LEDmania.cz

V současnosti je na trhu obrovské množství LED světel, svítidel a svítilen pro různé účely s velmi různorodou kvalitou. Prakticky všechny výrobky používající LED slibují životnost 50 tisíc hodin či více, vysokou světelnou účinnost a další skvělé vlastnosti. Použití světelných diod však tyto vlastnosti automaticky nezaručuje. Velmi záleží na konstrukci svítidla, použitých materiálech i kvalitě samotných LED.

Níže zveřejňuji článek, který mi poslal budo pracující v české pobočce španělského výrobce LED osvětlení Indal. Článek naráží na různorodou kvalitu LED svítidel pro veřejné osvětlení a hezky shrnuje základní principy, které by měly kvalitní LED svítidla dodržovat, aby bylo jejich použití skutečně smysluplné.

Ulice v anglickém Middlesbrough vlevo osvětlená klasickými vysokotlakými sodíkovými výbojkami a vpravo po výměně za moderní LED osvětlení.

Společnost Nichia v srpnu uvolnila na veřejnost informace o nových laboratrních rekordech dosažených již letos v lednu.

Japonským výzkumníkům se v laboratoři podařilo vyrobit bílou LED s rekordní účinností 249 lm/W. To je hodnota blížící se teoretickému maximu, která pro bílé světlo činí zhruba 300 lumenů na watt. Tohoto rekordu bylo dosaženo při napájení světelné diody proudem 20mA, při kterém světelný tok činil 14,4 lumenu. Plocha použitého světelného čipu byla 0,2mm².

Stejnou technologií byl vyroben i čip s plochou 1mm², který produkoval světelný tok 203 lumenů při napájení proudem 350mA a účinnosti 183 lm/W. To je však již mírně pod únorovým rekordem od amerického výrobce Cree (plocha použitého čipu u rekordu Cree však není známa).

Změnami vnitřní struktury světelného čipu bylo docíleno zvýšení externí kvantové účinnosti. 

Při třetím pokusu byly zapojeny čtyři výše uvedené výkonné světelné čipy do série a při napájení proudem 1000mA bylo dosaženo světelného toku 1913 lumenů při účinnosti 135 lm/W. To je zhruba dvojnásobná hodnota proti dnešním komerčně dostupným čtyřčipovým LED Cree MC-E a SSC P7.

Na uvedení podobně účinných LED do masové výroby si bohužel ještě několik let počkáme.

Už jsme si zvykli, že americký výrobce světelných diod Cree nás pravidelně zásobuje novými a novými rekordy dosaženými v laboratoři. Zatím se jim však i poměrně úspěšně daří přenést úspěchy z laboratoře do masové výroby. 

Zatím nejnovější ohlášenou výkonnou LED je Cree XM-L, která má dosahovat účinnosti až 160 lumenů na Watt při napájení proudem 350mA. Při napájení proudem 2A má světelný tok činit až 750 lumenů při účinnosti 110lm/W. To je mimochodem hodnota, na kterou Cree MC-E M-bin potřebuje napájení proudem 2,8A.

Zajímavé je i poměrně nízké propustné napětí, které má být pouze 2,9V při napájení proudem 350mA a 3,4V při proudu 2A.

Aktualizace 25.11.2010:

Na začátku listopadu výrobce oficiálně oznámil dostupnost nových LED Cree XM-L a zároveň zveřejnil datasheet s přesnými parametry. Proti původně zveřejněným informacím došlo k několika drobným změnám.

Maximální napájecí proud činí 3A proti původně zveřejněným 2A. Tepelný odpor pouzdra si mírně pohoršil ze 2°C/W na 2,5°C/W. Typické propustné napětí je dle datasheetu ještě nižší, pouhých 2,8V při proudu 350mA a jen 3,4V při proudu 3A.

