H Hírek2018 július (No 178)2018.július (No.178)

A fénypor + LED-csomag fényhasznosítása εP+P(MSA) = 0,416W / 0,66W = 63%

A pc-LED-csomag fényhasznosítása: εP = εB . εPh/MSA . εS = 33%

A kék LED fényhasznosítása εB = 0,66W / 1W = 66%

Spektrális fényhasznosítás εS = 137lm / 175lm = 78%

6W)

Bemenet a vöröshöz (0,5W)

DC

ele

ktr

omos

bem

enet

i te

ljes

ítm

ény

(1W

)

Bemenet a zöldhöz (0,12W)

Kék (0,04W)

Vörös kimenet (0,294W) Fehér fény kimenet:137lm (0,325W)

175l

m p

oten

ciál

(04

16

Mix/szóród./elnyel.(0,013W)Stokes-veszteség (0,018W)Nem sugárzó (0,002W)

Mix/szóród./elnyel.(0,005W)

4 33

Tartalom

1 Rövid hírekA ó i t k kö ö il tk t új ilá ítá i

1c

2

– Az európai szervezetek közös nyilatkozata az új világításitechnológiákra való áttérés reális ütemtervéről

– Tridonic a második az Osztrák Szabadalmi Hivatal „leg-innovatívabb osztrák vállalatok” rangsorában

– Megnyílt a Zumtobel Csoport új Világítási KözpontjaBécsben

2

2 A RIDI Csoport legújabb termékei 2018-ban

3 Tridonic LED- és érzékelő-technológia teremt jó közérzetet aPoitiers-i egyetemi kórházban

4 Szilárdtest-világítás 2017, 4. rész – A LED-technológia és LED-gyártás helyzete, lehetőségei és kihívásai – A LED-csomagok és

HOLUX Hírek – a HOLUX Kft. elektronikus úton terjesztett műszaki/kereskedelmi tájékoztató kiadványaSzerkeszti: Surguta László, Szaklektor: Arató András

Felelős kiadó: Hosó János vezérigazgató

LED-alapú lámpatestek technológiája2

é őkö át é f lh álóki b éA ó i t k kö ö i l é b ) E k k i á k k jö ő

1 Rövid hírek

végzőkön át a végfelhasználókig – beér-kező és a két jogalkotási folyamat (azRoHS és a környezetbarát tervezés) soránfelmerülő észrevételeket.

I. MELLÉKLETMiért kérjük a világítási technológiákfokozatos megszüntetésének elhalasz-tását?

Az európai szervezetek közös nyi-latkozata az új világítási techno-lógiákra való áttérés reális ütem-tervéről(Forrás: lightingeurope.org, PressRelease, 2018. márc. 27.)

A LED technológiával tervezett termékeki h ték á i kö t l é i k

letén stb.). Ezeknek az iparágaknak a jövő-jét az intézkedés komolyan érintené.● Jelentős mennyiségű szükségtelen hul-ladék: a technológiák korai betiltása jelen-tős mennyiségű szükségtelen hulladékoteredményez, mivel a jelenleg felszerelt,hosszú üzemi élettartammal rendelkezőlámpatestek idő előtt bekerülnek ahulladékkezelési folyamatbatását?

Amint azt az Európai Bizottság is elismer-te, számos világítási technológia a dologtermészeténél fogva már megszűnőben vananélkül, hogy további szabályozási intéz-kedésekre lenne szükség, ami jelentősenergiamegtakarítást eredményez.A LED-es világításra való áttérés folya-matban van és visszafordíthatatlan.

energiahatékonysági követelményeineknövekvő szintje nem csak a fogyasztók,hanem a környezetvédelem, a társadalomés az európai ipar versenyképessége szem-pontjából is előnyös.Jelenleg három olyan jogalkotási kezde-ményezés van folyamatban a világítás-technikai termékekkel kapcsolatosan (rész-letesen lásd a II mellékletet) amely je-

hulladékkezelési folyamatba.● Munkahelyek elvesztése: a világítás-technikai iparágon belül a korai tilalomjelentős munkahely-veszteségeket eredmé-nyez, mivel az ágazatnak nem lesz elégideje a létesítményeknek és az alkalma-zottaknak az új munkafolyamatokra és azúj termékekre való átállításához.

Ez világosan látható a LED-eladások nö-vekedéséből és a hagyományos fényforrá-sok értékesítésének jelentős csökkenésé-ből. (Lásd például a VHK által kidolgozottés 2015 után az Európai KonzultációsFórumon elfogadott „MELISA – EurópaiFényforráselemzések Modellje” című do-kumentumot.)

letesen lásd a II. mellékletet), amely jelentős változásokat hozhat a hatályos jog-szabályokhoz képest:● A fényforrások környezetbarát tervezési követelményei● A fényforrások energiacímkézési köve-telményei● A veszélyes anyagok felhasználását kor-látozó irányelv (RoHS) alóli mentesség

II. MELLÉKLETMagyarázó megjegyzések a vitatott jog-szabályokkal kapcsolatosanA fenti szövegben említett változtatásokszámos, az Európai Bizottságban jelenlegmegvitatás alatt álló szabályozásbanelőkészületi fázisban vannak:1) A világítástechnikai termékekre

A világítási technológiáknak a meglévőkarbantartási és javítási ciklusok keretébennem végrehajtható korai tilalmának beve-zetése számos hátrányos következménnyeljárhat Európa gazdasága és társadalmaszámára:● Nincs elegendő tőke az új LED-technológiák beszerzésének és felszere-lé é k fi í á á A LED ilá í

y ( ) gmegújítására vonatkozó kérelmekMi, alulírott egyesületek támogatjuk a kör-nyezetbarát tervezés, az energiacímkézésés az RoHS célkitűzéseit.Felszólítjuk a hatóságokat arra, hogy fo-gadjanak el pragmatikus és reális át-állási ütemtervet a világítási technoló-giák és termékek kiváltására. Az ütem-

vonatkozó előírások felülvizsgálata(mind a környezetbarát tervezés, mindaz energiacímkézés vonatkozásában).Az Európai Bizottság jelenlegi munka-dokumentum-tervezetei a lámpák kitiltásá-ból következő fontos változásokat tartal-maznak a hatályos jogszabályokhoz képest(mind az energiahatékonysági teljesít-

é i d ki á k kö kö ölésének finanszírozására: A LED világí-tásra való átállást jó előre meg kell tervez-ni a vásárlók megfelelő tájékoztatása ésfelvilágosítása érdekében. Az átállásnakilleszkednie kell a tulajdonosok és a vég-felhasználók költségvetési és csere ciklu-saihoz is.● A régi technológiák fokozott elő-vigyázatosságból történő beszerzése:

tervnek figyelembe kell vennie az ilyenvilágítási termékek végfelhasználóinakszokásos karbantartási és javításiciklusait.A piacoknak elegendő időre van szük-ségük ahhoz, hogy megismerjék és kiérté-keljék az alternatív világítástechnikai ter-mékeket, majd módosítsák költségveté-ük t é ék időt t it A t ék k

mény, mind a kivonásnak a körkörös gaz-daságot érintő követelményei tekinteté-ben). Mindez érinthetné az európai iroda-épületekben és ipari létesítményekben leg-általánosabban használt fényforrásokat, aT8-as lineáris fénycsöveket, a becsavar-ható kompakt fénycsöveket és néhány ha-logénlámpát és lámpatestet már 2020szeptemberétől kezdvevigyázatosságból történő beszerzése:

egyes iparágak „gyors és könnyű”megoldásként „készletezéssel” igyekeznekmegoldást találni egyes termékek nemtervezett tilalmának kezelésére és létesít-ményeik megfelelő és biztonságos mű-ködésének garantálására. Ez teljesen sem-legesíti az energia- és CO2-megtakarításkívánt hatását, és csökkenti a nem kívánt

süket és a cserék időtartamait. A termékekkorai kivonása szükségtelen hulladékok-hoz és költségekhez vezethet.Az átmeneti időszaknak lehetővé kell ten-nie az érintett vállalatok számára, hogy újgyártólétesítményeket építsenek fel, kiké-pezzék az alkalmazottakat és segítsék őketegy másfajta szakmai környezetbe valóátállásban (lásd az I mellékletet)

szeptemberétől kezdve.2) A higanytartalmú lámpákra vonat-kozó RoHS-mentesség. A környezetbaráttervezésnek az Energiaügyi Főigazgatóságáltal végzett felülvizsgálatával párhuza-mosan a Környezetvédelmi Főigazgatóságazt vizsgálja, hogy a jelenleg piacon lévőleghagyományosabb fényforrások (pl. alineáris és kompakt fénycsövek – beleértvev s , és csö e e v

anyagok mennyiségét a piacon és a hulla-dékkezelésben.● Negatív hatás Európa számos iparigyártási tevékenységére: amint azt mindaz Energiaügyi, mind a KörnyezetvédelmiFőigazgatóság szakértői elismerték, nin-csenek tökéletes helyettesítők mindenhiganytartalmú kisülőlámpához.

átállásban (lásd az I. mellékletet).Ha nincsenek megfelelő helyettesítő ter-mékek és technológiák, akkor a hatósá-gokat arra kérjük, hogy továbbra is en-gedélyezzék a különleges célú termék-eket az EU piacán, mentesítve őket akörnyezetbarát tervezési szabályok alólés megújítva RoHS-mentességüket.Az erőteljes és kiegyensúlyozott hatás-

lineáris és kompakt fénycsövek beleértvea T8-as fénycsöveket is –, valamint anagynyomású nátrium- és egyéb kisülő-lámpák és speciállámpák) esetében meglehet-e újítani az RoHS-mentességet. AzEurópai Bizottság eldöntheti, hogy sokilyen terméket betilt még 2020 előtt is.

Számos ipari és kereskedelmi alkalma-zásban használnak speciállámpákat (pél-dául a félvezetőgyártásban a mikro-litográ-fiánál, vagy a szórakoztató világítás terü-

j gy yvizsgálat érdekében felszólítjuk az EurópaiBizottságot, hogy vegye figyelembe azértéklánc valamennyi részvevőjétől – a vi-lágítástechnikai gyártóktól, a felszerelést

HOLUX Hírek No178 p.2

A O t ák S b d l i Hi t l ált lT id i á dik O t ák l k i f l lő k i í ö l ké

1„Az Osztrák Szabadalmi Hivatal általnemrég közzétett számadatok kiemelikinnovatív képességünket és piacvezetőszerepünket. Örülünk annak, hogy Auszt-ria-szerte is vezető pozíciónk van a 2017.évi összehasonításban. Kutatási és fejlesz-tési tevékenységeink azonban mindig avevői értékekre fókuszálnak. Elsődlegesprioritásunk az hogy innovatív és haté

Tridonic a második az OsztrákSzabadalmi Hivatal „leginnovatí-vabb osztrák vállalatok” rang-sorában(Forrás: www.tridonic.com, Press Release,2018. máj. 7.)Az Osztrák Szabadalmi Hivatal nem-régiben jelentette meg 2017. évi éves je-

lyok is felelősek az innovatív ötletekért.Ennek fényében az osztályok közöttiegyüttműködés kiemelt fontosságú. Elérthelyezésünk azt is mutatja, hogy ez azegyüttműködés jól folyik.” – tette hozzáSteffen Riemer.

Vorarlberg - az innováció fontos hely-színeprioritásunk az, hogy innovatív és haté-

kony világítási megoldásokkal hozzáadottértéket hozzunk létre vevőink számára.” –nyilatkozta Steffen Riemer, a TridonicK+F tevékenységért felelős alelnöke.

Vevőközpontú innovációkA Tridonic jelenleg több mint 2500 szaba-dalom és szabadalmi bejelentés birtokosa –

g j g jlentését. Az összesen 84 db bejegyzettszabadalom birtokosai között a Tridonic –mint az intelligens és hatékony világításimegoldások egyik vezető globális vállalata– a második helyet szerezte meg a legtöbbszabadalmi bejelentéssel rendelkező válla-latok listájában.Az innovációk és a hozzájuk tartozó

színeIgen innovatív vállalatként a Tridonic avilágítástechnikai tevékenységének köz-pontját jelentő Vorarlberg szövetségi ál-lamban is jelentősen növeli az ott nyilván-tartott szabadalmak számát. Ami a népes-ség számát illeti, Vorarlberg regisztrálta2017-ben lakosonként a legtöbb szabadal-mat. Évenkénti 12 000 szabadalmávalj

az Osztrák Szabadalmi Hivatalban bejegy-zett védjegyjogok mellett. Ezek között szá-mos európai és egyesült államokbeli sza-badalom szerepel.„"A felfedezés öröme és a leleményesszellem – ezek a vállalat karakteréneklegfontosabb elemei, és ez nem csak aK+F részlegünkre vonatkozik. Más osztá-

szabadalmak fontos versenyképességitényezőt jelentenek. Az OsztrákSzabadalmi Hivatal a 84 szabadalmat éshasználati modellt felsorakoztató 2017. évijegyzékében a Tridonic Ausztria háromleginnovatívabb vállalata között szerepel.2015 és 2016 után ez a dornbirni központúvállalat harmadszor erősítette meg helyét a

há l j bbj kö ött

mat. Évenkénti 12 000 szabadalmávalAusztria az EU-ban a hatodik, világ-viszonylatban pedig a tizenegyedik helyetfoglalja el a regisztrációk országonkéntiösszehasonlításában. Ausztria egész terüle-tén 2900 szabadalmat regisztráltak és 1450szabadalmat és hasznosítási modell adtakki az előző évben.

a rangsor három legjobbja között.

A bécsi világítási központ a svéd malmöimellett a második, amelyet a nemzetközihírnévnek örvendő norvég építészeti irodatervezett. A „nyitott tér” koncepciót aSnøhetta vállalati kultúrája inspirálta,amelynek irodái nyitottak barátságosak és

Megnyílt a Zumtobel Csoport újVilágítási Központja Bécsben(Forrás: www.zumtobelgroup.com, PressRelease, 2018. máj. 18.)

amelynek irodái nyitottak, barátságosak ésígy megkönnyítik az információcserét és ahálózatépítést. Ezt alapul véve a bécsi vilá-gítási központ nyitott tárgyalói ösztönzik acsoportos hálózatépítést, segítik a márkákegymást erősítő hatásait és az ügyféllelkialakítandó kölcsönhatást.Az új világítási központban a ZumtobelCsoport bemutatja az acdc a Thorn a

2018. május 17-én a Zumtobel Csoportmegnyitotta új világítási központját a bécsiWagramer Strasse-i IZD Tower-ben. Mintglobális világítástechnikai vállalat, ezen azúj helyen bemutatja a professzionális vilá-gítás terén kínált széles termékválasztékátés a világítás felhasználásának számos te-rületét. A 250 m2-es világítási központot anorvég Snøhetta építészstúdióval közösen Csoport bemutatja az acdc, a Thorn, a

Zumtobel és a Zumtobel Csoport Szolgál-tatásai (ZGS) márkáit különböző alkalma-zási területeken. A kiállítási terület külön-böző zónákra van felosztva. A bemutatóegyik attrakciója minden bizonnyal a„fény-élmény tér”, amelyben szándékosankerülték a kiemelt termékek felvonultatá-sát, s helyette a fényt mint anyagot mutat-

norvég Snøhetta építészstúdióval közösenhozták létre.

