LED techinfo

Měření parametrů LED žárovek

V poslední době jsem se vrhnul na měření světelného toku LED žárovek a proto jsem si posvítil i na normy, které standardizují způsob měření a uvádění parametrů LED zdrojů. Při měření světelných parametrů různých světelných zdrojů totiž zákonitě narazíte na křivky podobného tvaru:

Průběh relativního světelného toku různých světelných zdrojů
Průběh relativního světelného toku LED žárovky, kompaktní zářivky a klasické žárovky hodinu po zapnutí

Číst dál…

Rekordy na poli výkonných LED

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 letech.

vyrobci power led loga

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.

12. dubna 2012 – Cree nadále posunuje laťku a oznamuje nový rekord 254 lm/W při proudu 350mA a teplotě chromatičnosti 4408 K.

13. února 2013 – Po necelém roce tu máme další rekord od Cree a to 276 lm/W při proudu 350mA a a teplotě chromatičnosti 4401 K.

26. března 2014 – O prolomení magické bariéry 300 lumenů na Watt se postarala opět americká společnost Cree, jednoznačný světový lídr ve výrobě vysoce účinných světelných diod. Hodnota nového rekordu nyní činí 303 lumenů na Watt při napájení proudem 350mA a teplotě chromatičnosti 5150 K. 

Samozřejmě ještě jednou připomínám, že se jedná jen o výsledky dosažené v laboratoři, účinnost nejlepších komerčně dostupných bílých diod se nyní pohybuje kolem 180 – 200 lm/W (Cree XM-L2, Cree MK-R). Je otázka zda můžeme ještě nějaké další rekordy očekávat, teoretické maximum pro bílé diody se nachází již velmi blízko aktuálnímu rekordu. Nutno ovšem říct, že výrobci nepracují nejen na vyšší účinnosti ale i lepším barevném podání a dalších parametrech.

Poslední aktualizace článku – duben 2014.

Zdroje: Ledsmagazine.com a stránky výrobců

Veřejné osvětlení – není LED jako LED

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.

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

Číst dál…

Nové rekordní LED od Nichie

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).

rekordni LED Nichia
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.

Cree odhaluje XM-L LED s účinností až 160lm/W

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:

Světelný tok v závislosti na napájecím proudu
LED 350 mA 700 mA 1400 mA 2000 mA 2800 mA 3000 mA
Cree XM-L U2 154,6 lm 300,0 lm 557,7 lm 741,6 lm 936,1 lm 975,6 lm
Cree XM-L T6 144,3 lm 280,0 lm 519,9 lm 692,1 lm 873,7 lm 910,6 lm
Cree XM-L T5 134,0 lm 260,0 lm 482,8 lm 642,7 lm 811,3 lm 845,5 lm
Cree MC-E M 121,5 lm 230,8 lm 430,0 lm 580,1 lm 750,7 lm
Cree XP-G R5 139,0 lm 259,7 lm 443,1 lm
Cree XR-E Q5 106,9 lm 187,4 lm

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

 porovnání Cree XM-L s ostatními LED
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.

LED render 

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)

Porovnání Cree XM-L s ostatními 10W LED

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

Cree představuje rekordní LED žárovku

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.

Philips je první účastník soutěže L Prize o LED svítidla budoucnosti

Philips L-prizeSpolečnost 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

Velký přehled výkonných svítilen s SSC P7 a Cree MC-E LED

V první polovině roku 2008 byly uvedeny vysoce výkonné 10W LED od společností SSC i Cree, které poskytují světelný tok i přes 800 lumenů. Od té doby většina výrobců svítilen představila alespoň jeden model používající tyto výkonné LED. Rozhodl jsem se tedy sepsat přehled těch zajímavějších modelů od několika více či méně známých výrobců. Samozřejmě se nejedná o zcela vyčerpávající přehled, to při současné obrovské nabídce svítilen ani nelze 🙂

10W LED SSC P7 a Cree MC-E

V přehledu si všimněte, že udávaný světelný tok kolísá od 350 až po 1000 lumenů. To samozřejmě závisí na typu a napájení dané LED (případně na bujné fantazii výrobců), ale obecně jsou hodnoty nad 900 lumenů hodně přehnané a i často uváděných 900 lumenů je spíše optimistických. V reálu je u všech svítilen lepší počítat s hodnotou kolem 700 lumenů.

Krátké články z doby uvedení LED si můžete přečíst i na ledmanii v sekci LED techinfo. Zde je jen stručné připomenutí aktuálních parametrů těchto LED (všimněte si, že nejvýkonnější typy od obou společností jsou v podstatě srovnatelné).

Přehled 10W LED

Výrobce Označení LED Typ Dostupné v odstínech Světelný tok (při 2800mA) *
SSC Z-power P7 D-bin studená bílá (5000-10000K) 800-900 lumenů
    C-bin studená bílá (5000-10000K) 700-800 lumenů
Cree XLamp MC-E M-bin studená bílá (5000-10000K) 750-855 lumenů
    K-bin studená + neutrální bílá (3700-10000K) 646-750 lumenů
    J-bin teplá + neutrální bílá (3000-5000K) 558-646 lumenů
    H-bin teplá bílá (2600-3700K) 488-558 lumenů
    G-bin teplá bílá (2600-3700K) 419-488 lumenů

* Při paralelním zapojení světelných čipů.

Číst dál…

Další krok v evoluci výkonných LED – Cree XP-G přichází

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 (1,4×1,4mm).

Cree XP-G proti Cree XR-E

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. 

Luminus PhlatLight LED CST-90. 1000 lumenů při 10W?

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 LED
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.

Phlatlight CST-90 binningLuminus PhlatLight LED CST-90 parameters

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.