Oświetlenie LED - kompleksowy przewodnik po tym rozwiązaniu

Technologia LED jest energooszczędna, ekologiczna oraz bezpieczna dla oczu. Z tego powodu oświetlenie tego typu staje się głównym źródłem światła, wykorzystywanym w przemyśle, miejscach publicznych, biurach oraz domach.

Mimo dużej popularności technologii LED, wiele osób nadal nie wie, na czym ona polega. Wielu klientów ma też wątpliwości dotyczące bezpieczeństwa jej stosowania, wynikające między innymi z cech takich, jak świecenie diody chwilę po wyłączeniu. Niektórzy zastanawiają się też, czy diody są na pewno bezpieczne dla zdrowia.

Oświetlenie LED - co to jest?

Nazwa “LED” to skrót od angielskiego określenia Light Emitting Diode (dioda emitująca światło). Określenie to dotyczy przyrządów półprzewodnikowych o działaniu opartym na zasadzie elektroluminescencji, czyli zdolności obiektu do emitowania światła w sytuacji, w której płynie przez niego prąd elektryczny.

Samo zjawisko zaobserwowano już w początkach XX wieku. Interesujące jest to, w jakich okolicznościach i kto wymyślił LEDy - podobnie jak w przypadku wielu innych odkryć naukowych i technologicznych, stało się to przez przypadek.

Na początku lat 60. XX wieku w General Electrics prowadzono prace nad stworzeniem lasera półprzewodnikowego wykorzystującego promieniowanie podczerwone. Właśnie wtedy jeden z członków zespołu, Nick Holonyak postanowił opracować własny projekt - laser wykorzystujący promieniowanie widzialne.

Co prawda projekt pierwszego lasera półprzewodnikowego został opatentowany wcześniej niż ten, nad którym pracował zespół, w którego skład wchodził Holonyak, jednak jego badania doprowadziły do skonstruowania półprzewodnikowego przyrządu optoelektrycznego, który emitował czerwone światło. Barwę tą urządzenie zawdzięczało arsenkowi galu, wykorzystanego do stworzenia pierwszej diody.

Holonyak odkąd tylko wynalazł diodę LED zakładał, że oświetlenie tego rodzaju będzie wypierać klasyczne, opracowane jeszcze przez Edisona żarówki. W praktyce musiał na to poczekać kilkadziesiąt lat.

Dla zrozumienia zasady działania tego rodzaju oświetlenia, istotna jest świadomość, z czego zbudowana jest dioda LED. Skonstruowana jest ona z następujących warstw:

warstwy p posiadającej typowe dla konstrukcji siatki krystalicznej zbudowanej z atomów i cząsteczek dodatnie deficyty elektronów,
obszaru aktywnego p-n,
warstwy n z dużą ilością elektronów.

Dzięki metalowym kontaktom znajdującym się po obu stronach diody do każdej z warstw dostarczany jest prąd o odpowiednim ładunku; w przypadku warstwy p jest to ładunek dodatni, zaś do warstwy n - ujemny.

Oczywiście sama dioda to nie jedyny element, z którego składa się oświetlenie LED. Oprócz niej w układzie znajduje się chip półprzewodnikowy, układ zasilający oraz układ chłodzący. Elementy te są zamknięte w obudowach żarówek, dostępnych w wersjach z trzonkami E14, E27, GU10 oraz MR16. Powszechnie stosowane są także w systemach takich jak profile uniwersalne, stosowane np. w oświetleniu półek i regałów, lub profile schodowe LED.

LED - jak działa?

Zasada działania lampy LED jest bardzo prosta. W złączu P-N elektrony przeskakują z warstwy N do dziur (dodatnich deficytów elektronów) w poziomie P. Podczas przeskoku elektrony oddają nadwyżkę energii do otoczenia, co jest widoczne w postaci światła. To oznacza, że w diodach elektroluminescencyjnych prąd jest bezpośrednio przekształcany w światło za pomocą półprzewodnikowego chipa, dzięki któremu prąd przechodzi tylko w jedną stronę.
To, jak działa lampa LED, jak intensywne będzie światło, zależy przede wszystkim od mocy doprowadzonego do układu prądu.