Közös hely a Zumtobel valamennyi már-kája számáraA Zumtobel Csoport már képviseltette ma-gát az IZD Tower-ben egy kb. 70 főbőlálló értékesítési irodával. A hely mostantólaz új kiállítóteremmel bővült ugyanabban y y y g

ják be, tisztán márkasemleges módon. Avilágítási központnak ebben a részében alátogatók a fény bűvöletes voltát tapasz-talhatják meg. A kiállítás jelenleg idősza-kosan bemutatja az amerikai sztárépítész,Daniel Libeskind „mesterdarabját” is. AZumtobel Csoport művészi évkönyveinekkiadásai iránt érdeklődők pedig az elmúlt

az új kiállítóteremmel bővült ugyanabbanaz épületben.2014-ben a Zumtobel bezárta a Jasomir-gottstrasse-i régi világítástechnikai bemu-tatótermét, amely akkoriban fizikailag el-különült az értékesítéstől. A cél az volt,hogy találjanak egy olyan új helyet, amelyötvözné a bemutatótermet és az értékesí-tési irodát, és lehetővé tenné a vállalat-

HOLUX Hírek No178 p.3

tíz évből szemlélhetnek meg válogatást arecepción. (A művészi évkönyvekről aHOLUX Hírek 133. és 157. számaiközölnek bővebb információt. – A Szerk.)

,csoport valamennyi márkájának egyidejűjelenlétét. A többmárkás megjelenéssel aszinergiák az ügyfelek előnyére használ-hatók fel.

(Forrás: a RIDI „Best of 2018” című kiadványa, 2018. március)

2 A RIDI Csoport legújabb termékei 2018-ban

F-EDGE A süllyesztett szereléshez a H 140-Profiltbelső szerelőnyílás-záró panelekkel is ellehet látni, amelyek lehetővé teszik a felsőrészben lévő komponensek cseréjét éskarbantartását anélkül, hogy az álmennye-zetet meg kellene bontani Mindezt a fo

Ezt a kecses irodai lámpatestet elegánsházának felfelé elkeskenyedő formája jel-

zetet meg kellene bontani. Mindezt a fo-lyamatos világítás esztétikai megjelenésé-nek megzavarása nélkül.

LBK – Modulrendszerű és kifino-mult

házának felfelé elkeskenyedő formája jellemzi. Minimális méretű házának enyhéntrapéz alakja finom távolságot tart a négy-szögletes prizmás diffúzortól.Az oldalsó elemek matt felületével meg-világítva fénylő kontúr benyomását kelti.Noha csak 37 mm magasságú, a lámpa-testház valamennyi elektronikus kompo-nensnek helyet biztosít. Az indirekt fény-komponenst a lámpatest felső felületénekszintjéig besüllyesztett LED-modulok hoz-zák létre.A FLAKE állítható fehér és 840-es fény-színű változatban áll rendelkezésre. Afüggesztett változathoz illeszkedő módonegy felületre szerelhető, 150 mm élhosz-szúságú és 37 mm magasságú, négyzetesí i ké l

Az F-EDGE lámpatest a jól ismert F-LINEcsaládot egészíti ki mindazzal a tér- és mé-retbeli szabadsággal, amelyet a LED-tech-nológia felhasználása tesz lehetővé.A RIDI kiváló LED-moduljai a szélektőlkezdve egyenletes, homogén megvilágítás-ról gondoskodnak A többrétegű panel- típus is készül.

H 140-Profil – Folytonos vonalakés görbék

ról gondoskodnak. A többrétegű panelfelépítés a helyiségekben rendkívül jó, dif-fúz világítási effektust eredményez.A számítógépes munkahelyekre vonatkozóelőírásoknak megfelelő világítás biztosítá-sára nanoszerkezetű réteget használnak.A lámpatestház anyaga és mérete ugyan-olyan, mint az F-LINE család többi tagjáé.Az elektromos komponenseket a mind-

Az LBK (Lichtbaukasten) "fény-építőszekrény" szinte kimeríthetetlen al-kalmazási lehetőséget kínál. Egyenként,sorokban vagy konfigurált konstrukcióformájában a modulrendszerű lámpatestelemei bármilyen helyiségnek tökéletesmegjelenést kölcsönöznek.Az elegáns kialakítást 25mm x 50mm es

A H 140 P filt kif j tt f l

pössze 22 mm magasságú lámpatestházbaszerelték.A lámpatest függesztve szerelhető. Csakdirekt fénykomponenst, vagy indirektfénykomponenssel kiegészített fényt szol-gáltat. A megfelelő csatlakozók használa-tával bármilyen opcionális konstrukcióösszeállítható.

Az elegáns kialakítást 25mm x 50mm-eskeresztmetszetű, lineáris LED-modulokkalés egy PMMA-ból készült, szintbesüllyesztett diffúzorral ellátott alumíniumprofil határozza meg.E sima, egyszerű lámpatest négy külön-böző hosszúsága sokféle konstrukciólétrehozására alkalmas. Speciális PMMAdiffúzora folytán ez a szabadonsugárzóA H 140-Profilt kifejezetten nagy, foly-

tonos fényszalagok előállításához fejlesz-tették ki. A profiloknak alul beépített tar-tójuk van a diffúzorok rögzítéséhez. A dif-fúzorok és a föléjük szerelt fényforrásoktökéletesen egyforma, homogén fénytszolgáltatnak.A profilok közötti középső támasz széles-sége változtatható ami számtalan lehető-

FLAKE – Egyszerű, lapos lámpa-testház

diffúzora folytán ez a szabadonsugárzó,ultramodern lámpatest indirekt fénykom-ponenssel is szolgál. Mivel ugyanolyantápegységgel van ellátva és a szerelésifuratok elrendezése is azonos, alkalmas azeredeti, T5-ös fénycsövekkel szerelt lám-patest lecserélésére. A lámpatest minimálisméretei ellenére az összes elektromosalkatrész biztonságosan be van építve asége változtatható, ami számtalan lehető-

séget biztosít a lámpatest geometriájánakalakításához. A H 80-Profilhoz hasonlóana fényforrások az alsó, a meghajtó a felsőrészbe vannak beszerelve.

g pprofil belsejébe. A kész konstrukció hatásaa könnyed tisztaságában van – nincs fény-terelő, amely csökkentené a könnyűvonalak kecses eleganciáját.

HOLUX Hírek No178 p.4

kö l töltött liká ió tékl k! A d l d é i A lehetőségeknek nincsenek határai: a bú

2eszközre letöltött applikáció vagy vezetéknélküli kapcsoló segítségével RIDI SmartControl-lal, vagy az Alexa and Co.eszközével vezérelhetők.A look! asztali lámpa mobil, vezeték nél-küli, akkumulátoros működtetésű fényfor-rással is készül.A look! lámpatestcsalád minimalista terve-zéssel készül hogy tökéletesen illeszked-

look! – A modulrendszer egyéni-séget teremt

A lehetőségeknek nincsenek határai: a bú-rák a textilváltozatok széles skálájával bur-kolhatók. A lámpabúrák 400, 500 vagy600 mm-es átmérőkkel készülnek, magas-ságuk pedig mindössze 100 mm.Ezek az alacsony Maxi-modellek ideálisanalkalmazhatók minimális mennyezeti ma-gasságú helyiségek mennyezeti lámpái-ként, de falilámpaként is használhatók.zéssel készül, hogy tökéletesen illeszked-

jen a modern szállodákhoz és lakókör-nyezetekhez.A modulrendszer lehetővé teszi az egyedivevői preferenciák kielégítését is. Azanyagok például adaptálhatók, vagy színeskoncepciók integrálhatók – egyenesen amegfelelő üveg tónusokhoz.

ként, de falilámpaként is használhatók.A lámpabúrák mágnesesen vannak rögzít-ve a szerelvénylaphoz, így tisztításhozegyszerűen levehetők. Fényforrásként kap-csolható és DALI rendszerrel dimmelhetőLED-modulok és E14 fejű egyéb lámpák ishasználhatók.

d k álMAXI Flat – A gyengéd ragyogás

CARPE – Gazdagon strukturált

Újrahasznosított kartonból készült, termé-szetes fényáteresztő lámpabúrájával aCarpe teljesen egyedi, strukturált megjele-nésű lámpa.A szerkezeti hézagokon áthaladó fénylenyűgöző fény- és árnyékhatásokat hozlétre.A 350 mm átmérőjű Carpe II és az 500mm-es Carpe I a további biztonság érdeké-ben tűzálló anyaggal van kezelve.– A búra finoman strukturált, matt felületű– A szövetbevonatú vezeték fekete, de másszínekben is kapható

A Maxi Flat fali- és mennyezeti lámpa ne-vezhető bárminek, csak unalmasnak nem.Kerek textilbúrájával gyengéd fénybenfüröszti a szobát, és pazar színeivel felkeltiaz érdeklődésünket.

A look! ("nézd csak!") lámpa mögött hú-zódó koncepció olyan integrális formater-vezési megoldás volt, amely bármilyenfényforráshoz alkalmas a helyiség egyedi

ilá ítá á k bi t ítá áhmegvilágításának biztosításához.Az elgondolás egy olyan moduláris rend-szeren alapul, amely lehetővé teszi, hogyegyedi konstrukciók készülhessenek szab-ványos alkatrészekből.A stuttgarti blocher partners építészirodá-val együttműködve ez a koncepció kiindu-lópontja lett egy olyan moduláris lámpa-testcsaládnak amelynek a központi magjatestcsaládnak, amelynek a központi magjamagában foglalja az összes elektromoskomponenst, és az összes különböző válto-zat alapját képezi.Erre az alapmodulra épülve, amely kétméretben, 100 vagy 160 mm-es átmérőjűalapelemként szolgál, függesztékek, fali-,álló- és asztali lámpák készülnek.A lámpák opcionális módon kiegészíthetőkp p gfém, üveg sokféle textil búrával. Fény-forrásként LED-modulok vagy E27 fejűlámpák használhatók.A lámpatestek választható módon mobil

HOLUX Hírek No178 p.5

3 Tridonic LED- és érzékelő-technológia teremt

jó közérzetet a Poitiers-i egyetemi kórházban

A franciaországi Poitiers-i egyetemi kór-házban felszerelt új világítás az ember-központú világításnak köszönhetően tá-mogatja a rákos betegek kezelését egyerre a célra kialakított különleges helyi-ségben A modern állítható fehér színtó

(Forrás: www.tridonic.com, Press Release, 2018. márc. 28.)

ségben. A modern, állítható fehér színtó-nusú LED-technológia és az egyedi igé-nyek szerint kialakított megvilágítottmennyezet segítségével természetes kör-nyezetet szimulálnak, ami növeli a jó köz-érzetet. Emellett a kórház új adminisztrá-ciós blokkjában több mint 800 LED-alapúTridonic lámpatestet és LED-meghajtótszereltek fel.sze elte fel.

A Poitiers-i egyetemi kórház az egészVienne-i tartomány egészségügyi központ-ja. Interregionális projektek és más egyete-mi kórházakkal kialakított partneri kapcso-latok részeként kutatásokat végez azegészségügyi és terápiás újításokkal, aklinikai folyamatok fejlesztésével és abetegek jobb tapasztalatainak elnyerésével

és fényerősségű – világítási jelenethezhasználja, úgyhogy a világítás utánozniképes a természetes fény napközbeni vál-tozásait. A lassú mozgások és színválto-zások a természetes égbolt képét idézik felbetegek jobb tapasztalatainak elnyerésével

kapcsolatosan.

Ember-központú világítás a rákkezeléstámogatásáraA betegek optimális közérzetének eléréseés a kórházban eltöltött idejük kényelme-sebbé tétele érdekében a modern egész-ségügyi intézményekben biológiailag haté-

zások a természetes égbolt képét idézik fel.A betegektől, orvosoktól és nővérektől be-érkezett pozitív visszajelzések hatására rö-viddel ezután a földszinti liftek előterébenis felszerelek egy ugyanilyen világításirendszert, ahová egyébként nem jut be ter-mészetes fény. Az új világítási rendszernemcsak nagyobb fényű és kellemesebbkörnyeztet teremt, hanem megkönnyíti azségügy té é ye be b o óg a ag até

kony világítást alkalmaznak. Ez az ember-központú világítás elnevezéshez kötődik,és olyan világítási megoldásokat foglalmagában, amelyek segítik a betegek fel-épülését, optimalizálják az alvási és ébren-léti időszakokat és javítják általános köz-érzetüket. A Poitiers-i egyetemi kórházonkológiai osztályán nemrégiben ember-

y , g yorientációt is. A látogatók az égbolt képé-ből rögtön tudják, hogy a földszinten van-nak, mivel ez a terület lényegesen elüt atöbbi emelet felvonó előtti területeitől.

Innovatív LED-es világítás az újadminisztrációs épület számáraAz egyetemi kórház új adminisztrációs

A vezérlőmodulba mozgásérzékelő is bevan építve, amely automatikusan ki- vagyb k lj fé k fü é ébközpontú világítást szereltek fel a rákke-

zelés javítása érdekében. Egy ablaktalanhelyiségben mesterséges világítást hasz-nálnak dinamikus világítási hangulatok ki-alakítására. A világítási rendszer a Trido-nic mennyezetre szerelt QLE Premiummoduljaiból épül fel. Ezek a négyzetesLED-modulok az állítható fehér technoló-

iá k kö ö h ő 3000 é 6000K kö

épületébe a Tridonic SFEL partnercégénektöbb mint 800 db Suna típusú lámpatestétszerelték fel. Az épület az összes admi-nisztrációs részleget egy fedél alá hozzaössze, javítva ezzel a belső folyamatokatés koordinációt. A nagy teljesítőképességű,innovatív világítástechnológia csökkenti azenergiaköltségeket. Az irodákban, a nyitottt ül t k é tá lókb f l lt li

bekapcsolja a fényt annak függvényében,hogy tartózkodik-e valaki a munkahelyenvagy a helyiségben. Ez további energia-megtakarítást jelent.Az új világítási megoldások javíthatják abetegek és a látogatók közérzetét és azalkalmazottak munkakörnyezetét is. Az újadminisztrációs épület kezelői nem csupánaz optimális világítás előnyeit élvezik hagiának köszönhetően 3000 és 6000K kö-

zött állítható színhőmérsékletet kínálnakállandó és 10-100% között változtathatófényáram mellett a beállított színhőmér-séklet megváltozása nélkül. A fénylőmennyezet az eget utánozza. A mennyezetilámpatestet connecDIM világításvezérlőrendszer szabályozza. A LED-modulokegy internettel összeköthető átjáró segít

területeken és a tárgyalókban felszerelt li-neáris lámpatestek Tridonic gyártmányúLLE G3 LED-modulokkal és PremiumLED-meghajtókkal vannak ellátva. Afénypontok közötti kis távolság biztosítja,hogy a lámpatestek teljes hosszuk menténhomogén megvilágítást hozzanak létre.Minden lámpatesthez egy-egy kompaktbasicDIM vezérlőmodul is csatlakozik

az optimális világítás előnyeit élvezik, ha-nem a beépített érzékelőknek köszönhetőköltségmegtakarításokat is.A Poitiers-i egyetemi kórház – amely azegész Vienne-i régió központi egészség-ügyi ellátóközpontja – nemcsak az ember-központú világítás terén tekinthető úttörő-nek. Hírnevet szerzett a kardiológia, azonkológia, a geriátria, az idegsebészet, aegy internettel összeköthető átjáró segít-

ségével lehetővé teszik a fény decentra-lizált vezérlését. A kórház műszaki szol-gáltató részlege ezt a rendszert száz, előrebeállított – különböző színhőmérsékletű

HOLUX Hírek No178 p.6

basicDIM vezérlőmodul is csatlakozik,bennük fényérzékelővel, amelyek a rendel-kezésre álló természetes fénynek megfe-lelően automatikusan beállítják a fény-erősséget.

onkológia, a geriátria, az idegsebészet, agyermekgyógyászat, az orvosbiológia ésorvosi képalkotás terén is. A kórház 1900ágy kapacitással rendelkezik Poitiers-ben,Lusignan-ban és Montmorillon-ban.