LED jsou rozděleny do tří výkonových skupin - T5, T6 a U2 se světelným tokem 260, 280 a 300 lumenů při proudu 700mA. Dle stránek výrobce jsou však zatím dostupné jen verze T5 a T6. Lepší verze T6 dosahuje účinnosti 145,8 lm/W při proudu 350mA, 104,9lm/W při napájení proudem 2A a 91lm/W při proudu 3A.

Světelné diody s původně slibovanou účinností až 160lm/W tak zatím nejsou dostupné a je otázka, kdy se tak stane. Může to být měsíc, nebo také rok :) Níže je tabulka porovnávající typické parametry různých Cree LED:

 A nyní aktualizovaný graf porovnávající starý Luxeon III, první verze XR-E a další novější LED. V závorce je přibližné datum uvedení na trh.

 
Srovnání výkonných LED od Cree a Luxeonu III. V závorce je datum uvedení na trh.

Zajímavé je i srovnání velikostí celých LED, které nejlépe vynikne na tomto renderu, který zveřejnil phburns na forums.mtbr.com.

Nyní srovnání s dalšími 10W LED od konkurence. Pro zajímavost jsem přidal i graf Cree MC-E N, která se objevila v limitovaných množstvích u některých prodejců, dvou Cree XP-G R5 zapojených paralelně a graf 20W LED SST-50. (klikněte pro zvětšení)

Z grafu je jasně vidět, že z pohledu výkonu se nejedná o žádnou velkou revoluci, ale spíše příjemnou evoluci :) Zvláště když zatím uvážíme dostupnost pouze Cree XM-L T6 a nikoliv U2. Co však revolučně vypadá je cena, která se dle prvních náznaků pohybuje kolem poloviny ceny za Cree MC-E.

Zda se objeví nějaké kvalitnější svítilny s Cree XM-L ještě před vánoci není jisté. Většího množství novinek mezi LED svítilnami se zřejmě dočkáme až na začátku roku 2011.

Zdroj: Cree.com

Po nedávném oznámení společnosti Lumileds o přihlášení do soutěže L prize, přispěchal americký výrobce Cree s představením LED "žárovky", která rovněž splňuje zadaná kritéria pro účast v této soutěži :). Podle výrobce má LED svítidlo následující parametry: 

• Světelný tok 969 lumenů.
• Spotřeba 9,5 wattu.
• Účinnost 102 lumenů na watt.
• Světlo s teplotou chromatičnosti 2800K.
• CRI - index podání barev 91.

V představené LED žárovce byly použity nejnovější výkonné LED Cree XP-G a použita patentovaná technologie "TrueWhite", pro dosažení vysoké účinnosti při zachování vysoké kvality světla. Všechny uváděné parametry byly samozřejmě ověřeny nezávislou laboratoří.

O dostupnosti však zatím nepadla ani zmínka, takže se můžeme stále jenom těšit, než se podobná kvalitní LED svítidla od renomovaných výrobců dostanou na trh.

Společnost Philips Electronics je první výrobce LED svítidel, který se přihlásil do soutěže L Prize (Bright Tomorrow Lighting Prize), vypsané americkým ministerstvem energetiky. Soutěž je vypsána ve dvou kategoriích, první kategorie je LED náhrada klasické 60W žárovky a druhá je LED náhrada halogenových lamp typu PAR 38. Smyslem soutěže je podpořit vývoj LED "žárovek" s vysokou účinností, dlouhou životností a příjemným odstínem světla.

Společnost Philips se zatím přihlásila do první kategorie o LED náhradu 60W žárovky. Základní požadavky na takovouto LED žárovku jsou následující:

• Světelný tok minimálně 900 lumenů.
• Spotřeba nižší než 10W.
• Světelná účinnost vyšší než 90lm/W, což je mnohonásobně víc než u žárovek a více než u drtivé většiny kompaktních zářivek.
• Teplý odstín světla s teplotou chromatičnosti 2700-3000K (tzn. stejný jako u žárovek).
• Životnost 25000 hodin (po této době nesmí světelný tok poklesnout na méně než 70%).
• Vyzařovací úhel 300° s rovnoměrným rozprostřením světla přes celý světelný kužel.
• Možnost stmívání minimálně do 20% plného výkonu.
• Rozsvícení na plný výkon do 0,5 sekundy a další.

