Valaistus > Lamput ja valaisimet > LED > LED

LED

+ hyvä valotehokkuus (lm/W)
+ pitkä käyttöikä
+ hyvä mekaaninen kestävyys
+ ei säteile lämpöä
+ helppo suunnattavuus ilman lisätarvikkeita
+ edullisin ja tehokkain ratkaisu tuottaa värillistä valoa
+ sytytyskertojen määrä ei vaikuta polttoikään
+ pienikokoinen
+ ympäristöystävällinen
+ syttyy heti

- huono lämmönkestävyys
- vaatii aina liitäntälaitteen
- valaistuksen kokonaiskustannukset kohtuullisen suuret
- pistemäinen valonlähde

Toiminta ja rakenne

LED (Light-Emitting Diode) on valoa lähettävä puolijohdekomponentti, jonka toiminta perustuu elektroluminenssiin. Siinä kiinteään aineeseen johdettu sähkövirta saa aineen emittoimaan näkyvää valoa.

LEDin valmistusmateriaalit määrittävät sen lähettämän valon aallonpituuden. Toimintatavasta johtuen LEDin lähettämän valon spektri on normaalisti kapea ja värintoisto heikko. Yksittäisen LEDin lähettämän valon väriin ja samalla värintoistoon voidaan vaikuttaa lisäämällä LED-komponentin pintaan erilaisia loisteaineita ja pinnoitteita. Toinen tapa muuttaa LEDin väriä ja parantaa sen värintoisto-ominaisuuksia on sisällyttää samaan LED-yksikköön useampia erivärisiä LEDejä.

Nykyään yleisin tapa valmistaa valkoista valoa lähettävä LED on lisätä sinisen LEDin pintaan loisteaineeksi fosforia. Käytetty fosfori vaikuttaa valon väriin ja värintoistoon. Tällä tavalla käsitellyillä LED-komponenteilla saavutetaan suhteellisen hyvä värintoisto (Ra ≈ 70 - 95). Vaihtoehtoisesti valkoista valoa saadaan aikaan, jos LED-yksikköön sisällytetään useampia erivärisiä ledejä (esimerkiksi RGB-LED, joka sisältää punaisen, vihreän ja sinisen LEDin).

Yksittäisen LED-sirun koko on nykyään vain noin 0,2 mm, joten siruja voidaan muutaman millin LEDiin sisällyttää jopa satoja. Tällaisella tekniikalla useampiväristenkin LED-yksiköiden koko voidaan pitää kohtuullisen pienenä.

Ulkoisen rakenteensa perusteella LEDit voidaan jakaa karkeasti kahteen eri ryhmään, pintaliitosledeihin ja perinteisiin LEDeihin.

Pintaliitosledissä LED-yksikkö on kiinnitetty suoraan valmiin piirilevyn pintaan. Pintaliitosledit ovat yleensä suurempitehoisia kuin perinteiset LEDit, ja niiden rakenne onkin suunniteltu erityisesti paremman jäähdytyksen aikaansaamiseksi (LED ei säteile lämpöä ympäristöönsä, vaan lämpö poistuu komponentista johtumalla). Parempi jäähdytys johtaa usein myös pidempään käyttöikään. Pintaliitosledeille voidaan lisäksi suunnitella laadukkaampaa optiikkaa, jonka vuoksi ne alkavat olla valaisinkäytössä suositumpia kuin perinteiset LEDit.

Perinteisten LED:ien käyttökohteet ovat erityisesti kohde- ja huomiovalaistuksessa, kuin varsinaisessa yleisvalaistuksessa.

Yksittäisen LED-komponentin koko vaihtelee tyypillisesti muutamasta millimetristä muutamaan kymmeneen millimetriin jäähdytyslevyn koosta riippuen. LED-valaisimessa yksittäisiä LEDejä saattaa olla valaisimen rakenteesta ja koosta riippuen yhdestä jopa satoihin LEDeihin.

Ohjattavuus ja ominaisuudet

LED toimii tasajännitteellä ja se edellyttää verkkokäytössä aina jonkinlaisen liitäntäyksikön toimiakseen. Vähimmäisvaatimus verkkoliitännälle on oikein mitoitettu tasajännitemuuntaja, mutta energiatehokkaampi ratkaisu liitäntään on hakkuriteholähde.

LEDiä voidaan himmentää sen syöttövirtaa muuttamalla, mutta tällä tavoin säädettynä myös LEDin säteilemän valon väri muuttuu. Suositellumpi tapa LEDin säätöön on ohjattava hakkuriteholähde, jonka avulla LEDiä voidaan himmentää pulssinleveysmodulaatiota (PWM) hyväksikäyttäen. Pulssinleveysmodulaatiossa syöttövirta on vakio, mutta LEDiä kytketään päälle ja pois niin suurella taajuudella, että silmä ei kykene havaitsemaan välkyntää.

Vaikkei yksittäisen LEDin värin muuttaminen onnistukaan, voidaan useammasta erivärisestä LEDistä koostuvassa LED-yksikössä yksikön lähettämän valon väriä yleensä muuttaa. Tällaiset ratkaisut tulevat vastaan usein etenkin tehoste- ja julkisivuvalaistuksen sovellutuksissa.

LEDin polttoikä on sen rakenteesta johtuen melko pitkä, jopa 100 000 tuntia. Keskimäärin kuitenkin yleisvalaistuskäytössä voidaan päästä maksimissaan noin 30 000 käyttötuntiin. Käyttöikää ajatellen LED-komponenttien suurin ongelma tällä hetkellä on suuret laadulliset erot eri valmistajien välillä. Samankaltaisissa LEDeissä käyttöiät voivat vaihdella valmistajasta riippuen muutamasta tuhannesta käyttötunnista aina kymmeniin tuhansiin tunteihin. Käyttöikään vaikuttaa oleellisesti myös LEDin käyttöympäristön lämpötila. Yleensä LEDin käyttöikä alkaa pudota rajusti jo yli + 40 °C lämpötiloissa.

Yhteenveto

LED on tulevaisuuden yleisvalonlähde, jonka edut tulevat olemaan erityisesti sen polttoiässä ja valotehokkuudessa. Nykyään LED on kuitenkin yleisvalaistukseen vielä kohtuullisen kallis vaihtoehto ja myös eri valmistajien komponenttien suuret laatuerot rasittavat markkinoita. Sisustus- ja kohdevalaistukseen LED on kuitenkin monessa tapauksessa jo paras ratkaisu, varsinkin jos valon väriä ja voimakkuutta halutaan säätää.