(Forrás: www.doe – DOE SSL Program, “2017 Suggested Research Topics Supplement:Technology and Market Context ” edited by James Brodrick Ph D 2017 szeptember)

4 Szilárdtest-világítás 2017, 4. rész

4 A LED-technológia és LED-gyártás helyzete, lehetőségei éskihívásai

A LED-es világítástechnológia drámai mó-don fejlődött az elmúlt 10 év alatt és elérte p

tika

i tel

jesí

tmén

y

Technology and Market Context, edited by James Brodrick, Ph.D., 2017. szeptember)

don fejlődött az elmúlt 10 év alatt, és elértea rendelkezésre álló fehér fényű fényforrá-sok legnagyobb fényhasznosításait. Agyártás terén megvalósított fejlesztésekpedig lehetővé tették, hogy a LED-termé-kek ára eléggé lecsökkenjen ahhoz, hogyelfogadásuk valamennyi általános világítá-si alkalmazásban mérhető legyen. Az elérteredmények ellenére további javításokra

4.1 ábra – A fehér fényt adó LED-csomagok háromféle fajtájának tipikus szimulált optikai spektruma (PC-LED= fényporkonverziós LED, HY-LED = hibrid LED, RGBA CM-LED = RGBA színkeveréses LED)Megjegyzés: A csúcs hullámhossz és a relatív intenzitás mindhárom esetben az az érték, amelynél maximális asugárzás LER fényhasznosítása 3000K meleg fehér színhőmérséklet, „standard” Ra = 80 és a kilencedikmélyvörös Munsell-színre vonatkozó R9 > 0 színvisszaadási index esetén. A különböző források színénekspektrális szélessége a technika mai állását tükrözi. Az egyes spektrumokban feltüntetett emelkedő görbe afeketetest spektrumát mutatja 3000K-en

Hullámhossz (nm)

Op

tatív elemzését ismertetjük úgy, hogy ateljes hatékonyságukat a különböző forrásszínekkel kapcsolatos hatékonysági alcso-portokra választjuk szét, majd újra össze-keverjük őket fehér fénnyé egy optikaimodellezési munkalap (Yoshi Ohno által aNational Institute of Standards andTechnology-ban (NIST) kidolgozott szi-

y jvan lehetőség a színminőség, a fény-eloszlás, a formatényező és az épületekbevaló beépítés terén. A LED-es világításgyártás-technológiája is javítható a költsé-gek csökkentése és a piaci behatolásnövelése érdekében, ezzel az országszámára a lehető legnagyobb energiameg-takarítást eredményezve.

2. A pn-átmenet hőmérséklete (25 °C-osszobahőmérsékleten)Ez az a hőmérséklet, amely a diódát alkotóp- és n-típusú félvezetők közötti átmenet-nél működés közben fellép. A átmenet Tjhőmérséklete befolyásolja az eszköz fény-hasznosítását. Amint az a 4.2(b) ábrán lát-ható, a relatív fényáram (és ennélfogva a

mulátor 7.5 változata) felhasználásával .Az elemzések feltárják a különböző fel-építéseknél adódó különböző hatékonysá-gi veszteségeket és a megcélzott javítá-sokkal kapcsolatos lehetőségeket. Ezeket ahatékonysági kitörési lehetőségeket éshatékonyság-javulásokat a 4.1 és 4.2táblázat részletezi.Mi dhá f hé fé t dó t ktú

A következőkben megvizsgáljuk a LED-technológia jelenlegi helyzetét, javításánaklehetőségeit és a felmerülő kihívásokat. ALED-technológiával kapcsolatos jelenlegilegnagyobb kihívások egyben a teljesítőké-pesség javításának néhány nagy lehetősé-gét is reprezentálják.A következő részek nyolc kulcsfontosságúkihí á t k A f j t k t

fényhasznosítás) az átmenet hőmérsékleté-nek növekedésével csökken. E termikusesésnek nevezett jelenségnek valószínűlegnőni fog a jelentősége. A korábbi évekadataival és célkitűzéseivel való konzisz-tencia érdekében a következő elemzésekhangsúlyozzák a standard (Tj = 25 °C-os)szobahőmérsékleten történő üzemelést.Mi l b LED k t k éMindhárom fehér fényt adó struktúra ese-

tén négy fontos teljesítőképességi jellemzőidézhet elő fényhasznosítás-romlást, ha op-timalizáljuk őket (különösen, ha egyszer-re): a meghajtóáram sűrűsége, a működésihőmérséklet, a CCT korrelált színhőmér-séklet és a CRI színvisszaadási index. Avelük kapcsolatos kompromisszumokat ésa következő elemzésekhez választott érté

kihívást neveznek meg. A fejezetek vonat-koznak mind a fehér fényt előállító LED-csomagokra, mind a LED-csomagokatműködtető LED-alapú lámpatestekre is, ésmegteremtik a megfelelő kapcsolatot azelektromos táplálás, a mechanikai integrá-lás, a hőelvezetés és az optikai fény-eloszlás között.

Mivel azonban a LED-csomagokat „kemé-nyen” is meg lehet hajtani (35 A/cm2-esvagy ennél nagyobb áramsűrűséggel), azokgyakran „forró” állapotban (25 °C-nál jó-val magasabb Tj hőmérsékleten) üzemel-nek. Ezért a „forró” állapotú teljesítőké-pességük gyakran nagyobb érdeklődésretarthat számot, mint a szobahőmérsékletenadódó Ezért van az hogy sok LED-gyártóa következő elemzésekhez választott érté-

keket az alábbiakban ismertetjük.

1. A meghajtóáram sűrűsége (35 A/cm2)A meghajtóáram meghatározza a LED-csomagban keletkező fényáram nagyságát.A felsőkategóriás kereskedelmi LED-cso-magok 200 lm/W fényhasznosítást képesekelérni, de csak kisebb áramsűrűségek ese-té ált l ki bb t lj fé á jö lét

4.1 A LED-csomagok technológiájaEz a fejezet a fehér fény előállítására há-romféle általánosan használt architektúráttárgyal, amelyeknek szimulált optikai el-oszlása a 4.1 ábrán látható. A fényporkon-verziós LED (pc-LED) egy kék LED-ettartalmaz, amely zöld és vörös hullám-hosszúságú lefelé konvertáló optikai rend-

adódó. Ezért van az, hogy sok LED-gyártó85 °C-on teszteli a LED-eket. Az átmenethőmérsékletét befolyásolja a LED-csomagkonstrukciója, ideértve a hőelvezető anya-gokat, a meghajtóáramot és a környezetihőmérsékletet.

3. Korrelált színhőmérséklet (meleg fe-hér, 3000K)N bb fé h ítá k lé étén, ezáltal kisebb teljes fényáram jön létre

a LED-csomagban, s így nagyobb lesz alumenenkénti ár. A nagyobb áramsűrűség-gel meghajtott LED-csomagok nagyobbfényáramot állítanak elő, azonban a haté-konyság-esésnek nevezett jelenség követ-keztében a kék LED-ek fényhasznosításanagyobb áramsűrűségeknél csökkenni fog,amint az a 4 2(a) ábrán látható Az egysé

g pszereket (szokásosan fényporokat) táplál,így hozva létre a fehér fényt. A hibrid LED(hy-LED) egy sárga-zöld hullámhosszú-ságú lefelé konvertáló rendszert táplálókék LED-en alapul; az eszközben a kék ésa sárga-zöld fény azután összekeveredikegy vörös LED fényével ismét csak a fehérfény létrehozásához. Az RGBA szín-

Nagyobb fényhasznosítások elérése a me-leg fehér LED-eknél nagyobb kihívást je-lent, mint a hideg fehéreknél a vörös lefelékonvertálók viszonylag gyengébb fény-hasznosítása miatt. A meleg fehér LED-ekfényhasznosításának növelésével kapcsola-tos fejlesztések azonban valószínűleg ahideg fehér LED-ek számára is előnyt fog-nak jelenteni Noha a meleg fehér LED-ekamint az a 4.2(a) ábrán látható. Az egysé-

gesítés érdekében a fejezet valamennyielemzése 35 A/cm2-rel meghajtott LED-csomagokra vonatkozik.

keveréses LED (cm-LED) 4 primer (vörös,zöld, kék és narancssárga) LED fényénekösszekeverésén alapul.Ebben a részben a három felépítés kvanti-

nak jelenteni. Noha a meleg fehér LED-ekjelenleg nagyobb kihívást jelentenek, minta hideg fehérek, a meleg fehérnél elérhetősugárzás maximális fényhasznosítása vala-mivel nagyobb, mint a hideg fehérek

HOLUX Hírek No178 p.7

4

Áramsűrűség (A/cm2)

Tel

jesí

tmén

yáta

lakí

tási

hat

ásfo

k (%

)

A s

ugá

rzás

max

imál

is

fén

yhas

znos

ítás

a (l

m/W

)(a)

tív

sugá

rzás

i tel

jesí

tmén

y

4.3 ábra – A kisugárzott fehér fény fényhasznosításának elméleti határértékei a korrelált színhőmérséklet függvé-nyében (a) adott CRI színvisszaadási index és (b) adott CCT korrelált színhőmérséklet esetén(Forrás: Hung and Tsao: Maximum White Luminous Efficacy of Radiation Versus CRI and Color Temperature: Exact Results and a Useful Analytic Expression, 2013. június [94])

Korrelált színhőmérséklet (K)(a)

Ra színvisszaadási index(b)

l f h k

(b)

esetén. Amint az a4.3(a) ábrán látható, asugárzás maximális fényhasznosításai CRI80 esetén valamivel nagyobbak (kb. 114

pn-átmenet hőmérséklete (°C)

Rel

at

4.2 ábra – Példák az áramhatásfok-esésre (a) és atermikus hatásfok-esésre (b) (Forrás: a Cree XLampXT-E adatlapja [93])

rrás

fén

yhas

znos

ítás

a L

ES

, lm

/We) Fényporkonverziós pc_LED

Semleges fehér RYGB színkeveréses cm-LED

lm/W 3000K esetén) a meleg fehér LED-eknél, mint a hideg fehéreknél (kb. 390lm/W 3000K esetén). Ennek az az oka,hogy az emberi szem érzékenyebb a vörösfényre, mint a kékre.

4. Színvisszaadás (Ra = 80, R9 > 0)A fényhasznosítás és a színvisszaadás mi-

k i f ll f4.4 ábra – 25 °C-on és 35 A/cm2 bemeneti áramsűrűségen mért kereskedelmi LED-csomagok fényhasznosításai

A f

ényf

or (

meleg fehér fénypor-konverziós pc-LEDhideg fehér fénypor-konverziós pc-LEDszínkeveréses LED

Néhány piaci szegmensben egyre nagyobb

nősége között inverz összefüggés áll fenn.Amint az a 4.3(b) ábrán látható, a CRIszínvisszaadási index 80-ról 90-re történőnövelése 10%-kal lecsökkenti a maximáli-san elérhető fényhasznosítást. A gyakorlatiadatok azt sugallják, hogy az esés afényporkonverziós pc-LED felépítésnél lé-nyegesen nagyobb (15-25%) a vörös fény-por hiányosságai és széles csúcsértékei

típust kell „meghajtani”), a „hőmérséklet

Megjegyzés: kék = hideg fehér (5700K) adatok (körök) és illeszkedő vonal; narancssárga = meleg fehér (3000K)adatok (négyzetek) és illeszkedő vonal. A 2016-os kereskedelmi termékek megközelítőleg 160 lm/W-ot értek el ahideg fehér és 140 lm/W-ot a meleg fehér típusok esetén. A fehér fényű pc-LED architektúra megközelítő hosszútávú potenciális fényhasznosításai telítettségük után, a 2020-2025-ös évek kezdetére vonatkoznak. A vörös, sárga,zöld és kék (RYGB) színkeveréses cm-LED architektúra távlati potenciális fényhasznosítását pontozott szürkegörbe mutatja. Amint azt a szöveges részben számos „úttörő innováció” esetén tárgyaltuk, a cm-LEDarchitektúra jelenleg kisebb teljesítőképességű, mint a jelenleg domináló pc-LED felépítés, de megvan alehetőség a következő években ennek túlszárnyalására.

az igény még jobb színvisszaadási minő-ség iránt. Emellett a színvisszaadási minő-ség értelmezése önmagában is aktívan ta-nulmányozott terület. (Valószínű, hogy ajövőben új mérések fogják helyettesíteni,vagy legalább gazdagítani a standard CRI-toly módon, amely függ az adott világításialkalmazástól. Például az Észak-AmerikaiVilá ítá t h ik i Mé ökök S ö t é

por hiányosságai és széles csúcsértékeimiatt. Ahhoz, hogy meg lehessen felelni afehér fényű alkalmazások többségének, vi-szonylag jó, azaz „standard”, Ra = 80 ésR9 > 0 színvisszaadási indexre van szük-ség. (A standard CRI (Ra) egy fényforrás-nak az a képessége, hogy pontosan vissza-adja az R1…R8 nyolc standard színmintaszíneit (CIE 1995), de nem képes mérni a

robosztussága” (az InGaN kék LED és azittrium-alumínium-garnet (YAG) fénypo-ros lefelé konvertálók tudnak működniviszonylag magas hőmérsékleteken) és aszínstabilitás (a vörös, zöld és kék forrás-színek arányait a gyártás során a fényporoptikai sűrűségével határozzák meg, és ezaz idő múlásával viszonylag stabil marad).A 4 4 ábra mutatja a pc LED ek fényVilágítástechnikai Mérnökök Szövetsége

(IES) által nemrég szerkesztett TM-30 egyolyan új módszer a színvisszaadás étéke-lésére, amely tartalmazza a „színhűségindexet” és a „garnut indexet” is [95].)