Ve zkratce se dá říci, že náhrada musí mít přesně stejné vlastnosti jako běžná žárovka, jenom musí mít přibližně 10x větší účinnost a 25x delší životnost.

V současnosti je největší slabinou kvalitních LED žárovek jejich vysoká cena. Na ni však žádné požadavky v soutěži kladeny nejsou. Dokumenty pouze obsahují nezávazné doporučení, že by měla začínat zhruba na 22 USD a po třech letech výroby by měla klesnout až na 8 USD.

Pro zajímavost, u náhrady PAR 38 je požadován světelný tok 1350 lumenů při účinnosti 123lm/W. Jistě bude zajímavé sledovat, kdy se dočkáme první přihlášky i v této kategorii. Do budoucna je dokonce zvažována soutěž o "žárovku 21. století", která bude muset disponovat účinností minimálně 150lm/W.

Philips nyní musí předložit 2000 kusů LED žárovek k otestování a rovněž musí předložit důkazy, že je schopný spustit masovou produkci LED svítidel se stejnými parametry s minimální kapacitou 250 000 kusů/rok. Pokud splní všechna tato kritéria, tak získá cenu 10 miliónů amerických dolarů a určitě i obrovskou prestiž.

Nezbývá než držet Philipsu i ostatním výrobcům palce :)

Více o soutěži: www.lightingprize.org

Společnost Cree utvrzuje svou vedoucí pozici ve výrobě špičkových výkonných LED a představuje novou Cree Xlamp XP-G LED s rekordní účinností. Při standardním proudu 350mA by měla XP-G dosahovat světelného toku až 139 lumenů s účinností 132 lumenů na watt. Z toho lze dopočítat, že propustné napětí při tomto proudu by mělo být relativně nízkých 3,0V.

Při proudu 1A by měla LED dosahovat světelného toku 345 lumenů, což je o 38% více než u současně nejlepší dostupné jednočipové LED Cree XR-E R2, navíc účinnost by měla vzrůst až o 53% (zřejmě díky nižšímu propustnému napětí při daném proudu).

Zajímavé je, že pouzdro LED by si mělo uchovat stejně malou velikost jako řada XP-E a XP-C. Z jediné dostupné fotky nové Cree XP-G jsem se pokusil vytvořit malé srovnání s běžnou Cree XR-E. Z fotky XP-G je zřejmé, že samotná světlo emitující dioda vypadá jinak a pravděpodobně má větší plochu.

Aktualizováno 7.5.2009: Dle návštěvníků výstavy Lightfair v New Yorku se potvrdilo, že XP-G má větší čip než předchozí generace LED. Plocha čipu se má zvětšit z dosavadního 1mm² (1x1mm) na 2mm² (1,4x1,4mm).

Další parametry zatím bohužel nejsou známy, ale představitelé Cree je vám jistě rádi prozradí na blížící se výstavě LIGHTFAIR International v New Yorku (5.-7. května, 2009), kde bude nová XP-G oficiálně představena. Výrobce v současnosti předpokládá, že LED by mohly být komerčně dostupné ve třetím čtvrtletí roku 2009. 

Americký výrobce LED Luminus zatím není moc známý, o to zajímavější LED však vyrábí. Nedávno výrobce oznámil dostupnost vzorků jejich nové LED PhlatLight CST-90 se světelným tokem až 1000 lumenů při proudu 3,2A a napětí 3,1V (cca 10W).

Nejzajímavější je zřejmě konstrukce samotných LED, kdy nejsou použity čtyři či víc samostatných světelných diod s plochou 1mm² (jako například u známých 10W LED Cree MC-E a SSC P7), ale je použit jeden velký monolitický čip s plochou 9mm².

