Page 19 - elektro.info 5/2020 demo
P. 19
oświetlenie
oświetlenie
LED-y na ulicach miast i gmin
mgr inż. Katarzyna Strzałka-Gołuszka – FPI ELDES, dr inż. Jan Strzałka – Oddział Krakowski SEP
obecnych czasach zużycie ener- dów dokonanych modernizacji bazują-
Wgii jest znacznie większe niż cych na technologii LED i ich rezultaty. obszar
jeszcze kilkadziesiąt lat temu. Ze anoda materiał aktywny materiał katoda
wszystkich stron kierowane są wezwa- dioda LED jako źródło typu p typu n
nia do jej oszczędzania. Co więcej po- światła – krótka historia,
siadamy coraz większą świadomość budowa, działanie + –
tego, że oszczędzanie energii jest bar-
dzo ważne nie tylko dla naszych port- Podstawą działania diod LED jest
feli, ale i środowiska. Energooszczęd- zjawisko elektroluminescencji. Po raz Rys. 1. Ogólny schemat budowy półprzewodnikowej diody świecącej [22]
ność zatem staje się istotnym kryte- pierwszy zostało ono zaobserwowane stwa półprzewodnika typu n, obszar konania diody możliwym jest uzyska-
rium dobrego projektu i jakości wyko- w 1907 roku przez eksperymentatora aktywny zwany złączem p-n, warstwa nie praktycznie dowolnej barwy świa-
nawstwa, co w głównej mierze zależy brytyjskiego H. J. Rounda z laborato- półprzewodnika typu p oraz para me- tła (żółtą, czerwoną, zieloną, niebieską,
od zastosowanych materiałów. riów Marconiego, który wykrył emisję talowych kontaktów – elektrody do- pomarańczową a także białą). Uzyskuje
Potężnym narzędziem w walce światła widzialnego z kryształu węgli- datniej (do materiału typu p) i elektro- się to poprzez odpowiednie domieszko-
o oszczędności są będące tematem ar- ka krzemu (SiC), a pierwszą diodę świe- dy ujemnej (do materiału typu n). Pod- wanie, tworzenie zestawów diod o wy-
tykułu, nowoczesne diody LED. Dyna- cącą zbudował Rosjanin Oleg Łosiew stawą działania półprzewodnikowych branych barwach światła oraz ewen-
miczny rozwój technologiczny w pro- w roku 1927. Kolejne badania związ- diod emitujących światło, jak wspo- tualne sterowanie ich strumieniem
dukcji półprzewodnikowych źródeł ków półprzewodnikowych, pod koniec mniano wcześniej jest elektrolumine- świetlnym.
światła, w ostatnich kilkunastu latach lat trzydziestych XX wieku, pozwoliły scencja. Cechą charakterystyczną mate-
sprawił, iż stało się możliwe stosowa- na zaobserwowanie zjawiska elektro- riału p jest posiadanie nadmiaru dziur właściwości LED
nie ich jako pełnowartościowych źró- luminescencji w siarczku cynku (ZnS). w paśmie walencyjnym, z kolei mate- w aspekcie oświetlenia
deł światła. Coraz większe moce emisyj- Pierwsze diody LED do zastosowań riał n posiada w tym paśmie nadmiar drogowego
ne tych źródeł pozwoliły na zastosowa- specjalnych wytworzono na bazie arsen- elektronów. W momencie spolaryzo-
nie diod LED w oświetleniu w przemy- ku galu (GaAs) dopiero w 1962 roku, a na wania diody w kierunku przewodze- Dynamiczny postęp technologiczny
śle motoryzacyjnym, do podświetlania rynek konsumencki trafiły dopiero w la- nia, następuje przenikanie elektronów w produkcji diod elektroluminescencyj-
dużych wyświetlaczy LCD, w oświetle- tach 70. ub. wieku. Początkowo emito- i dziur do warstwy aktywnej o niższym nych w ostatnich latach sprawił, że dio-
niu dekoracyjnym, architektonicznym, wały one światło monochromatyczne, poziomie energetycznym. W złączu p-n, dy LED wkroczyły w różne obszary za-
w sygnalizacji ulicznej oraz w oświetle- najpierw podczerwone, potem czerwo- zwanym złączem epilaktycznym, będą- stosowań oświetleniowych, nie wyłą-
niu ogólnym zarówno wewnętrznym, ne, zielone, niebieskie a na końcu białe. cym połączeniem dwóch warstw ma- czając oświetlenia drogowego.
jak i zewnętrznym (drogowym). Prawdziwa rewolucja LED nadeszła teriałów półprzewodnikowych typu Rosnące ceny energii elektrycznej
W artykule przedstawiono pokrótce dopiero w drugiej dekadzie XXI wie- p i n, wzbudzone elektrony rekombi- i wysoka emisja dwutlenku węgla do
historię rozwoju diod, ich budowę i za- ku, gdy opracowano wyrafinowane nują z dziurami i pozbywają się nad- atmosfery (rys. 3.) wymuszają poszu-
sadę działania. Ukazano zalety i moż- półprzewodniki pozwalające na osią- miaru energii, która zostaje wypromie- kiwanie energooszczędnych rozwią-
liwości stosowania diod LED jako źró- gniecie dużego strumienia świetlnego, niowywana w postaci kwantu światła zań zgodnych z zasadami ochrony śro-
deł światła w oświetleniu drogowym a masowa produkcja umożliwiła spa- (emisja fotonu). Na rysunku 1. przed- dowiska. Dodatkowo za stosowaniem
w aspekcie oszczędności energii. Wska- dek cen do poziomu akceptowalnego stawiono ogólny schemat budowy pół- oświetlenia ulicznego w technologii
zano na możliwości pozyskania przez przez konsumentów. przewodnikowej diody świecącej. Złą- LED przemawia szereg zalet jakie po-
gminy dofinansowania na moderniza- Obecnie technika świetlna dyspo- cze posiada bardzo małe wymiary, dla- siadają:
cję oświetlenia. Podano kilka przykła- nuje półprzewodnikowymi źródłami tego też montowane jest na specjalnej osiągają stopień oszczędności ener-
światła o wysokiej wydajności, emitu- płytce oraz wyposażone w odbłyśnik gii na poziomie prawie równym lam-
jącymi światło w trzech podstawowych i soczewkę, te dwa elementy pozwalają pom wyładowczym,
barwach: czerwonej, zielonej i niebie- kształtować kierunki promieniowania pozwalają na precyzyjne kształtowa-
soczewka
skiej, a w wyniku połączenia tych chipu LED, co przedstawia rysunek 2. nie rozsyłu światła, a tym samym na
chip
trzech barw możliwe staje się otrzy- Wartość energii emitowanego foto- eliminację olśnienia i zanieczyszcze-
odbłyśnik manie światła białego, co umożliwia nu jest w przybliżeniu równa wartości nia środowiska światłem,
ich szersze zastosowanie. przerwy między stanami energetycz- nie emitują szkodliwego promienio-
Diody LED (Light Emitting Diode) nymi, charakterystycznej dla danego wania ultrafioletowego,
Rys. 2. Kształtowanie rozsyłu chipu są strukturami półprzewodnikowy- materiału półprzewodnikowego. W za- mają bardzo wysoki współczynnik
LED [12] mi. W skład ich budowy wchodzi war- leżności od użytego materiału do wy- oddawania barw,
www.elektro.info.pl nr 5/2020
46