4.1.1 A fényporkonverziós pc-LED-ekjelenlegi helyzeteA fényporkonverziós pc-LED felépítés

színeit (CIE 1995), de nem képes mérni atelített színek megjelenítésének képessé-gét, különösen a vörösét, amelyet ezért azR9-es színmintával reprezentálnak. Emiatta CRI-t gyakran kiegészítik az R9-re vo-natkozó értékkel, hogy minősíteni lehessenegy fényforrás vörös színvisszaadási ké-pességét. Például az Energy Star specifiká-ció R9 ≥ 0 értéket ír elő, de néhány speci-

A 4.4 ábra mutatja a pc-LED-ek fény-hasznosításának alakulását és fejlődését a

[93] Cree, Inc.: „Cree XLamp XT-E LEDs Data-sheet”, (http://www.cree.com/~/media/Files/Cree/LED%20Components%20and%20Modules/XLamp/Data%20and%20Binning/XLampXTE.pdf)[94] P.-C. Hung és J. Y. Tsao: „Maximum whiteluminous efficacy of radiation versus color renderingindex and color temperature: exact results and aA fényporkonverziós pc LED felépítés

volt az első és messze a domináns a fehérfényt előállító megoldások között. Háromfontos előnye van a többi architektúrávalszemben: az egyszerűség (csak egy LED-

fikációs szervezet elkezdett nagyobb érté-keket fontolgatni, pl. a Kaliforniai EnergiaBizottság önkéntes specifikációja R9 ≥ 50-re szólít fel.)

HOLUX Hírek No178 p.8

index and color temperature: exact results and auseful analytic expression”, Journal of DisplayTechnology, vol. 9, no. 6, 2013[95] Illuminating Engineering Society: „IES TM-30-15: IES Method for Evaluating Light Source ColorRendition”, 2015

DOE ilá d ilá í á i já k

4DOE szilárdtest-világítási programjánakkezdete óta. A fényhasznosítás mindössze10 év alatt több mint háromszorosára –kisebb mint 50 lm/W-ról megközelítőleg150 lm/W-ra – növekedett (35 A/cm2 mel-lett). Az alapvető ok a kék LED fény-hasznosításának növekedése; egyéb tökéle-tesítések is történtek azonban a fénypo-roknál (a hatékonyság és a hullámhossz

A fénypor + LED-csomag fényhasznosítása εP+P(MSA) = 0,416W / 0,66W = 63%

A pc-LED-csomag fényhasznosítása: εP = εB . εPh/MSA . εS = 33%A kék LED fényhasznosítása

εB = 0,66W / 1W = 66%

Bemenet a vöröshöz (0,5W)

Spektrális fényhasznosítás εS = 137lm / 175lm = 78%

ítm

ény

(1W

)

Vörös kimenet (0,294W) Fehér fény kimenet:137lm (0,325W)

75lm

pot

enci

ál (

0416

W)

roknál (a hatékonyság és a hullámhosszhozzáillesztése az emberi szem érzékeny-ségéhez) és a LED-csomagok hatékony-sága (optikai fényszórás/fényelnyelés) te-rén.E javulások ellenére még sok a tennivaló.Amint azt a 4.4 ábra kék és narancssárgagörbéinek telítettségi értékei mutatják, apc-LED-eknél gyakorlatilag kb. 255 lm/W

DC

ele

ktro

mos

bem

enet

i tel

jesí

Bemenet a zöldhöz (0,12W)

Kék (0,04W)

1

Mix/szóród./elnyel.(0,013W)Stokes-veszteség (0,018W)Nem sugárzó (0,002W)

pc LED eknél gyakorlatilag kb. 255 lm/Wfényhasznosításra van lehetőség, ami 1,6-szerese a jelenlegi legjobb értéknek. Ah-hoz, hogy el lehessen képzelni, hogy ezmiből származhat, a 4.5 ábra bemutatja azelektromos áram és a látható fény energiá-jának becsült folyamatábráját egy jelenle-gi, modern, kereskedelmi, meleg fehérLED esetére, amelynél hipotetikusan 1W- 4.5 ábra – Az elektromos áram és a látható fény energiájának folyamatábrája egy 2016-os kereskedelemben

k h tó d l f hé LED té (F á T C lt i C f d é Si S lid St t

Mix/szóród./elnyel.(0,005W)

tonok keverésénél, szóródásánál és néha aLED-csomag általi elnyelődése folytán is.

nyi (= 0,35A x 2,85V) energiát vezetünkbe a kék LED-be az ábra baloldalán és 137lm nagyságú fehér fényt kapunk az ábrajobb oldalán egy fénypor-konverziós pc-LED esetén.A kék LED az 1W elektromos energiát66%-os hatékonysággal 0,66W kék optikaienergiává alakítja át. Közben a kék LED

k l k iá k 34% á

történeti és a jelenlegi kereskedelmi fény-porkonverziós pc-LED-ek fényhasznosí-

27. dia27. dia

kapható modern meleg fehér pc-LED-csomag esetén (Forrás: Tsao, Coltrin, Crawford és Simmons: Solid-StateLighting: An Integrated Human Factors, Technology, and Economic Perspective, 2010. július [96].Megjegyzés: Az ábra azt mutatja meg, hogy 1 W = 0,35 A x 2,85 V egyenáramú teljesítmény hogyan oszlik meghasznos és nem hasznos (veszteségi) ágakra a fehér fény előállítása során. A különböző útvonalak színei aszóban forgó teljesítmény típusára utalnak: a szürke az elektronikus gerjesztést, a színes a különböző RGBhullámhosszakat, a fehér pedig a színek kombinációjából adódó fehér fényt jelöli. Az egyes veszteségi ágaknáljelöltük az abszolút teljesítményt és a közvetlenül megelőző anya-ágban képviselt százalékos értékét is.

Végül a 0,416W fehér optikai energia –amely spektrálisan egy 20nm-es a maxi-mum felénél adódó teljes szélességű(FWHM) kék LED-sávra, egy 100nmFWHM zöld fényporsávra és egy 80nnm-es vörös fényporsávra oszlik – 137 lmfényáramot eredményez. A fehér optikaienergia maximális sugárzási fényhasznosí-tá (LER) 80 CRI í i dá i i

ennek az elektromos energiának a 34%-át,azaz 0,34W-ot elektromos ellenállás-vesz-teségek, valamint a kis áramsűrűségen in-jektálódó elektronok és lyukak sugárzástnem eredményező rekombinációja folytánadódó belső kvantumhatásfok-veszteségek(IQE), a nagyobb (35 A/cm2) áramsűrűsé-gen történő üzemelés következtében fellé-pő fényhasznosítás esés és a nagy törés

tásai a hideg fehér fényűek esetén vala-mivel nagyobbak, mivel ezek a vörös fénykisebb optikai energiahányadát igénylik, ésa vörös fény nagyobb veszteségeket okoz apc-LED felépítésekben, mint a kék vagy azöld. A legfontosabb veszteség a Stokes-hatásfokesés (25% vörös esetén, szembena zöld 15 és a kék 0%-ával). A másodiklegfontosabb veszteségfaktor a fehér fénytása (LER) 80-as CRI színvisszaadási in-

dex és 3000K korrelált színhőmérsékletmellett – ha optimálisan oszlik meg háromvagy négy keskenyebb (20nm-nél keske-nyebb) kék, zöld és vörös sávra – meg-közelítőleg 414 lm/W. Ez a 0,416W fehéroptikai energia spektrálisan elosztvapotenciálisan 175 lm (0,416W x 414lm/W) fényáramot lenne képes előállítani

pő fényhasznosítás-esés és a nagy törés-mutatójú InGaN félvezetőanyag nem teljesfénykivonása folytán keletkező vesztesé-gek formájában elveszít.A zöld és vörös fényporok a 0,66W kékoptikai energiát 63%-os hatásfokkal alakít-ják át 0,035W kék, 0,087W zöld és0,294W vörös komponensből álló, össze-sen 0,416W optikai energiává. Közben az

legfontosabb veszteségfaktor a fehér fény15%-os spektrális hatásfokvesztesége, mi-vel a jelenlegi 80nm-es FWHM vörösfénypor emissziós vonalszélessége a fényjelentős átsugárzását okozza a mélyebbvörös felé, ahol az emberi szem kevésbéérzékeny, amint azt a 3.3.1 fejezetbenismertettük.

lm/W) fényáramot lenne képes előállítani.A LED-csomag spektrális hatásfoka így78% (137 lm a maximális 175 lm-ből).Mindent összevetve a jelenlegi, modernmeleg fehér fényű, kereskedelmi LED-csomag hatásfoka 33%, és ez a kék LED66%-os hatásfokának, a fénypor és a ke-verés/szóródás/elnyelés 63%-os hatásfoká-nak, valamint a fehér fény 78%-os

sen 0,416W optikai energiává. Közben azeredeti kék optikai energia 37%-a, azaz0,244W elvész belső kvantumhatásfok-veszteségek, eredendő Stokes-veszteségekés keverési/szóródási/elnyelődési vesztesé-gek formájában. Az IQE belső kvantum-hatásfok-veszteségek a fényporokban ger-jesztődő elektronok és lyukak sugárzástnem okozó rekombinációja folytán kelet-

4.1.2 A fényporkonverziós pc-LED ar-chitektúra lehetőségei és kihívásaiAmint azt a fentiekben tárgyaltuk, ajelenlegi, modern, kb. 137 lm/ fényhasz-nosítású kereskedelmi pc-LED-ek hatás-foka 33% körüli. Mivel ennél a konstruk-ciónál eredendően fellép Stokes-hatásfok-

, yspektrális hatásfokának az eredménye.Ezek az alcsoportokra osztott hatékonyságibecslések és a teljes hatékonysági értékekmeleg fehér fényre vonatkoznak. A

keznek. Az alapvető Stokes-veszteséget azöld és vörös fotonoknak a kék fotonokhozképesti kisebb energiái okozzák. Veszte-ségek keletkeznek a zöld, kék és vörös fo-

HOLUX Hírek No178 p.9

[96] J. Y. Tsao, M. E. Coltrin, M. H. Crawford és J.A. Simmons: „Solid-State Lighting: An IntegratedHuman Factors, Technology, and Economic Perspec-tive”, Proceedings of the IEEE, vol. 98, no. 7, pp.1162-1179, 2010. júl.

é 100% h á f k l h é

4

aveszteség, 100% hatásfok nem lehetséges.Amint azt a 4.1 és 4.2 táblázat mutatja, ajelenlegi spektrális optikai teljesítmény-eloszlású pc-LED-ek maximális fényhasz-nosítása legfeljebb 220 lm/W (LER xStokes-veszteségek) lehet – még akkor is,ha az összes többi veszteséget kiküszö-bölnénk. Ez az optikai teljesítmény spek-trális eloszlásának tökéletesítésével javít ár

zás

rela

tív

fén

yhas

znos

ítás

a

trális eloszlásának tökéletesítésével javít-ható, amint azt részletesen tárgyaljuk majda következőkben, de nem valószínű, hogyvalamennyi egyéb veszteség kiküszöböl-hető. Ezért a „pc-LED-ek legnagyobb elér-hető fényhasznosítását” 255 lm/W-ra, azaz61%-os hatásfokra becsüljük, és ezt mu-tatják a 4.4 ábra telítettségi értékei a 2020-as évtől kezdődően 2025-ig.

4.6 ábra – A fehér fényű sugárzás relatív fényhasznosítása (Forrás: Calculations based on White LightSimulator, Color rendering and luminous efficacy of white LED spectra, Yoshihiro Ohno, 2004. október [97])Megjegyzés: A fehér fény relatív LER fényhasznosítása (a) a vörös fénypor FWHM vonalszélességéneknövekedésével a vörös fény adott, 614 nm-es közép hullámhosszánál és (b) a vörös közép hullámhosszánaknövekedésével adott 7 nm FWHM vonalszélességnél. A kék és a zöld vonalszélesség mindkét esetben 20 és 50nmFWHM volt de a közép hullámhosszukat változtatni lehetett a LER optimalizálása érdekében Ra=80 és R9>0

Vörös Δ λ FWHM (teljes szélességa maximum felénél) (a)

Vörös közép λ (b)

Su

gá

zöld és vörös) fénynek ugyancsak jelentősrészét (kb. 13%-át) nem lehet kivonni a fe-hér fényű LED-csomagból a keverési/szó-ródási/abszorpciós veszteségek miatt. Min-dent összevetve, e két veszteségi csatornaminimalizálása a hatásfoknövelés jelentősl h tő é ét tálj A l tő ki

as évtől kezdődően 2025 ig.A pc-LED-ekre lehetséges felső értékemegközelítőleg azonos a meleg és a hidegfehér fényűek esetén is. Ennek az az oka,hogy a meleg fehér fény a kéknél nagyobbvörös optikai teljesítményhányadot igé-nyel, ami két ellentétes hatást eredményez.Másrészt az emberi szem érzékenyebb avörös fényre, mint a kékre, ezért a meleg

jelenlegi 100nm FWHM szélességű vörösfénypor emissziós vonalszélessége követ-keztében a fény jelentős része a mélyebbvörös felé tolódik, ahol az emberi szemkevésbé érzékeny, és ez jelentősen hozzá-járul a jelenlegi fényporkonverziós fehér

LED k lé t l kt áli h tá f ká

FWHM volt, de a közép hullámhosszukat változtatni lehetett a LER optimalizálása érdekében – Ra=80 és R9>0megőrzése mellett. A 95%-os hatásfok-pontokat bejelöltük (35 nm FWHM és 623,5 nm közép hullámhossz).