Luminus PhlatLight CST-90

Při proudu 3,2A tak na každý milimetr čtvereční připadne 0,35A, což je hodnota při které dnešní LED běžně překonávají hranici 100lm/W. Ve výsledku proto oněch uváděných 1000 lumenů pro PhlatLight CST-90 opravdu není nereálných.

Jako u každého výrobce jsou LED od Luminusu rozděleny do skupin podle různých parametrů. Tisíc lumenů máte zaručených pouze pro LED ze skupiny WN.

Na tisíci lumenech však CST-90 nekončí, při dosažení maximálního povoleného proudu 13,5A (1,5A na 1mm² a příkon 46W) by měla LED dosahovat světelného toku až 2750 lumenů. Uváděná životnost 60000 hodin do poklesu jasu na 70% však zřejmě platí jen pro proud 3,2A.

Za poznámku jistě stojí i starší čtyřčipová verze této LED (celkem 36mm² vyzařovací plochy) s názvem Luminus PhlatLight CBM-360, která poskytuje světelný tok až 4500 lumenů při proudu 6,3A a napětí 13,2V (83W).

Konstrukcí jsou tyto LED určené hlavně do výkonného stacionárního osvětlení, případně v RGB variantě se používají i v přenosných data projektorech (již používá například Benq a Acer). Ve svítilnách se s nimi pravděpodobně setkávat nebudeme a pokud ano, tak zřejmě jen v malosériových specialitách. Podrobnější informace o PhlatLight CST-90 naleznete v datasheetu.

Výrobci výkonných LED neustále tvrdě pracují na výzkumu a vývoji a čas od času se pochlubí novými úspěchy. Samozřejmě se jedná pouze o výsledky dosažené v laboratorních podmínkách, takže podobné výkony LED v masové produkci můžeme očekávat až za několik let. Zde si ve stručnosti shrneme, jak postupoval vývoj v laboratořích největších výrobců v posledních dvou letech.

27.ledna 2007 - Společnost Philips Lumileds oznámila, že se jí podařilo vyrobit výkonnou LED se světelným tokem 136lm při proudu 350mA a účinností 115lm/W při barevné teplotě 4685K. Při napájení proudem 2000mA se výrobci podařilo z této LED "vymáčknout" světelný tok 502 lumenů při účinnosti 61lm/W.

30.srpna 2007 - Japonský výrobce LED Nichia oznámil dosažení světelného toku 145lm/350mA při účinnosti 134lm/W.

13.září 2007 - Americký výrobce Cree reagoval oznámením LED se světelným tokem 135,7lm/350mA při barevné teplotě světla 5813K a s účinností 129lm/W. Rekord firmy Nichia se jim tedy překonat nepodařilo. Zajímavé však je, že ta samá světlo emitující dioda byla schopná napájení proudem až 4A při kterém měla světelný tok přes 1000 lumenů (více zde: Cree LED s 1050 lumeny )

Léto 2008 - Lumileds oznámila LED s účinností 140,1lm/W. Podrobnější informace se mi nepodařilo dohledat.

21.července 2008 - Německý výrobce LED Osram Opto Semiconductors oznámil LED se světelným tokem 155lm/350mA při barevné teplotě 5000K. Účinnost potom byla 136lm/W. Při napájení proudem 1400mA se podařilo překonat hranici 500 lumenů.

20.listopadu 2008 - Poslední rekord oznámený v roce 2008 patří společnosti Cree. Jejich výkonná LED dosáhla opravdu špičkového světelného toku 173 lumenů při proudu 350mA s účinností 161lm/W a barevné teplotě 4689K.

1. prosince 2009 - V roce 2009 oznámila společnost Cree dosažení světelného toku 197 lumenů při proudu 350mA s účinností 186lm/W a teplotě chtomatičnosti 4577K.

