tidligere [kilde: Evans].

Belysnings industrien forventer et hurtigt fald i produktions omkostninger, generelt anslår de en 50 procent prisfald inden for de næste to år [kilde: Linden].

Hvad er Lysdiodens fordele?

Alle dioder afgiver lys men det er det færreste der gør det effektivt. I en almindelig diode ender halvleder materialet selv med, at absorberer meget af det lys energi den producerer

 

Lysdioder er specielt konstrueret til at frigive et stort antal udadgående fotoner. Derudover er de opstaldet i en plast pære, der koncentrerer lyse strålet i en bestemt retning. Den største del af lyset fra dioden preller af på pærens sider, og dermed omdirigeres gennem pærens afrundede ende.

 

Lysdioder har flere fordele i forhold til konventionelle glødelamper. For det første har de ikke en glødetråd der vil brænde ud, de har derfor en længere levetid. Derudover gør deres små plast pære dem mindre skrøbeligt og meget mere holdbare. De passer også lettere ind i moderne elektroniske kredsløb.

 

LED’ens vigtigste fordel er effektivitet. I konventionelle glødelampe pære genererer lys produktions processen en masse varme (glødetråden skal være varme). En stor del af den anvendte elektricitet bruges derfor ikke til at producere synligt lys. Dette er fuldstændig spildt energi, medmindre du bruger lampen som et varmelegeme. Lysdioder generere meget lidt varme, relativt set. En meget højere procentdel af LED’ens strøm forbrug går direkte til generering af lys, dette resulterer i en betydelig reduktion i elektricitet forbrug.

 

Pr. watt, afgiver lysdioder flere lumen lys end almindelige glødelampe pære. Lys emitterende dioder har en højere lysende effektivitet (hvor effektivt elektricitet konverteres til synligt lys) end glødepære–eksempelvis Sewell’s EvoLux LED pære producerer 76,9 lumen pr. watt sammenlignet med en glødelampe pære 17 lm/W [kilde: Sewell]. De varer længe: lysdioder kan have levetid af 50.000 timer eller mere [kilde: Design Papirkurv Inc].

 

Indtil for nylig var lysdioder for dyrt at benytte til de fleste belysnings løsninger, men fordi prisen på halvlederkomponenter er faldet brat siden år 2000 gøre det nu lysdioder til en mere omkostningseffektiv belysning mulighed for en lang række anvendelser. Selvom den initiale omkostning kan være dyrere end glødelamper, i det lange løb kan det bedre betale sig at skifte til LED grundet dens meget lave energi forbrug og dens længere levetid.

LED (Light emitting diode – lys afgivende diode), almindeligvis kaldet lysdioder, er mere eller mindre gået hen og blevet en betydelig dele af vores hverdag og er faktisk det elektronisk verdens ubesungne helte. LEDer bruges til dusinvis af forskellige former og funktioner og er til at finde i hjemmet og de fleste arbejdspladser. LED anvendes til mange forskellige hverdags funktioner som vi måske ikke lægger mærke til, såsom; i digital ure hvor de danner tal, i fjernbetjeninger hvor de overfører oplysninger til elektroniske enheder (stereo, tv, dvd osv), de bruges også til at tænde ure og fortælle når dine apparater er slukket eller på standby Ved at koble mange enheder sammen bruges de også til at danne billeder på jumbo tv skærme eller til at belyse trafiklyset.

Lysdioder er, i grunden, bare små lyskilder som passer let inde i et elektronisk kredsløb. I modsætning til almindelig glødelampe pære, har LCD pære ikke glødetråde der vil brænde ud eller udstråle store mængder overskuds varme. LED’ets belysningseffekt genereres udelukkende af bevægelsen af elektroner i en halvleder (semiconductor) materiale med en levetid som er lige så længe som en standard transistor. I modsætning til glødelampens fortrinsvis korte levetid har LED en levetid af tusindvis af timer. Små lysdioder erstatter allerede de rør, der lyser op i LCD HDTV’er LED teknologi gør det også teknisk muligt at producere dramatisk tyndere fjernsyn.

Glødepæren, som har belyst vores hjem siden 1800-tallet er nu officielt passé. Den meget ineffektive glødelampe som konvertere kun 5-10 % af dens anvendte energi til belysning og spilder det resterende 85 % som overskuds varme, er ikke længere populære pga af dens dårlige økonomiske og økologiske profil (fodtryk). I et forsøg på at nedbringe energiforbrug og reducere CO2 udslip, begyndte EU i 2009 at udfase glødepæren, med henblik på at fjerne den totalt fra markedet inden udgang af 2012.

Den primære (men fejlslåen) erstatning for glødepæren var den mere energi effektiv kompakt fluorescerende pære CFL. Brugen af CFL har i mellemtid vidste sig at have sine egne problemer, primært dens indeholdelse af giftige og miljø fjendtlige kviksølv og derudover dens mærkelige design og ubehagelige belysnings farve, der siges at give nogle mennesker hovedpine.