lehetőségét reprezentálja. Az alapvető ki-hívás mindkét veszteségi csatorna esetén akék fényt emittáló InGaN félvezető, vala-mint a kék fényt elnyelő és a soron követ-kező fehér fény keverését/szórását végzőfényporok és tokozóanyagok nagy törés-mutatója. A nagy törésmutatók és a szóró-dás együttesen azt okozzák, hogy a fénybecsapdázódik a fehér fényű LED-cso-

fehér fénynek eredendően nagyobb lesz aLER sugárzási fényhasznosítása a hidegfehér fényénél. Másrészt a fényporkon-verziós pc-LED felépítéseknél a vörösfénynek nagyobb a Stokes-vesztesége,mint a kéknek, ezért a meleg fehér fénynekeredendően kisebb a fénypor + keverési/szóródási/abszorpciós hatásfoka, mint ahid f h k k h k ki l j k

pc-LED-ek elégtelen spektrális hatásfoká-hoz. Amint az a 4.6(a) ábrából látható, asugárzás relatív fényhasznosítása (LER)keskenyebb vörös vonalszélesség eseténnagyobb – 15%-kal, 80-ról 95%-ra növek-szik, ha a vonalszélesség a jelenlegi100nm FWHM-ről 35nm FWHM-recsökken. Fontos megjegyezni, hogy a vo-nalszélesség akár 35nm alá történő csök-becsapdázódik a fehér fényű LED-cso-

magban, és hosszú benntartózkodási idejevégül is optikai abszorpcióhoz vezet. Azabszorpció bizonyos részét (pl. a kék LEDáltal elnyelt kék fényt, vagy a zöld/vörösfényporok által elnyelt kék/zöld/vörösfényt) újra lehetne hasznosítani foton-reemisszió segítségével, de nagyobb ré-szük elvész a parazita abszorbensek (pl. a

hideg fehérnek. Ezek a hatások kioltjákegymást, aminek az a végeredménye, hogymegközelítőleg hasonló potenciális hatás-fokok adódnak.Mind a meleg, mind a hideg fehér válto-zatok esetén nagy lehetőségek vannak: a255 lm/W lényegesen nagyobb, mint a je-lenlegi modern típusok fényhasznosítása(137 lm/W a meleg fehér és 168 lm/W a

nalszélesség akár 35nm alá történő csökkentésével további javulás érhető el anél-kül, hogy ez rontaná a színvisszaadás mi-nőségét. A kihívás tehát új vörös lefelékonvertáló anyagok – fényporok, kvan-tumpontok stb. – kifejlesztése, amelyeknekkeskenyebb az emissziós vonalszélessége,ugyanakkor megőrzik a nagy (90%-nál na-gyobb) belső sugárzási kvantumhatásfokot.p (p

fémkontaktusok, közbenső fázisok, erősenadalékolt, sugárzás szempontjából sötétfélvezetőrétegek) folytán. Az egyik kihívásolyan módok kidolgozása, amelyekkel afény mind a kék, mind a fehér LED-csomagokból sokkal gyorsabban tud ki-lépni – célszerűen az első áthaladás során.A lehetséges megoldások közé tartoznak a

(137 lm/W a meleg fehér és 168 lm/W ahideg fehér típusok esetén) tipikus áram-sűrűségek mellett. Ilyen nagy fényhaszno-sítás eléréséhez számos fejlesztésre leszszükség – a zöld és a vörös fényporok IQEbelső kvantumhatásfokának további javítá-sától a zöld fénypor vonalszélességének50nm FWHM körüli mérsékelt szűkítésénkeresztül a kék LED elektromos hatásfoká-

gy ) gA fénypornak közvetlenül a chipre (és nemattól távol) történő felvitele, a magas (85°C-os) üzemi hőmérsékletek elviselése és anagy (1 W/mm2) visszaverődő optikaifluxus is kritikus fontosságú. Végezetül, akeskenyebb vonalszélességű vörös lefelékonvertáló anyagok megjelenésével azokközépső emissziós hullámhossza is fon-

kisebb törésmutatójú anyagok, az új mik-ro- és nanooptikai formák, geometriák,vagy a koherens, ill. részben koherens irá-nyított fénynyalábok. Egy másik kihívásolyan felépítések és anyagok kifejlesztése,amelyek minimalizálják a parazita abszor-benseket, vagy legalább annak a mértékét,amellyel a fény kölcsönhatásba lép velük.

keresztül a kék LED elektromos hatásfokának javításáig. Három különösen fontoslehetőséget (és kihívást) lehet meghatá-rozni, amint azt a 4.5 ábra és az 4.1 és 4.2táblázat mutatja.

Lehetőség/kihívás: A fénykivonás és akeverési/szóródási/abszorpciós hatásfokjavítása

tossá válik. Amint az a 4.6(b) ábrából lát-ható, a relatív LER annál nagyobb, minélközelebb van a középső emissziós hullám-hossz a 614nm-hez. A 623,5nm-es középhullámhossz 5%-os, a 630nm-es pedig10%-os hatásfokromlással jár.A keskenysávú lefelé konvertáló vörösanyagok terén új fejlesztési eredmények

ül tt k A GE f l t tj T i G i ” áLehetőség/kihívás: A vörös lefelé kon-vertáló anyag vonalszélességének csök-kentéseAmint azt a korábbiakban említettük, a

Amint az a 4.5 ábrából, valamint a 4.1 és4.2 táblázatból látható, a kék LED fény je-lentős hányadát (kb. 13%-át) nem sikerülkivonni a kék LED-ből, és a fehér (kék,

születtek. A GE folytatja „Tri-Gain” már-

HOLUX Hírek No178 p.10

[97] Y. Ohno: „Color rendering and luminous effi-cacy of white LED spectra”, Proceedings of SPIE,vol. 5530, p. 88, 2004. okt. 20..

k ű ilá í á h ik i ék i k f j

4

kanevű világítástechnikai termékeinek fej-lesztését, amelyeknek jellemzőjük a kes-keny sávú vörös fénypor (PFS). Ezek afényforrások a fénypor keskeny vörösemissziós spektrumának köszönhetőenkitűnő színminőséget és nagy fényhaszno-sítást mutatnak. A Lumileds kereskedelmiforgalomba hozta közepes teljesítményűLED jeit amelyek a cég SLA” elneve kt

ráli

s te

ljes

ítm

énysű

rűsé

g d

p/dλ

(W/n

m)

LED-jeit, amelyek a cég „SLA elneve-zésű fényporát használják a vörös emisszi-óhoz, valamint a jó színminőség és a nagyfényhasznosítás elérésére. Még frissebbhír, hogy a Lumileds a Pacific Light Tech-nologies chipen kialakított kvantumpont-jait használta fel közepes teljesítményűLED-jei keskenysávú vörös emissziójához.A kvantumpontos LED-ek elfogadható sta-

4.7 ábra – A legmodernebb kereskedelmi LED-ek spektrális teljesítményeloszlása a hullámhossz függvényébenA pontvonalak a tekintet irányítását szolgálják és a „zöld hézagot” ábrázolják: a fényhasznosítás csökkenését a kéktől a zöldes-sárgáig, illetve a vöröstől a zöldes-sárgáig.

Sp

ek

Hullámhossz, λ (nm)

láljuk az epitaxiális anyagok bonyolultszintézisfolyamatait – közben megőrizve ajelenlegi LED-struktúrákhoz gondosan ki-dolgozott anyagminőséget [98].

4.1.3 A feltörekvőben lévő hibrid hy-

A kvantumpontos LED ek elfogadható stabilitást mutatnak a chipre épített konfigu-rációnál, és közel vannak ahhoz, hogy ke-reskedelmi termékké váljanak. Noha nagyáttöréseket éretek el, a keskenysávú vörösemitterek még nem bizonyították a szüksé-ges stabilitást a nagy fényerősségű LED-ekkel megvalósított alkalmazások terén.

val nagyobb, mint az InGaN-alapú kékLED-ekkel kapcsolatos. Ezekhez az igenkülönböző termikus viselkedésekhez szük-ség van egy vezérlőrendszerre a konzisz-tens színpont megőrzése érdekében, aminöveli a világítási rendszer bonyolultságát

kéktől a zöldes sárgáig, illetve a vöröstől a zöldes sárgáig.(Forrás: A spektrális teljesítménysűrűséget a Lumileds LUXEON Rebel Color Line 2017-es termékadatlapján megadott fényhasznosításokból, központi hullámhosszakból és spektrális szélességekből számítottuk ki [99])

yLED struktúrák: helyzet, lehetőségek éskihívásokA hibrid hy-LED architektúra kék LED,sárga-zöld fénypor és vörös LED kombi-nációjával állítja elő a fehér fényt. Ez egynem szokásos, de feltörekvőben lévő el-rendezés a fehér fény előállítására. Példáula Cree TrueWhite és az Osram Brilliant

Lehetőség/kihívás: A kék LED hatásfok-eséseA kék LED hatásfoka óriási mértékben ja-vult, de még mindig alacsony áramsűrűsé-geknél a legnagyobb. A jelenlegi „legjobb”kutatási eredmények 80%-ot meghaladóhatásfokú LED-csomagokat eredményez-tek, de csak viszonylag alacsony áramsű-

k ll i i b h l

g y gés költségét. Várható, hogy az emberköz-pontú világítás számára egyre növekvő ér-deklődésre számot tartó, állítható színhő-mérsékletű fényforrások lefelé fogják haj-tani az ilyen vezérlőrendszerek költségeit,s így minimalizálni fogják a jövőben ezt ahátrányt. A másik az, hogy az AlInGaP-alapú vörös LED hatásfoka a rövidebb vö-

Mix technológiájánál egy fényporkonver-ziós pc-LED-ből származó (a feketetestgörbéjét szándékosan a zöld felé eltolt)zöldes-fehér fényt kevernek össze egy vö-rös LED tiszta vörös fénykomponensével.Ennek az elrendezésnek jelentős hatásfok-előnye van a megszokottabb fényporkon-verziós pc-LED felépítéssel szemben, mi-

l ö ö LED él lé f l St k

rűségek mellett. A piaci behatolás növe-lését elősegítő olcsó fény előállításáhozszükséges nagyobb áramsűrűségeknél aLED-ek hatásfoka csökken. A kb. 10A/cm2-ről 35 A/cm2-re történő növelésnélbekövetkező úgynevezett „hatásfok-esés”kb. 10%, 100 A/cm2-re történő növelésnélpedig. 15% körüli. A kihívás az lesz, hogykijátsszák” a hatásfok esésért felelős

rös hullámhosszúságoknál csökken – amintazt a 4.7 ábrán a különböző LED-ek spek-trális teljesítménysűrűségei mutatják.614 nm-nél – amely a világításhoz ideálisvörös csúcsnak tekinthető, mivel még eléghosszú a jó színvisszaadás biztosításához,de még elég rövid az emberi szem jó érzé-keléséhez (észszerűen magas LER mellett)

a kutatások mai állása szerint a LED ekvel a vörös LED-nél nem lép fel Stokes-veszteség a vörös fény előállításánál, és avörös LED-eknek eredendően keskeny avonalszélességük – kis eltolódásokkal amély vörös felé, ahol az emberi szem vi-szonylag érzéketlen. A hibrid hy-LED„felső lehetőségeként” 280 lm/W fény-hasznosítást, azaz 68% hatásfokot jelölnekmeg Ezzel szemben a fényporkonverziós

„kijátsszák a hatásfok-esésért felelőskulcsfontosságú fizikai mechanizmust, azAuger-rekombinációt. Az Auger-rekombi-náció sugárzást nem okozó töltéshordozó-rekombinációs folyamat, amely nemlineá-risan növekszik a töltéshordozó-sűrűséggel– és így az áramsűrűséggel. Az Auger-rekombinációs veszteségek elkerüléséneklehetséges módjai: a konkurens sugárzási

– a kutatások mai állása szerint a LED-ekkülső kvantumhatásfoka (EQE) mindössze25% körüli. Ezért ez az architektúra egysor kihívással néz szembe, amelyek közülkettő ugyanaz, mint a fényporkonverzióspc-LED-eknél: a fénykivonás és a keverés/szórás/abszorpció hatásfokának a javításaés a kék LED hatásfokesése. De a legfon-tosabb az hogy tökéletesíteni kell a vörösmeg. Ezzel szemben a fényporkonverziós

pc-LED „felső lehetősége” csak 255lm/W, és ha nem sikerül keskenyebbvonalszélességű vörös fényport kifejlesz-teni, inkább csak a 220 lm/W-hoz közelít.Noha a hatásfokok nagyobbak lehetnek,ennek a felépítésnek is van azonban kétfontos hátránya, mindkettő a vörös LED-hez jelenleg használt alumínium-indium-

lehetséges módjai: a konkurens sugárzásirekombináció arányának megnövelése(összetétel/geometria módosításával, vagyalternatív rekombinációs mechanizmusoksegítségével, mint amilyen a lézerdiódák-nál alkalmazott stimulált emisszió), vagy atöltéshordozók sűrűségének csökkentésé-vel (sávszerkezet/transzport módosításá-val, vagy alternatív geometriák alkalmazá-

tosabb az, hogy tökéletesíteni kell a vörösLED-eket.

Lehetőség/kihívás: A vörös LED hatás-fokának javításaEz egy fontos, de kemény kihívás. Ha egyfényporkonverziós pc-LED-ben a még ép-

[98] E Nelson I Wildeson és P Deb: Efficiencyj ggallium-foszfid (AlInGaP) technológiávalvan összefüggésben. Az egyik az, hogy azAlInGaP-technológián alapuló vörös LED-ekkel összefüggő termikus hatásfokesés jó-

sával, mint amilyenek az alagút-injektá-lással összekapcsolt, egymásra épített aktívtartományok. E megoldások közül a leg-fontosabb az, hogy megértsük és kontrol-

.HOLUX Hírek No178 p.11

[98] E. Nelson, I. Wildeson és P. Deb: „EfficiencyDroop in c-plane AllnGaN LEDs”, DOE SSL R&DWorkshop, Raleigh, Észak-Karolina, 2016[99] Lumileds: „LUXEON Rebel Color Line Data-sheet”, 2017. jan. 22. (http://www.lumileds.com/uploads/265/DS68-pdf)

id áli k k l él é ű ö

4pen ideálisan keskeny vonalszélességű vö-rös fényport egy hibrid hy-LED 614 nm-es, nagy hatásfokú vörös LED-jére cserél-nénk ki, megközelítőleg 10% javulást le-hetne elérni, és ha egy fényporkonverzióspc-LED-ben a nem ideális vonalszélességűvörös fényporral tennénk ugyanezt, kb.25%-os lehetne a javulás. A legfontosabbkihívás leküzdeni az AlInGaP anyagokkal

A szín-források és fehér fényt előállító keveréküktulajdonságai

kihívás leküzdeni az AlInGaP anyagokkalegyütt járónak látszó alapvető korlátokat:egy kedvezőtlen sávszerkezetet az ala-csony vörösben mind a töltéshordozó-transzport/gátlás és a sugárzást előállító (atiltott sáv közvetlen vagy közvetett átlé-pése következtében előálló) töltéshordozó-rekombináció számára. Az AlInGaP újváltozata, vagy talán egy teljesen eltérőváltozata, vagy talán egy teljesen eltérőanyagrendszer (pl. InGaN) megoldást je-lenthet. A félvezetőanyagok összetételénekés sávszerkezetének teljes kiaknázásátgyakran a szokásos hordozók rácshibáivalösszefüggő feszültségek korlátozzák, ha-bár a legutóbbi fejlesztések áttörést hoz-hatnak e problémák leküzdésében, ideértvea metamorf epitaxiát (amelyben a feszült-

számítógépen át a mobiltelefonokig ezekolyan technológiák, amelyek kezdetbenlassan fejlődnek, végül azonban a jobbhosszú távú potenciáljuk miatt "nyerő"

h ló iá á ál k i

ség okozta hibák minimalizálódnak a rács-állandók fokozatos eltolásával) és a nano-kompatibilitást (amelynél a feszültségnano-geometriák segítségével mérséklő-dik). A szilárdtest-világítás előnyt élvezneezeknek a kutatási eredményeknek és a vö-rös LED-eknél történő alkalmazásuknakfokozottabb megértéséből. Olyan új hordo-ók kif jl é i lő ö l h

szülnek, a zöld és a borostyánsárga LED-fényforrások alacsony hatásfoka, valaminta vörös és borostyánsárga AlInGaP-alapúLED-fényforrások termikus stabilitása kor-lát t lj ítőké é ük t A k

4.1 táblázat – A kék, zöld, borostyánsárga és vörös fényforrások jelenlegi és jövőbeni, célul kitűzött hatásfokai a fehér fényű LED-csomagok becsült (optikai keverési/szórási/abszorpciós) hatásfokaival együtt

technológiává válnak. Ez persze nem min-dig van így, de ha megtörténik, „átformálóerejű” lehet. A mi esetünkben a színkeve-réses cm-LED-ek felépítése most még ki-sebb teljesítőképességű a jelenleg domi-nánsnak tekinthető fényporkonverziós pc-LED-eknél, de megvan a lehetősége arra,hogy az elkövetkező években ugrásszerűenfejlődjön

zók kifejlesztése is előnyös lehet, ame-lyeknek rácsai illeszkednek a 614 nm-esvörös LED-emisszióhoz alkalmas anyag-összetételekhez.