3. února 2010 - První letošní rekord si opět připisuje společnost Cree a zřejmě jako první výrobce prolamuje hranici 200lm/W. Konkrétně se v laboratoři podařilo vyrobit LED s účinností 208 lm/W při napájení proudem 350mA a teplotě chromatičnosti 4579K.

9.  května 2011 - Cree opět překonává sama sebe a oznamuje dosažení nového rekordu 231 lm/W. Podmínky jsou stejné jako při předchozích rekordech. LED měla jediný světelný čip a byla napájena proudem 350mA. Teplota chromatičnosti bílého světla byla 4500K.

Samozřejmě ještě jednou připomínám, že se jedná jen o výsledky dosažené v laboratoři, vždyť nejlepší dostupné jednočipové LED v roce 2008 měly světelný tok kolem 120 lumenů při proudu 350mA a účinnost kolem 100lm/W.  Pozitivní však je, že výrobci stále vědí jakým směrem mohou výrobní proces zlepšovat. Nutno také říct, že nepracují nejen na vyšší účinnosti ale i lepším barevném podání a dalších parametrech.

Zdroje: Ledsmagazine.com a stránky výrobců

Firma Osram Opto Semiconductors má širokou nabídku LED od těch nejmenších po vysoce výkonné. Nejznámější je asi Osram Ostar (610-1120lm/15W). Na konci května byl oznámený nový přírůstek do kategorie 3W LED a tím je Golden Dragon Plus, který se vysokou účinností dotahuje na konkurenci od Cree, Lumileds či SSC. A protože se nyní začal objevovat v některých svítilnách, je na čase se něj podívat trochu detailněji.

Všimněte si malé primární čočky, v tomhle je Golden Dragon Plus podobný například Cree XP-E nebo Luxeon Rebel.

Jako každý výrobce i Osram třídí tyto LED dle různých parametrů. Jak podle teploty barev resp. odstínu tak podle světelného toku. Následující tabulka platí pro LED kategorie studená bílá (ultra white, 6500K):

Dle neoficiálních informací je nejlepší momentálně dostupná výkonnostní skupina KZ (97-112lm/350mA), která odpovídá výkonu Cree XR-E Q4-Q5. Prý však nejsou dostupné ve velkém množství, takže v nynějších svítilnách se setkáte spíše s Golden Dragon Plus KY, který svým výkonem odpovídá Cree XR-E P4-Q3.

Z dalších parametrů stojí za zmínku maximální proud 1000mA, typické napětí 3,2V při 350mA a tepelný odpor mezi čipem a pouzdrem 11 K/W. Což jsou parametry srovnatelné s LED od ostatních výrobců. Podrobnější informace si můžete prostudovat v datasheetu. 

Společnost Cree včera oznámila výrobu nové řady výkonných LED Cree XP-E a XP-C. Hlavní rozdíl proti řadě XR-E a XR-C jsou výrazně menší rozměry pouzdra. Použité čipy a tím pádem i světelný tok jsou stejné.

Cree XP-E

XP-E a XP-C jsou výrazně menší než XR-E a XR-C

Díky menší čočce se liší i vyzařovací úhel, který je o dost širší a rozložení světla v kuželu je plynulejší. Zřejmě tedy nebude možné použít optiky a reflektory určené pro XR-E/XR-C. Další rozdíl je v maximálním proudu, ten je pro XP-E 700mA a u XP-C jen 500mA (pro XR-E 1000mA).

Nejlepší bin u XP-E je zatím Q4. Vyzařovací úhel je výrazně širší.

Touto řadou LED zřejmě Cree reaguje na konkurenční Luxeon Rebel od Lumileds. Ty mají rozměry 3x4,5mm a celkovou plochu tedy mají o trochu větší. Ve většině typických svítilen a čelovek je obvykle místa dostatek i pro LED s běžnými rozměry. Takže v nich XP-E a XP-C asi zas tak často neuvidíme a spíš najdou uplatnění v jiných oblastech osvětlení (signalizace, podsvícení a podobně).