Co istotne, diody LED mogą emitować różnokolorowe światło, jednak nigdy nie jest ono białe - nie występuje ono zresztą w przyrodzie. Istnieje jednak białe oświetlenie LED - jak działa tego typu układ?

To, co ludzki mózg interpretuje jako światło białe, jest w istocie połączeniem kilku kolorów. Dlatego na rynku występują diody RGB, składające się z trzech małych diod emitujących światło w barwach podstawowych, tj. niebieskim, czerwonym i zielonym. Odpowiednie ich połączenie człowiek widzi jako światło białe.

Dostępne są także diody, które świecą na niebiesko, jednak mają powierzchnię pokrytą luminoforem, który “oszukuje mózg” i sprawia, że człowiek ma wrażenie białej barwy światła.

Oświetlenie LED - ważne pytania klientów

Osoby zastanawiające się nad założeniem oświetlenia LED w swoim domu, lub nawet takie, które już się nań zdecydowały, miewają wiele pytań i wątpliwości dotyczących tego rozwiązania. Zebraliśmy najczęstsze pytania odbiorców wraz z odpowiedziami, które pozwalają w łatwy sposób wyjaśnić klientom kwestie związane z działaniem oraz bezpieczeństwem oświetlenia LED.

Dlaczego LEDy migają?

Częstym pytaniem jest to, dlaczego oświetlenie LED miga. Zjawisko to wynika między innymi ze zmian napięcia w sieci elektrycznej. O ile w przypadku tradycyjnych żarówek jest ono niemal niezauważalne, diody LED są o wiele czulsze. Z tego powodu nawet przy niewielkich zmianach napięcia można zauważyć charakterystyczne mruganie.

Aby temu zapobiec, w oświetleniu renomowanych producentów stosowane są różne zabezpieczenia, takie jak elementy filtrujące w zasilaczach. Co ważne, nie znajdzie się ich w sprzęcie gorszej jakości.

Może się jednak zdarzyć, że mimo zastosowania elementów dobrej jakości, zjawisko nie ustaje. Aby w takiej sytuacji stwierdzić jednoznacznie, czemu LEDy migają, należy sprawdzić instalację elektryczną. Może być ona uszkodzona, jednak zakłócenia pracy diod LED mogą być wywoływane również innymi, niskiej jakości źródłami światła podłączonymi do tej samej sieci.

Określenie, dlaczego LED mruga jest niezwykle istotne. Nawet jeśli miganie nie jest wyraźnie widoczne, może powodować bóle głowy, rozdrażnienie oraz swędzenie i pieczenie oczu. Może się zdarzyć, że długotrwałe przebywanie w pomieszczeniach, w których oświetlenie migocze, doprowadzi do uszkodzenia wzroku. Dlatego ważne jest, by reagować jak najszybciej.

Czy LEDy mogą się spalić?

Tradycyjne żarówki z czasem ulegają przepaleniu. Czy LEDy się wypalają w podobny sposób? Przede wszystkim trzeba wziąć pod uwagę, że mają one zupełnie inną budowę. W żarówce LED nie ma znanego z tradycyjnych elementów wolframowego włókna - a to właśnie ono się przepala. Dlatego LED nie może się spalić w klasycznym rozumieniu tego słowa.

Zdarzają się jednak sytuacje, w których LEDy się “przepalają”. Przede wszystkim dzieje się tak w przypadku usterek sieci elektrycznej, która została niedokładnie wykonana, lub gdy przewody są zaśniedziałe lub zabrudzone. Pojawia się wówczas iskrzenie i skoki napięcia, na co bardzo źle reagują elektroniczne przetwornice lamp.

Może się też zdarzyć, że za “przepalenie” się żarówki LED odpowiada niewłaściwy system odprowadzania ciepła. Czy oznacza to, że LEDy się nagrzewają? Żarówki LED nie emitują ciepła w takiej ilości jak tradycyjne, jednak nie znaczy to, że nie emitują go w ogóle. Jeżeli zaś mamy do czynienia z tańszą lampą, ze słabej jakości podzespołów, obecny w niej radiator może nie spełniać swojej roli. Może się więc zdarzyć, że żarówka osiągnie zbyt wysoką temperaturę, a w rezultacie - przestanie świecić. Zdarza się także, że inne komponenty urządzenia nie wytrzymują zbyt wysokiej temperatury i przestają działać.