4.1.4 Hipotetikus színkeveréses RYGBcm-LED architektúra: lehetőségek éskihívásokA négyszínű színkeveréses RYGB cm

látozza teljesítőképességüket. A gyakor-latban a megközelítőleg 540, illetve 575nm-es ideális hullámhosszúságú zöld ésborostyánsárga LED-ek éppen az úgyne-vezett „zöld rés” kellős közepén vannak.A hatásfok csökken, ha a zöld emisszióshullámhosszakat akár a rövid, akár ahosszú hullámhosszak felől közelítjük.Amíg az InGaN alapú kék és lila LED ekfejlődjön.

Léteznek különböző megfontolandó szín-keveréses cm-LED kialakítási lehetőségek:háromszínű, vörös, zöld és kék (RGB),négyszínű RYGB (vagy RGBA) és talánmég az ötszínű RYGCB is. A jelen fejezeta négyszínű RYGB-t tekinti át, mivel eznagyobb végső hatásfokot, jobb szín-visszaadást és nagyobb rugalmasságot

A négyszínű színkeveréses RYGB cm-LED felépítés – amelynél valamennyi színtközvetlenül LED-ek állítanak elő – tekint-hető a fehér fényt előállító struktúrák vég-ső megtestesítőjének. Nem kell a hullám-hosszakat lefelé konvertálni, és így nemlépnek fel fényporkonverziós vagy Stokes-veszteségek. Amint azt a 4.4 ábra felsőszürke pontvonala mutatja, ennek a „felső

Amíg az InGaN alapú kék és lila LED-ekteljesítőképessége az elmúlt néhány évti-zed alatt gyorsan javult – alacsony áram-sűrűségeknél most 95%-ot elérő belsőkvantumhatásfokokkal – az indium-tarta-lomnak a zöld spektrális tartományemissziója érdekében való növelésegyorsan csökkenti a hatásfokot. Például haa hullámhosszat eltoljuk a 450 nm-esvisszaadást és nagyobb rugalmasságot

nyújt a színérték beállítására és így az„intelligens” világításhoz (és az emberekkényelmének, egészségének és termelé-kenységének jobbításához), mint a három-színű RGB. Az ötszínű megoldást nemvizsgáljuk, mivel egy ötödik szín csak el-hanyagolható módon növeli a hatásfokot, aszínvisszaadás minőségét és a színérték

szürke pontvonala mutatja, ennek a „felsőlehetősége” 330 lm/W nagyságrendjébeesik, és csak maguknak a LED-eknek a 80-90%-os hatásfoka szabna határt, valamintazok a veszteségek, amelyek a tiszta for-rásszíneik fehér fénnyé történő összekeve-résénél lépnek fel. Meg kell jegyezni, hogyez a Clayton Christensen által „Az inno-vátor dilemmája: Amikor az új technoló-

a u á oss at e to ju a 50 eskékről az 500 nm-es cián irányába, a telje-sítményátalakítási hatásfok (PCE) meg-feleződik, s ha tovább toljuk 525 nm-ig,további feleződés következik be.

Lehetőség/kihívás: A zöld/borostyán-sárga LED hatásfokának növeléseA jó hatásfokú LED-ek megvalósítása a

beállításának rugalmasságát.Ezt a felépítést némileg hipotetikusnak le-het tekinteni. Vannak ugyan olyan speciá-lis típusok, amelyek ezzel a felépítéssel ké-

giák nagyvállalatok kudarcait okozzák” cí-mű munkájában tárgyalt „szétrobbantó” in-novációinak egyik tipikus esete [100]. Azacél minidarálóktól kezdve, a személyi

HOLUX Hírek No178 p.12

[100] C. M. Christensen: „The Innovator's Dilemma:When New Technologies Cause Great Firms to Fail”,Boston, Massachusetts, Harvard Business SchoolPress, 1997

ld é b ( l ld é b á á

4

zöld résben (pl. a zöld és a borostyánsárgaLED-eké) kulcsfontosságú technikai kihí-vás, és a megoldások nehezen megfogha-tóaknak bizonyultak. Egyre több a bizo-nyíték arra, hogy a zöld LED-ek teljesítő-képességét ugyanúgy korlátozza az áram-esés, mint a kék LED-ekét, amelyért azAuger-rekombináció a felelős. Ezért azáramesés csökkentésével kapcsolatos alapáramesés csökkentésével kapcsolatos alap-kutatások mind a kék, mind a zöld LED-ekszámára előnyösek lehetnek [81]. Egy má-sik megoldandó kérdés a zöld és boros-tyánsárga emissziójához elegendő indium-hányadot tartalmazó InGaN és a szokásoshordozók közötti rács-illesztetlenséggelkapcsolatos feszültség. Elképzelhető, hogyebben segítenek a hosszabb hullámhosszú-ebben segítenek a hosszabb hullámhosszúságú InGaN alapú LED-ekkel kapcsolatoskutatási eredmények (pl. a metamorf epi-taxia és a nano-kompatibilitás). Ha olyanInGaN-et lehetne előállítani, amely haté-konyan emittálna a vörösben, akkor ebbőla zöld és a borostyánsárga teljesítőképes-sége is húzhatna hasznot. Továbbá bizo-nyíték van arra, hogy a zöld LED-ek ala-csony hatásfokának jórészt az az oka, hogya hatásfokesés nagyobb a zöldben, mint akékben. Ezért a hatásfokesés jobb megér-tése és elkerülésének módjai a kékben se-gíthetné a zöld LED-eket is.A hullámhossz lefelé konvertálásával mű-ködő LED-ek hatásfoka lényegesen na-gyobb, mint a közvetlen borostyánsárga

k h ll h l f l k

4.2 táblázat – A fehér fény előállításához használt háromféle (pc-LED, hy-LED, RGBA cm-LED) felépítésű fehér fényű LED-csomagok jelenlegi és „felturbózott” jövőbeni „cél” hatásfokai. A „felturbózott” hatásfokok az 4.1 táblázatban felsorolt rész-hatásfokokon alapulnak.

), °

C

% (

25°-

on)

Hőmérséket-határérték szilíciumra (RTI)

LED-eké, még a hullámhossz lefelé kon-vertálásával együtt járó Stokes-vesztesé-gek figyelembe vétele után is. Ez azt mu-tatja, hogy a hatékony keskeny sávú lefelékonvertáló anyagok kifejlesztése, ha igennagy PCE teljesítmény-átalakítási hatásfo-kú kék InGaN LED-ekkel kombinálják isőket, fontos közbülső lépés lehetne a fehérfényű színkeveréses cm LED ek felé A

Sárga fényporVörös fényporT (öntött réteg)

k (öntött fényporréteg), W/m.K

T (

öntö

tt f

ényp

orré

teg)

Rel

atív

fén

yerő

sség

, %

Tm

ax. f

ényp

or, °

C

energia 20-30%-a hő formájában elvész. Afényporrészecskéktől származó hő csök-kenti azok hatásfokát ha a hőt nem tudjuk

fényű színkeveréses cm-LED-ek felé. A4.1 táblázat összefoglalja a kék, zöld, bo-rostyánsárga és vörös fényforrások külön-böző hatásfokait (mind a fényporkonver-ziós, mind az esetlegesen közvetlen emit-táló típusok esetére).

4.1.5 A LED-csomagok tokozásaA fényporkonverziós pc LED-ek teljesítő-

lett, amint azt a 4.8 ábra mutatja. A LEDtokozóanyagok törésmutatójának növeléseis javíthatja a LED fénykivonását, ezáltal

4.8 ábra – (a) A fényporréteg hőmérséklete a hővezetőképesség függvényében és a LED-fényporok relatívfénysűrűségére kifejtett hatása; (b) a fényporréteg hőmérséklete csökken a tokozóanyag hővezetőképességéneknövekedésével (Forrás: Michael Bockstaller, Carnegie Mellon University, SSL R&D Workshop, Raleigh,Észak-Karolina, 2016. febr. [101]. Ábrák: az OSRAM Sylvania szívességéből

kenti azok hatásfokát, ha a hőt nem tudjukelvezetni. A szilikon tokozóanyag hőveze-tőképessége megközelítőleg 0,2 W perméter Kelvin (W/m.K), ami nem elegendőa hőnek a fényporból történő elvezetésé-hez. Ennek eredménye nagyobb fénypor-hőmérséklet és kisebb hatásfok. A hőveze-tőképesség 1 W/mK-re történő növelésévela fényporréteg hőmérsékletét 50 °C-kal

A fényporkonverziós pc_LED ek teljesítőképessége nem csak a LED emitterétőlfügg, hanem a tokozóanyagok felvitelétőlis. A tokozás tulajdonságai hatással vannaka LED-csomag termikus és optikai tulaj-donságaira is. A jelenlegi szilikon tokozó-anyagok kis hővezetőképessége a fénypor-részecskék felmelegedéséhez és így azátalakítási hatásfok gyors degradációjához

is javíthatja a LED fénykivonását, ezáltalnagyobb hatásfokot eredményezve.Minél nagyobb a törésmutató, annál többfényt lehet kivonni a chip-ből. A törésmu-tató növelésének módszerei közé tartozik,ha a szilikon molekulájú „gerinchez” (fe-nil-alapú kémiához) több fenilvégű csopor-tot adunk hozzá, mint a metil-alapú szili-konokéhoz. A kék LED-csomagoknályp g

vagy még többel is le lehetne csökkenteni,ami a fénypor hatásfokának 10%-kos vagyannál is nagyobb javulását eredményezhetia LED-csomag standard üzemeltetése mel-

vezethetnek, ha a LED-et nagy áramokkalhajtják meg. A kék fény fehérré történőátalakításából származó Stokes-vesztesé-gek azt eredményezik, hogy az abszorbált

HOLUX Hírek No178 p.13

[101] M. Bockstaller: „Enhancing LED Performance:A Case For Research on Encapsulant Materials WithEnhanced Thermal Conductivity”, DOE SSL R&DWorkshop, Raleigh, Észak-Karolina, 2016

h ál il ilik k ö é ój 1 4

4használt metilszilikonok törésmutatója 1,4,a fehér fényporkonverziós LED-csoma-goknál általános használt fenilszilikonoképedig 1,55. A fenilvégű csoportok adalé-kolásának van egy gyakorlati korlátja, haugyanis túl sok feniltartalmat adalékolunk,a szilikon stabilitása a LED optikaifényáramsűrűségei és hőmérsékletei alácsökken így jelenleg lényegében 1 55 os

Hatásfokok

LED-csomag várható fényhasznosítása (lm/W)**

Termikus hatásfok-esés(megnövelt Top)

Meghajtó hatásfoka

Lámpatest hatásfoka/optikai

Cél

csökken, így jelenleg lényegében 1,55-ostörésmutatójú felső határ érhető el [102]. ANagy törésmutatójú nano-kitöltőanyagok –pl. titán-dioxid vagy cirkónium-dioxid –adalékolására van lehetőség, noha apolimer láncokba való beépítésük kritikusa teljesítőképesség számára, ezért ez isintenzív kutatási területnek számít.

4.3 táblázat – A fehér fényű* LED-es lámpatestek jelenlegi és célul tűzött hatásfokai. A LED-csomagok fényhasznosításai a 4.2 táblázatban feltüntetett „felturbózott” hatásfokokon alapulnak.•Meleg fehér LED-csomagok és lámpatestek esetén CCT=3000K és CRI=80. ** LED fé h ítá lő j l é l f hé LED k 4 2 táblá t l já

Lámpatest hatásfoka/optikai hatásfok

Lámpatest teljes hatásfoka

Lámpatest fényhasznosítása †

a tökéletesítési lehetőségek, de adódnaktovábbi nehéz kihívások is: növelni kellenea vörös LED hatásfokát (a jelenlegi kb.20%-ról 80%-ra) és termikus stabilitását afehér fényű világításhoz ideális 614 nm-eshullámhosszon.

Lehetőség/kihívás: Nagy hővezetőképes-ségű és törésmutatójú tokozóanyagokA szilikon tokozóanyagok rossz hővezető-képessége lehetőséget kínál az eredményülkapott fényporkonverziós pc-LED hatásfo-kának javítására a fénypor-részecskékben– sőt még a LED emitterében is – létrejövőhőmérsékletesés csökkentésével. A hőve-

tiekben az új IES TM-30 irányelvekkelösszefüggésben tárgyaltakat.A nagy hatásfok, nagy áramsűrűség vagyaz alacsony költségek irányába történőelőrelépés segíteni fog mindezen tulajdon-ságok javításában. Feltehetőleg a hatás-

** LED-csomag fényhasznosítás-előrejelzése meleg fehér pc-LED-ekre a 4.2 táblázat alapján † A lámpatest hatásfoka a LED-csomag hatásfokának és a lámpatest teljes hatásfokának a szorzata

● A színkeveréses cm-LED architektúraszámára adódik a legnagyobb javulási le-hetőség a jelenlegi 90 lm/W-ról a lehetsé-ges 330 lm/W-ra történő fényhasznosítás-növekedés terén, de ehhez a legnagyobbkihívás járul: a zöld, a borostyánsárga és avörös LED-ek hatásfokának a növelése.A jövőben a teljesítőképességi jellemzők

zetőképesség javulásának folyamata lassú.A hibrid anyagok (pl. a szilikon műgyantanagy hővezetőképességű adalékanyagai)hőtranszportját a polimer/részecske mátrixhővezetőképességének növelésével lehetjavítani. A részecske-kitöltő anyagok szó-ródási keresztmetszetének csökkentésetöbb szervetlen anyag adalékolása esetén

bb ik i á lá h ó á l h

foknövelés a legfontosabb, mivel ezzelmegnő a LED-csomagonkénti fényáram(és így csökken a lumenenkénti költség) éslecsökken az eltávolítandó veszteségi hő(ami viszont indirekt módon csökkenti aLED-csomagok árát és a lumenenkéntiköltséget). Az áramsűrűség növekedésévelnő a LED-enkénti fényáram és így csök-k l ké i k l é A lvárhatóan még szigorúbbak lesznek, ami

hatással lesz arra, hogy a fehér fény elő-állításához melyik felépítést fogják előny-ben részesíteni és hogy a hatásfokjavításkülönböző lehetőségei közül melyik lesz afontosabb.Először is, az alapszintnek tekintett 35A/cm2-es áramsűrűség és a 25°C-os műkö-dési hőmérséklet meglehetősen önkényes

nagyobb optikai átláthatóságot tesz lehe-tővé. Ha ezt a koncepciót szélsőségesmódon folytatjuk szervetlen tokozóanya-gok – pl. alacsony olvadáspontú üvegek –felhasználásával, egy másik lehetségesmódot kapunk a törésmutató és a termikusstabilitás javítására.