Nu er tiden inde for den seneste og bedste løsning som kan dække vores behov for en effektiv og miljø venlig belysnings kilde – LED ellers kendte som lysdiode. Lysdioder har eksisteret i mange år – de anvendes til; digitale ure, Julelys, lamper og trafik signaler, de bruges også til at fortælle når du har fået en ny voicemail meddelelse på din mobiltelefon. Det er kun i de sidste par år at LED er blevet så tekniske avanceret og veludviklet at de nu anses som at være en brugbare og fornuftige belysnings løsning som kan dække alle vores belysnings behov til både hushold og industri.

I mange år har visse tekniske vanskeligheder tilbageholdt virksomheder fra at fremstille LED i standard forme som kunne erstatte de mest anvendte og populære størrelser og formning.

Der er sket meget indenfor tekniske og industriel produktion siden 1907, hvor diode effekten blev først opdaget. Nylig anvendelse af nano teknologi indenfor elektroniske produktion har muliggjort hvad tidligere var anset for at være umuligt. Som resultat kan LED nu produceres i standard former og til fornuftige priser. Det moderne LED kan nu erstatte standard størrelser og former såsom rør og pære der blot kan skrues eller sættes ind i eksisterende fatninger. Fordi LED kan nu produceres i standard former og størrelser betyder det at et stigende antal industrivirksomheder, offentlige instanser, hoteller og privat boliger kasserer deres gamle glødepære, lysstofrør og uduelige CFL belysning og erstatter dem med de mere økonomiske, energi effektiv og miljø rigtige LEDer.

Teknologien og produktion er så fremskridende at selv den kostbare og fortrinsvis ineffektiv gadebelysnings pære og rør kan nu erstattes med LED.

LED giver de andre belysnings former baghjul!

Da CFL kom på markedet var LED (Light Emitting Diode) pæren ikke anset for at være en effektiv og brugbare løsning pga dens alt for snævre og fokuseret lys stråle og høje pris.

I mellemtid har LED været under udvikling og er nu så avanceret at den anses for at være den korrekt, miljø rigtige og energi-effektiv belysnings løsning som vi eventuelt vil bruge til at erstatte glødelampen og CFL. LED vil i fremtiden; dække alle vores belysnings behøv, skåne miljøet og spare os mange penge både i det privat og i det offentlige.

Den seneste udvikling i LED teknologi har fundet løsninger på disse hindringer. De lysdioder som nu anvendes af LED teknologi er ‘grupperet’ for at give mere lys, og monteret med ’diffuser’ linser som spreder lys over et bredere område. Stort fremskridt inden for battericelleteknologi og produktionsteknologi har drevet priserne ned på et niveau, hvor LED pærer er mere omkostningseffektiv end CFL eller glødepære. Tendensen fortsætter i trit med teknologiske udvikling, LED pæren bliver nu designet til at dække flere anvendelses områder alt imens priserne rasler ned.

Pris niveauet på LED kan virke afskrækkende for mange og har derfor været en forhindring for deres bredde accept hos forbrugerne. De følgende tabeller giver en realistiske sammenligning af effektivitet og pris mellem LED, CFL og glødepæren.

Mellem 15-40 % af vores elforbrug i hjemmet bruges til belysning

Pris sammenligning mellem LED,CFL og glødepære

LED kan ikke alene, spare dig for en betydelig mængde penge, men også være med til at skåne miljøet.

LED byder på et belysnings alternative der kræver langt mindre vedligeholdelse og som giver en lige så god belysnings effekt som glødepæren – med mindre watt forbrug.

LED er betydelige mindre skadeligt for vores miljø da alle LED komponenterne er 97 % genanvendelige.

LED afgiver en forsømmelig lille mængde varme i forhold til gløde og CFL pære og har et meget længere livstid der kræver mindre udskiftnings omkostninger og ulejlighed.

Brugen af LED er ikke kun energieffektivt, den er også meget tids effektiv der kunne gå 20 år uden at det blev nødvendigt at skifte en LED pære. Faststof lys ligesom lysdioder er mere stabile lyskilder end glødelamper eller fluorescerende pære, og forskellen er meget opsigtsvækkende; en typisk glødelampe pære har et levetid på omkring 750 timer; en LED pære har en livstid på ca. 30.000 timer [kilde: Sundance]. D.v.s. LEDens levetid er 40 gange længere end en alm. glødepære.

Nogle LED pære har en levetid på op til 50.000 timer (60 gange længere end en alm. Glødepære) [kilde: Linden].

En del mennesker vil finde prisen på LED løsningen lidt afskrækkende men nu er det nødvendigt at tage lommeregneren frem.

Man skal regne ud hvad en LED pære svarende til 60watt koster i forhold til en 60 watt glødepære og en CFL pære svarende til 60watt. Så skal man gange den med de individuelle pæres kwh forbrug og indregne udskiftnings omkostninger. Selvom LED pæren virker langt dyrere end de andre ville man kunne se at LED løsningen er meget mere gavnligt for både din pengepung og miljøet.