Dlaczego LEDy świecą po wyłączeniu?

Stosunkowo często można zauważyć miganie żarówek LED po wyłączeniu. Wiele osób obawia się, że oznacza to uszkodzenie instalacji elektrycznej. Jednak to, dlaczego żarówki LED świecą po wyłączeniu może być spowodowane jedną z trzech sytuacji:

wbudowanym w wyłącznik światła podświetleniem - jako że do świecenia diody LED potrzebna jest niewielka ilość energii, może się okazać, że prąd zasilający podświetlenie włącznika będzie powodował również świecenie się samej żarówki. Aby temu zapobiec, wystarczy wymontować diodę w wyłączniku,
rozłączanie przez wyłącznik wyłącznie przewodu neutralnego - gdy przewód fazowy nie jest rozłączony, źródło światła LED może być również zasilane prądem o niewielkiej mocy, co powoduje, że LEDy się żarzą,
niską jakością żarówek LED, w których układ zasilający nie działa wystarczająco dobrze.

Czy LEDy pobierają dużo prądu?

Przeciętnego użytkownika interesuje jednak przede wszystkim to, ile LEDy pobierają prądu. Praktyka pokazuje, że oświetlenie tego typu może zużywać nawet dziesięć razy mniej energii niż tradycyjne żarówki. Dodatkowo, w przeciwieństwie do świetlówek energooszczędnych nie pobierają dużych ilości prądu tuż po włączeniu.

W połączeniu z wysoką żywotnością LEDów czyni to z nich wyjątkowo ekonomiczne (i ekologiczne) źródło światła.

Na opakowaniach żarówek LED znajduje się przelicznik, pozwalający określić, jakie urządzenie tego rodzaju należy kupić, by uzyskać moc taką, jak w przypadku tradycyjnej żarówki. Przykładowo, 6,5 W w przypadku LED to moc, jaka jest konieczna, do świecenia z taką samą jasnością jak żarówka 40 W.

Lampa LED - jakie promieniowanie wytwarza?

Częstym pytaniem dotyczącym tego rodzaju oświetlenia jest to, czy lampa LED ma promieniowanie UV. W przeciwieństwie do widma światła emitowanego przez lampy fluorescencyjne, to wytwarzane przez lampy LED światło nie zawiera promieniowania UV w swoim widmie. Dzięki temu mogą być stosowane tam, gdzie przez długi czas przebywają ludzie, a także do oświetlania obiektów wrażliwych na światło ultrafioletowe. Z tego powodu diody oraz profile LED znajdują zastosowanie m.in. w muzealnictwie, na przykład przy oświetlaniu dzieł sztuki.

Światło LED - wpływ na zdrowie

Można się spotkać z opinią, jakoby oświetlenie LED miało negatywny wpływ na zdrowie; przyczyną takiego stanu rzeczy ma być emitowanie przezeń światła niebieskiego, które może uszkadzać siatkówkę oka. Światło niebieskie wchodzi jednak w skład naturalnego widma, i samo w sobie nie jest szkodliwe. Wpływ oświetlenia LED na wzrok wiąże się nie z samymi diodami, a ich jakością. W przypadku tanich żarówek żółty luminofor, który miesza się z niebieskim światłem, tworząc iluzję białej barwy, jest niskiej jakości i nie działa z dostateczną sprawnością. Wówczas niebieski kolor dominuje i można zaobserwować szkodliwy wpływ żarówek LED na wzrok - na przykład szybkie męczenie się oczu. Z tego powodu należy wybierać wyłącznie lampy i żarówki LED wysokiej jakości, wykonane zgodnie z wymaganymi normami technicznymi. Dodatkowo renomowani producenci poddają swoje produkty testom. Dzięki temu wypuszczają na rynek wyłącznie żarówki zawierające luminofory pozwalające uzyskać białe światło o ciepłej barwie, które jest całkowicie bezpieczne dla wzroku.