4 1 6 Általános következtetések és jövő

ken a lumenenkénti költség. Az alacso-nyabb költségek elérése fedezetet fog ké-pezni a nagyobb hatásfokú vagy nagyobbáramsűrűségű, bonyolultabb eszköz-struk-túrák kifejlesztéséhez.

4.2 A LED-es lámpatestek technológiájaNoha a LED-csomag annak a teljes rend-szernek a „szíve”, amely a fehér fényt

dési hőmérséklet meglehetősen önkényes.A gyakorlatban minél nagyobb a még to-lerálható működési hőmérséklet, annál na-gyobb a megengedhető áramsűrűség, ésminél nagyobb az áramsűrűség, annál ala-csonyabb a fény költsége (mindkét össze-függés kapcsolatban van az áramsűrűség-gel és a termikus hatásfok-eséssel). Igenkívánatos tehát a 100 A/cm2-es és e feletti

4.1.6 Általános következtetések és jövő-beni kilátásokA fényporkonverziós pc_LED, a hibrid hy-LED és a színkeveréses cm-LED felépíté-sek összehasonlításából (amint azt a 4.2táblázat mutatja) a következő konklúziókatlehet levonni:● A fényporkonverziós pc-LED felépítésttovább kellene javítani a jelenlegi kb. 140

előállítja és eljuttatja a környezethez ésvégső soron az emberi felhasználóhoz, dekörül van véve mindkét (bemeneti és ki-meneti) oldalról egyéb olyan komponen-sekkel, amelyek együttesen alkotják magáta lámpatestet. E fejezetben ezeket a kom-ponenseket, valamint a fehér fény előállí-tását és továbbítását végző rendszerrekif j h á k f j k á l ikívánatos tehát a 100 A/cm es és e feletti

működési áramsűrűség és a 85°C-os ésennél magasabb működési hőmérséklet.Másodszor: minél jobban megismerjük afénynek az emberekre és az emberi telje-sítőképességre kifejtett hatását, annál fon-tosabbak lesznek a fény spektrális jellem-zői. A CRI-vel mért jobb színvisszaadásiminőség egyre fontosabbá válhat. Számos

tovább kellene javítani a jelenlegi kb. 140lm/W-ról a lehetséges 255 lm/W-ra, amitaz optikai fénykivonás javításával, a LED-csomag 75% körüli hatásfokának 95%-ratörténő növelésével, a vörös fényporemissziós vonalszélességének 35 nmFWHM körülire történő szűkítésével és akék LED hatásfokesésének a 35-100A/cm2-es tartományban 10-20%-ról 5%-ra

kifejtett hatásukat fogjuk tárgyalni.

4.2.1 A lámpatestek fényelőállításihatásfoka: fejlődés, lehetőségek, kihí-vásokEgy LED-es lámpatest fehér fény elő-állítási hatásfoka csak akkora lehet, minta”szívét” képező LED-csomagé. A lámpa-test egyéb alkotóelemei – a bemeneténélg gy

alkalmazás már most is CRI 90 vagy leg-alábbis 80-nál nagyobb értéket igényel.Egyéb spektrális jellemzőket is szükséglehet majd kontrollálni – például a fen-

való csökkentésével lehetne elérni.● A hibrid hy-LED felépítésnek a jelenlegikb. 160 lm/W-ról a potenciális 280 lm/W-ra történő javuláshoz valamivel nagyobbak

HOLUX Hírek No178 p.14

[102] J. McDonald: „Advanced Silicone Materialsfor LED Lighting”, DOE SSL R&D Workshop, SanFrancisco, Kalifornia, 2015.

lé ő á é é l k h j ó

4

lévő tápegység és elektromos meghajtó,illetve a mechanikai és termikus hűtő-rendszer, valamint a másik végén a fényterítését és/vagy irányítását végző optika –csak további veszteséget termel. A lámpa-testek alkotóelemeivel kapcsolatos fejlesz-tések (és jövőbeni célok) – a meghajtóhatásfokának, a LED-csomag szobahőmér-sékleten (25°C on) mutatott fényhasznosí 4.9 ábra – Az elektromos energia látható fénnyé történő átalakításánál fellépő veszteségek

Fényhasz-nosítás a vesz-teségek után

Lámpatest (optikai)

vesztesége

Termikus hatásfokesés vesztesége

LED-csomag vesztesége

Meghajtóvesztesége

Cél

és vezérlőfunkciókat is tartalmazhat, pél-dául fényerősség-szabályozót Sokféle

sékleten (25 C-on) mutatott fényhasznosí-tásának, a magasabb (85°C-os) működésihőmérsékleten fellépő termikus hatásfok-esés csökkentésének és a lámpatest optikaihatásfokának javulási lehetőségei – a 4.3táblázatban láthatók.A táblázatban nem az átlagos, hanem a„legjobb eset” szerinti hatásfok-becslésekláthatók, ezért bármilyen adott alkalmazás-

és kiemelt kutatási területet képez.Ami a hőháztartást illeti, a LED-fény-

g f y f p gMegjegyzés: Jobbról balra haladva láthatók az elektromos energia látható fénnyé történő átalakításának akülönböző csatornákban fellépő százalékos veszteségei a modern, kereskedelemben kapható lámpatesteknél –baloldalon az eredeti elektromos energia zöld látható fénnyé történő átalakításának végső százalékos értékévelegyütt. A 100%-os jelzés a LER megközelítő elméleti maximumának, 414 lm/W-nak felel meg. Az alsó csík ajelenlegi, 2016-os állapotot, a felső a hosszú távú célt mutatja, a középen feltüntetett százalékos változások akülönböző csatornák potenciális javulásainak a következménye. A LED-csomagok javulása a 4.2 táblázatbanfeltüntetett „felturbózott” hatásfokokon alapul.

dául fényerősség szabályozót. Sokfélemeghajtó-konfiguráció alkalmas különbö-ző számú LED-csomag, különböző áram-köri felépítés és különböző szintű – válta-kozó- és egyenfeszültségű – bemenet táp-lálására. A meghajtó egzakt teljesítőké-pességét a különböző meghajtó-struktú-rák, a LED-meghajtók felépítése, funkció-képessége, mérete és ára fogják meghatá-

láthatók, ezért bármilyen adott alkalmazásnál nem érhetők el feltétlenül. Sokfélevilágítási alkalmazás létezik, és mivel alámpatest a végső vásárolt elem, amelymegszabja, hogy a fehér fény hogyan il-leszkedik az alkalmazáshoz, igen sokfélelámpatest-típus létezik. A végső sugár-nyaláb fényerőssége, mérete, iránya ésterítése, a lámpatest esztétikai megjelené-

Ami a hőháztartást illeti, a LED fényforrások – a hagyományos izzólámpákkalszemben – nem sugároznak hőt, ezért aveszteségek által generált hőmennyiségetmaga a lámpatest kell hogy elvezesse.Ezért a LED-csomagok üzemi hőmérsékle-tét azok üzemi árama és a környezeti hő-mérséklet határozza meg. Amint az a4.2(b) ábrán látható, a termikus hatásfok-p g , gj g

rozni. A 4.3 táblázat a meghajtók repre-zentatív hatásfokait mutatja, jóllehet a maimeghajtó-konstrukciók némelyike jobb,némelyike viszont gyengébb teljesítőké-pességet mutat. A meghajtók feltehetőlegleggyengébb tulajdonsága nem a teljesítő-képesség, hanem a megbízhatóság. A meg-hajtók megbízhatósága a leggyengébb

se, alakja, mérete és ára és a környezet,amellyel a lámpatestnek kompatibilisnekkell lennie és amelyhez illeszkednie kell –nos a lámpatestnek ezt mind figyelembekell vennie, ami azt eredményezi, hogysokkal többféle típusuk létezik, mint aLED-csomagoknak. Ráadásul számoslámpatest működtet 35A/cm2-nél kisebb

k k

esés a LED hatásfok-esésében nyilvánulmeg, amikor azt megemelt hőmérsékletenüzemeltetjük. A tökéletesített hűtés és/vagy a lecsökkentett üzemi áram csökken-teni fogja a LED működési hőmérsékletétés így nagyobb LED-hatásfokot eredmé-nyez. A lámpatestfejlesztők azt találták,hogy a termikus határfelületek eltávolítása

lá b l ő hő l ő ál ájá álláncszem a lámpatest összes többi kompo-nense között. A meghajtók megbízhatósá-gának növelése jelentős lehetőség/kihívás– ideértve a számos al-komponensük alap-vető megbízhatósági korlátait is. Lehető-ség van a meghajtók teljesítőképességénekjavítására is, ami a leszabályozott állapo-tukban adódó hatásfokot és villogást illeti,és lehetőség van további szabályzási és

áramsűrűségeken LED-csomagokat, ezérta LED-csomag hatásfoka nagyobb lehet a4.2 és 4.3 táblázatban közölt szinteknél. Etényezők igen különböző hatásfok-szinte-ket eredményeznek, amelyek a termékekteljesítőképesség-szintjeinek sokféleségéthozzák létre.Emellett a piac éppen egy fontos átalakulásközepén van ami a lámpák üzemeltetésére

a lámpatest belső hőelvezető pályájánáljavíthatja a lámpatest hőelvezetését és aLED hatásfokát.Ami az optikai hatásfokot illeti, a lám-patest optikai rendszere a világítási alkal-mazástól, a megkívánt optikai fényelosz-lástól és a világítástechnikai termék forma-tényezőjétől függően a lencsék, reflekto-rok optikai keverőkamrák távolban elheés lehetőség van további szabályzási és

kommunikációs funkciók beépítésére is alámpatest energiamegtakarításának ésfunkcióképességének növelése érdekében.További kontrollszintet jelenthetne a jobbcímzésre való képesség és a LED-ek egye-di láncainak vezérlése a kompakt forma-tényező és az alacsony ár megtartásamellett

közepén van, ami a lámpák üzemeltetésérealkalmas típusoktól a LED-csomagokműködtetésére szánt típusokra való átállástilleti. A beépített LED-es lámpatestekhasználatának állandó növekedése jósol-ható azoknak a hatásfok- és teljesítőképes-ség-előnyöknek köszönhetően, amelyeketa régebbi formatényezőjű lámpákkal nemlehet elérni.

rok, optikai keverőkamrák, távolban elhe-lyezett fényporok és diffúzorok sokféle el-rendezését alkalmazhatja. Jól megtervezettlámpatestekkel bizonyos alkalmazásokesetén 10%-nál kisebb optikai vesztesége-ket lehet elérni, és ezt az új megoldásokmég tovább csökkenthetik. Általában mi-nél kevesebb és kisebb a felhasznált LED-csomag és minél kisebb a fényszóródásimellett.

A fény előállításának másik végén amechanikai, hűtő és optikai struktúrák ta-lálhatók, amelyeket arra használnak, hogya LED-csomagokat nagyobb lámpatestek-be építsék be. A teljes lámpatestoptimalizált integrálása az elektromos, ter-mikus és optikai rendszer integrálását is fi-gyelembe véve, miközben egy adott világí-

lehet elérni.A lámpatestek komponenseivel kapcsola-tos nagyobb hatásfokok lehetőségeit a 4.9ábra mutatja. Az ábra alapján két K+Fprioritást fogunk tárgyalni az integráltlámpatestek hangsúlyozásával.

Lehetőség/kihívás: Elektromos meg-hajtó

csomag és minél kisebb a fényszóródásiterület, annál jobb lehet az optikai rendszerhatásfoka. A lézerdiódák korlátai közöttolyan optikai rendszereket lehet elkép-zelni, amelyek rendkívül hatékonyak ésújszerűek (pl. az ultravékony élvilágításoshullámvezető geometriák lehetőségeit)..Noha a lámpatestfejlesztés hangsúlyánakjelentős része a fényporkonverzós pc-LEDgy , gy g

tási alkalmazásnál új értéket teremtünk ésenergiát takarítunk meg – ez a lehetősé-gek/kihívások szélesebb perspektívája,amely sok előzőekben tárgyalt témát érint,

A lámpatest bemeneténél található a táp-egység, amely a váltakozóáramú hálózatiteljesítményt a LED-csomagokkal kompa-tibilis feszültséggé és árammá alakítja át,

felépítésekre esik, kivételesen jó teljesítő-képességet lehetett elérni hibrid hy-LEDarchitektúrákkal is. 2013-ban a Philips be-jelentette egy 200 lm/W-os csőalakú LED-

HOLUX Hírek No178 p.15

h jtó l kt ikát litik ód blá (TLED) í á k kif jl é

4hajtó elektronikát monolitikus módon be-építsék a GaN-alapú LED-ekbe. Végezetülaz, ha a lámpatesteket egyszerűen csak ki-sebbre készítik, nagyobb rugalmasságot ésa lámpatestek sűrűbb elhelyezését engedimeg, ami viszont azt teszi lehetővé, hogy avilágítási rendszerek rugalmasabban vezé-reljék a világítási jeleneteket és az érzéke-lőkkel sűrűbb lefedettséget lehessen elérni

lámpa (TLED) prototípusának kifejleszté-sét, amelynek színhőmérséklete 3000 és4500K között változtatható, CRI színvisz-szaadási indexe nagyobb mint 80 és R9 ér-téke > 20 [103]. 2014-ben a Cree jelentettbe egy 3200 lm fényáramú lámpatestet,amelynek fényhasznosítása meghaladja a200 lm/W-ot 80-as CRI mellett, termikusegyensúlyi állapotban miközben az ANSI

4.10 ábra – (a) Az Osram OmniPoint lámpateste és(b) a felhasználói interfész (Forrás: Jerry Ryu, OsramSylvania, SSL R&D Workshop, Raleigh, Észak-K l 2016 f b á [106]lőkkel sűrűbb lefedettséget lehessen elérni.

