Mis on LED ?

Valgusdiood ehk LED (inglise k. Light-Emitting Diode) on pooljuhtvalgusallikas. Valgusdioodi põhiosaks on legeeritud pooljuhtmaterjal. Valgus eraldub p-n siirdega pooljuhist pärivoolu läbi lastes, kui elektronide ja aukude rekombineerumisel eralduvad valguseosakesed ehk footonid.

 Seda nähtust nimetatakse elektroluminestsentsiks.

Pisut ajaloost.

 Elektroluminestsentsi avastas juba 1907 aastal inglise eksperimentaator H.J. Round, 1927 aastal avaldas venelane Oleg Lossev vene, inglise ja saksa teadusajakirjades teate valgusdioodi loomisest, kuid selle praktilise kasutamiseni ta ei jõudnud. Esimese praktiliselt kasutatava punase kiirgusega valgusdioodi töötas 1962 aastal välja tollal General Electric Company alluvuses töötanud Nick Holonyak jr. Teda peetaksegi „valgusdioodi isaks“.

 Kuni 1968 aastani ei leidnud valgudioodid oma kõrge hinna (umbes 200 USA dollarit tükk) tõttu laialdast kasutamist, kuid juba 1970-ndatel langes nende hind masstootmise alates alla 5 USA sendi tükist. Esimesi tööstuslikke valgusdioode kasutati peamiselt indikaatorvalgustitena hõõg- ja neoonlampide asemel. Nende heledus oli piisav indikaatoritena kasutamiseks, kuid valgustamiseks nad veel ei kõlvanud. Esimese suure heledusega sinise dioodi töötas välja Shuji Nakamura Nichia Corporation’ist. Sinise valgusdioodi leiutamine viis varsti ka valge valgusdioodi loomiseni 1990-ndatel aastatel.

Valgusdioodi värvus.

Valgusdioodi kiiratud värvus sõltub kasutatud pooljuhtmaterjalist. Nii näiteks kiirgab alumiinium-galliumarseniidist diood punast valgust, alumiinium-galliumfosfiidist diood rohelist ja indium- galliumnitriidist diood sinist valgust. Valge valguse saamiseks on kasutusel peamiselt kaks erinevat meetodit.

Esimesel meetodil saadakse valge valgus segades omavahel kolme eraldi valgusdioodi – punase, rohelise ja sinise valguse. Sellist meetodit nimetatakse RGB-süsteemiks. Selle süsteemi eeliseks on parem värviedastus ja võimalus muuta valguse värvust, puuduseks aga kallim hind ning kiirgusvõime järsk langus ning värvistabiilsuse kadumine kõrgematel temperatuuridel.

Teine, rohkem kasutatav meetod põhineb ühte värvi (enamasti sinise) valgusdioodi katmisel luminofooriga, milles osa valgust muutub lühema lainepikkusega valguseks, moodustades nähtavas alas enam-vähem pideva (tõsi küll, mitte väga ühtlase) spektriga kiirguse. Meetodi eeliseks on tootmise lihtsus ja odavus, puuduseks valgusdioodi madalam efektiivsus (vähem valgust tarbitud energia kohta) ja sinise osa üleküllus spektris. Samas saab erinevate luminofooride kasutamisega saavutada erineva värvustemperatuuriga (külm või soe valgus) valgusdioode.

Valgusdioodi eluiga.

 Valgusdioodid on tuntud oma pikaealisuse poolest. Suur hulk 1970ndatel ja 80ndatel toodetud valgusdioode töötavad tänapäevani. Valgusdioodide tööiga ulatub 50 000 kuni isegi 100 000 tunnini. Samas pole valgusdioodi tööiga nii üheselt määratud, kui näiteks hõõglambil. Kui hõõglambi tööiga lõppeb läbipõlemisega järsult, siis valgusdioodi äkiline läbipõlemine on suhteliselt harv juhus. Nimelt väheneb valgusdioodi kiirgusvõime aja möödudes tasapisi ja on kokkuleppe küsimus, millisest hetkest lugeda tema tööiga lõppenuks. Peamiselt on kasutusel kaks kriteeriumi – L75, ehk aeg, mille möödumisel valgusdioodi kiirgusvõimest on säilinud 75% ja L50 (inglise k. „half-life“, eesti keeles tihti kasutatud kui „keskmine tööiga“) , ehk aeg, mille möödumisel valgusdiood on kaotanud pool oma kiirgusvõimest. Valgusdioodi tööiga sõltub tugevalt tema kasutamise tingimustest, nagu töövool ja keskkonna temperatuur ja võib väheneda kõrgetemperatuurilistes keskkondades (näiteks saunas) kasutamisel kordades

 

Eksiarvamused LED kohta

 

Mõned valgusdioodide kohta levinud väärarvamused.Esiteks: LED’id on kõige suurema võimsusühiku kohta tekkiva valgushulgaga seadmed. Tegelikult annab tavaline säästulamp (rääkimata gaaslahenduslambist – tänavavalgustus) enamikust saadaolevatest LED’idest vooluvõrgust tarbitud võimsusühiku kohta rohkem valgust..
Teiseks: LED’id praktiliselt ei kuumene, nende elektriline kasutegur on ligi 100%. Tegelikult ei ületa LED’i elektriline kasutegur (toitealikast tarbitud energia ja kiiratud valgusenergia suhe) 50% , ehk siis vähemalt pool tarbitud energiast läheb soojuseks. Tõsi, toiteallikast tarbitav võimsus on üsna väike, kuid vaatamata sellele kuumenevad mõnede võimsamate LED valgustite jahutusradiaatorid kuni 85 kraadini (enamasti küll mitte üle 40 kraadi).

Siit jõuame kohe kolmanda eksiarvamuseni: LED valgustid on väga sobilikud sauna valgustuseks. Tegelikult üle 70 kraadises keskkonnas ei tohiks LED’e kasutada – eluiga väheneb drastiliselt. Ehk siis – kui saunas, siis põranda lähedal või pole mõtet oodata pooltki lubatud elueast. Sauna sobib paremini kiudoptika, mille tarbeks on küll samuti saadaval LED’idega valgusallikaid, mille saab aga paigutada jahedamasse kohta.


Neljandaks: LED’ide tööiga on 100 000 tundi ja rohkemgi. Tegelikult lubatakse võimsate LED’ide (1W ja võimsamad) keskmiseks elueaks enamasti kuni 50 000 tundi. Keskmine eluiga on aga aeg, mille möödudes LED’id on kaotanud 30% – 50% oma kiirgusvõimest. Eriti käib odavate Hiinas valmistatud valgustite kohta.

LED 10mm

LED COB