4.2.2 A lámpatestek fényeloszlásaMiután a lámpatest előállította, a fényt el iskell juttatni a környezethez és végül a fel-használóhoz. Amíg az előző fejezet a fény-előállítás hatásfokát tárgyalta, ez a rész an-nak az alkalmazásnak a hatásfokára fóku-szál, amelynél a fényt felhasználják – kü-

egyensúlyi állapotban, miközben az ANSI3000K-re vonatkozó színspecifikációin be-lül marad [104]. 2014-ben az Osram egy3900 lm fényáramú LED-cső kifejlesztésétis bejelentette, amely hasonló a Philipsé-hez, de fényhasznosítása 215 lm/W – vagymeghajtóval kombinálva 205 lm/W –3000K és CRI 90 mellett [105]. Ezek aK+F prototípusok kielégítik a 4.2. táblázat-

Karolina, 2016. február [106]

világítási rendszere (lámpatest, meghajtóés applikációs szoftver), amely lehetővéteszi, hogy a felhasználó azonnal átfor-málja a kimeneti fény alakját (azaz a su-gárzási szöget, a fény irányát, eloszlását,alakját és erősségét) egy érintőképernyős,vezeték nélküli interfész segítségével.s á , a e y é a é yt e as á já ü

lönös tekintettel a tértervezésre és a fényeloszlására.Abszolút értelemben a „térbeli” hatásfok,amellyel az elektromos fényt használják,rendkívül alacsony. Tipikus felhasználás-nál a lámpát elhagyó fotonoknak valószí-nűleg csak egymilliomodnál kisebb részejut el végül az emberi szem retinájához –

K F prototípusok kielégítik a 4.2. táblázatban bemutatott 2020-as célokat, és aztigazolják, hogy holisztikus tervezésselvégzett gondos rendszer-optimalizálássallényegesen jobb teljesítőképesség érhetőel. A vörös LED-ek felhasználása növeli aköltséget és bonyolultabbá teszi a rend-szert a hőmérséklet és idő függvényébenelérhető színstabilitás és a tápegység kon-

g gAmint az a 4.10(a) ábrából látható, a lám-patest egy egyedileg vezérelhető LED-ekből álló tömböt tartalmaz, amelynek fé-nye egy kis apertúrán keresztül lép ki, ígya lámpatest a tér általános és/vagy kiemelővilágítására is felhasználható az igények-nek megfelelően. A 4.10(b) ábrán bemuta-tott felhasználói interfészen a felhasználó

még olyan zárt térben is, mint amilyen egyiroda. A veszteségi tényezők közé tartozika megvilágított nem fehér tárgyak 100%-nál kisebb reflexiós tényezője, az emberiszem kisméretű apertúrája és a térhez és amegvilágított tér térszögéhez képesti kislátószöge, valamint a térben (vagy tér-részben) annak megvilágítási idejéhez ké-

l öl ö 100% ál ö id bb idő

strukciója tekintetében. Ezért – noha azelső prototípusok igazolják a módszer ígé-retes voltát – a gyakorlati korlátok meg-maradnak.

Lehetőség/kihívás: Funkcióképesség be-építése a LED-es lámpatestekbe.Felmerülő lehetőség/kihívás a meglévő és

új lá f k iók ki bb é kö

ki tudja választani az általános és kiemelővilágítást igénylő térrészeket, és szabá-lyozni tudja a fényerősséget, ami jelentősjavulást mutat a hagyományos világításirendszerekhez képest, amelyek a mennye-zeten lévő lámpatestek manuális beállításátigényelné [106].Noha az Omnipoint fontos demonstrálásaannak hog mit lehet elérni eg r galmaspest eltöltött, 100%-nál rövidebb idő.

E veszteségi tényezők mindegyikét nemlehet kiküszöbölni. A fényeloszlás, azaz alámpatestből kilépő „fénynyaláb” dinami-kus vezérlése segíthetne az épület hasz-nálói számára e veszteségi tényezők csök-kentésében, valamint a hely gyors éskönnyű megváltoztatásában és visszaállítá-sában Olyan épületekben ahol egy adott

az új lámpatest-funkciók kisebb és köny-nyebb kivitelű lámpatestekbe történő be-építése, bizonyos funkciókat talán a LED-csomagba integrálva. Az egyik ilyen funk-cióképességet az érzékelők adják. A csat-lakoztatott világítás beköszöntével a lám-patestek a leggyakrabban előforduló háló-zathoz csatlakoztatott „tárggyá” válhatnak,és a Tárgyak Internetének” a környezet

annak, hogy mit lehet elérni egy rugalmaslámpatest-konstrukcióval, különböző irá-nyokba beállított nagyszámú LED-et tar-talmaz, amelyek egyszerűen be- és kikap-csolhatók a fényeloszlás igényeinek meg-felelően. Ez számos LED-csomag és ve-zérlőcsatorna használatát igényli, ami

[103] Philips: Details of the 200lm/W TLED lightsában. Olyan épületekben, ahol egy adotttér használata az év folyamán nem egy-forma – például kiskereskedelmi vitrinekesetén – költséges és időigényes lehet a térvilágításának újratervezése. A változtat-ható sugárzási szögű lámpatestek telepítésenem egyszerű, és motorral működtethetőcsuklós szerkezetek felszerelését tesziszükségessé, amelyek kihívást jelentenek a

és a „Tárgyak Internetének a környezetszabályzásához való felhasználásához (be-leértve a világítás vezérlését is) min-denféle típusú érzékelőre szükség lesz.Egy másik ilyen funkció a programozhatóirányíthatóság. Amint azt a következő fe-jezetben ismertetni fogjuk, jelentős javí-tásra van mód a fény felhasználásának vo-natkozásában is, és a fényforrás körülte-

[103] Philips: „Details of the 200lm/W TLED light-ing technology breakthrough unraveled”, 2014. ápr.11. (http://www.newscenter.philips.com/main/standard/news/articles/20130411-details-of-the-200 lm-w-tled-lighting-technology-breakthrough-unraveled.wpd#.VWiVYM9Viko)[104] Cree, Inc.: „Cree Shatters Efficiency Bench-mark with First 200-Lumen-Per-Watt LED Lumi-naire”, 2014. jan. 23. (http://www.cree.com/News-and-Events/Cree-News/Press-Releases/2014/January/200- LPW –fixture)s ü ségessé, a e ye vást je e te e a

távvezérlés szempontjából, és nem egy-szerű beszerelni őket a mennyezetbe. Egykönnyű, kompakt lámpatestből származófény irányának és eloszlásának távirányí-tásához jelentősen javítani kellene azépület tereinek felhasználását bizonyosszektorokban – például a kiskereskedelem-ben és a vendéglátásban. A következőkben

natkozásában is, és a fényforrás körültekintő elhelyezése jelentősen javíthatná an-nak hatásfokát.Az optikai sugárnyaláb formálása egymásik ilyen funkcióképesség. Bizonyos út-világítási elrendezések speciális lencse-funkciókat építenek be a LED-csomag pri-mer optikájába/tokozatába, ezáltal elkerül-ve a másodlagos optika szükségességét és

)[105] OSRAM: „Osram constructs the world's mostefficient LED lamp”, 2014. márc. 28. (http://www.osram.com/osram_com/press/press-releases/_trade_press/2014/osram-constructs-the-worlds-most-efficient-led-lamp/index.jsp)[106] J. Ryu: „Ultimate Lighting Design Freedom &Flexible Reconfiguration”, DOE SSL R&D Work-shop, Raleigh, Észak-Karolina, 2016107] LensVector: „How It Works”, 2017(http://lensvector.com/technology/how/)

öt olyan példát mutatunk be, amelyek afény térbeli hatásfokára vonatkoznak.A fénynyaláb-vezérlési technológia elsőpéldája az Osram OmniPoint távvezérlésű

a járulékos csatlakozó felületek optikaiveszteségeit. Az elektromos meghajtó isegy ilyen funkcióképesség, és van lehető-ség még arra is, hogy a GaN-alapú meg-

[108] Varioptic: „Liquid Lens for Autofocus (AF)”,(http://www.varioptic.com/technology/liquid-lens-autofocus-af/)[109] D. Bishop: „Painting with Light and Data”,DOE SSL R&D Roundtable, Washington, D.C., 2015

HOLUX Hírek No178 p.16

4f l dékk i ál OFF ONfolyadékkristályos

molekulákfolyadékkristályos

molekulák

a) b)

OFF ON

Optikai tengelyOptikai tengely

Elektrosztatikus nyomás Elektrosztatikus nyomás

Víz Olaj Olaj

jelenlegi mechanikai beállítórendszerek-nél a MEMS alapú tükör max. 80°-os irá-nyíthatóságra képes, és milliszekundu-

4.11 ábra – A folyadékkristályos lencse és az elektro-mos erőtér optikai hullámfrontjára kifejtett hatás (a)állandó gradiens és (b) változtatható gradiens esetén(Forrás: LensVector, How it Works, 2017 [107])

megemeli a rendszer költségeit és bonyo-lultságát Egy olyan optikai fénynyaláb

4.12 ábra – A folyadéklencse működése és az elektronedvesítés (Electrowetting) (Forrás: Varioptic, Liquid Lens for Auto Focus [108])

elektro-mos erőtér

VÉGTELEN optikaihullámfront

elektro-mos erőtér

MAKRO optikaihullámfront

Ablak Ablak Ablak Ablak

Fém Fém Fém FémSzigetelés Szigetelés

y g p ,mokban állítható. Kihívást jelent a MEMSmikrotükör-csomag rendszerbe építése ésaz elegendően alacsony költségek elérése.A 4.13 ábra egy gyártott mikrotükröt és avilágítási rendszerbe történő beépítésétmutatja be a fénynyaláb-vezérlés elérésére.A fénynyaláb-vezérlési technológia ötödikpéldáját a metaanyagok képviselik. Ez egy

lultságát. Egy olyan optikai fénynyaláb-vezérlő technológiára van szükség, amelykönnyen képes megváltoztatni a fénysugárirányát, méretét és alakját. Különbözőtechnológiák több kutatási területe foglal-kozik ezzel az igénnyel – a MEMS mikro-elektro-mechanikai rendszerektől kezdve afolyadékkristályos és folyékony lencsékenát a metaanyagokig

új, izgalmas lehetőségekkel teli kutatási te-rület. A beágyazott optikák fejlesztéséheza dielektromos metaanyagok és metafelü-letek bevezetése lehetővé tehetné az irá-nyíthatóság és a fénykivonási hatásfok ve-zérlését kontrollált, koherens fényszórással– kisebb optikai elnyelési vesztésegek mel-lett, mint a hagyományosabb fém-alapú

t k té A ált t th tó fók

át a metaanyagokig.A fénynyaláb-vezérlési technológia máso-dik példáját a folyadékkristályos lencsékszemléltetik, amelyek a folyadékkristályosmolekulákat egy alakos elektromos erőtér-hez igazítják, hogy változó törésmutatóthozzanak létre a lapos lencsefelületen.Ezek a folyadékkristályos molekulák eltérőtörésmutatót mutatnak különböző irányok-

LézerdiódaOptika

MEMS

Fénypor

felületen, ami viszont megváltoztatja al é ki l kí ó l j l kjá A

metaanyagok esetén. A változtatható fóku-szú metalencsék vagy a konform lencsékúj, dinamikus fénynyaláb-vezérlési képes-ségeket eredményezhetnek a LED-es vilá-gítás számára. A fényemitterek és meta-anyagok beágyazott optikai vezérlésselellátott monolitikus eszközöket eredmé-nyezhetnek. Több kutatómunkára vanazonban szükség olyan anyagok megta-

yban (a hosszú és a rövid tengely mentén).Mivel a molekulákat elektromos erőtér ve-szi körül, orientálódnak és változó törés-mutató-gradienst hoznak létre a felületen,hogy illeszkedjenek az elektromos erőtértérerősségi gradienséhez. A 4.11 ábrán afolyadékkristályos lencse vázlata látható.A fénynyaláb-vezérlési technológia harma-

4.13 ábra – (a) MEMS mikrotükör és (b) a MEMSmikrotükör világítási rendszerben való felhasználásá-nak vázlata (Forrás: (a) David Bishop, BostonUniversity, DOE SSL R&D Roundtable, Washington,DC, 2015. szept. [109] és (b) Helux Lighting

lencsét kialakító olajcsepp alakját. Alencse gyújtótávolsága a különböző olaj-méreteknek megfelelően változik. Az elek-tronedvesítésnél a kihívást olyan cellakialakítása jelenti, amely elég nagy egyLED-es lámpatest fénynyalábjának vezér-léséhez.A fénynyaláb-vezérlési technológia negye-dik példáját a standard MEMS mikro

azonban szükség olyan anyagok megtalálásához, amelyeknek nagy a törésmuta-tója, mivel az optikai metaanyagok kuta-tása új terület, és a látható spektrumon kí-vüli alkalmazásokra fókuszált.Ezek a példák az új fénynyaláb-vezérlésitechnológiák kutatási irányait mutatják. Asikeres dinamikus fénynyaláb-vezérlés és afény térbeli eloszlásának megoldása nagy

dik példája az „elektronedvesítés” – ez egymásik módszer a lencsék alakjának meg-változtatására, a folyékony felületet elek-tromos erőtér segítségével formálva. Ígyegyfajta sík folyadéklencse alakul ki úgy,hogy két, egymással nem elegyedő folya-dékot két lemez közé zárnak a lencsecellalétrehozásához, amint azt a 4.12. ábraszemlélteti A működtető folyadékba (pl dik példáját a standard MEMS mikro-

elektromechanikai gyártási eljárásokonalapuló, vezérelhető mikrotükrök szolgál-tatják, amelyek elektronikusan beállítják afénynyaláb pozícióját és profilját egyolyan eszközben, amely tízszer kisebb a

y g gyvilágítási lehetőségeket kínál a nagyobbalkalmazási hatásfok és a termelékenységérdekében, beleértve az alacsonyinfrastrukturális költségekkel rendelkezőrugalmas épülettereket.

szemlélteti. A működtető folyadékba (pl.vízbe) nem poláris olajat merítenek, éshidrofób réteggel bevont, gyűrű alakúelektródákkal veszik körül. Amikor azelektródákra feszültséget kapcsolnak,megváltozik a folyadék érintkezési szöge a

HOLUX Kft. 1135 Budapest, Béke u. 51-55. HOLUX Központ és Mérnökiroda Tel.: (06 1) 450 2700 Fax: (06 1) 450 2710HOLUX Vevőszolgálat Tel.: (06 1) 450 2727 Fax: (06 1) 450 2710

Ü

Minőségirányítási rendszer

A MEE Világítástechnikai Társaságtagja

HOLUX Üzletház Tel.: (06 1) 450 2718 Fax: (06 1) 320 3258HOLUX Fényszaküzlet Körmend Tel.: (06 94) 594 315 Fax: (06 94) 594 316HOLUX Fényszaküzlet Nyíregyháza Tel.: (06 42) 438 345 Fax: (06 42) 596 479HOLUX Fényszaküzlet Pécs Tel.: (06 72) 215 699 Fax: (06 72) 215 699HOLUX Fényszaküzlet Szeged Tel.: (06 62) 426 819 Fax: (06 62) 426 702www.holux.hu www.fenyaruhaz.hu e-mail: hoso@holux.hu

A kiadványunkban közölt információkat a legnagyobb körültekintéssel igyekeztünk összeállítani, az esetleg mégis előforduló hibákért felelősséget nem vállalunk. A közölt adatok változtatásának jogát minden külön értesítés nélkül fenntartjuk.