És mondá az Úr: Legyen mindenütt világosság! (Mózes első könyve 1.3.) Legyen mindenütt LED! (ipar) Let it be! (the Beatles, 1970) LED it be! (PBKIK) Valóban lehet-e mindenütt LED? De hogyan? Fizika tanári találkozó PTE Fizikai Intézet, május 18. Dr. Német Béla, ny. egyetemi docens, PTE TTK Fizikai Intézet, A fény nemzetközi éve – LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Az előadás célja TISZTELGÉS a FÉNY előtt és a KOMPLEX FÉNYSZOLGÁLTATÁS megalkotói előtt. Az emberiség évezredeken keresztül mély TISZTELETTEL ( sőt isteni félelemmel) fordult a FÉNYT adó NAP felé, mert akkor csak ez az egy (életet adó) fényforrás volt. Előadásomban bemutatom, milyen hatalmas alapismeretet és technológiai tudást sikerült a tudósoknak, szakembereknek „összerakni”, mire az egymást követő fényforrások (lámpák) „folyamatában” (most már) a LED technológiával sikerült egy „mindenhol”, mindenkor, tetszőleges felhasználási igényeknek megfelelő világítás technológiát és mindenkihez eljutó FÉNYSZOLGÁLTATÁST megalkotni. DE! Ne felejtsük ELEKTROMOSSÁG is KELL ehhez LED IT BE - LED és sokoldalúsága2

Miről lesz szó? 1. A fényről, a Napról spirituálisan. 2. A fényről objektíven, szubjektíven 3. A fényforrásokról a LED-ig 4. Mi a LED? 5. A LED alapú világítás sokoldalúsága 6. Példák LED alapú „lámpák”, „lámpatestek ” alkalmazási területeire. Valóban mindenütt. Akkor mivel világítsak? LED IT BE - LED és sokoldalúsága3

1. A fényről, Napról spirituálisan LED IT BE - LED és sokoldalúsága4

Hogy gondolunk napjainkban a NAPRÓL, a fényről Az utóbbi 100 évben, manapság pedig még inkább „észre se vesszük”, „természetesnek” tekintjük, hogy mindig VAN FÉNY, mert akkor is világítunk LÁMPÁKKAL, amikor „nincs NAP”. És gondoltak a népek 4000, 2000, 1000 évvel ezelőtt a Napra? LED IT BE - LED és sokoldalúsága5

A NAP (a fény) ünneplése, tisztelete, Istenné tétele A természeti népeknél is, majd az ókori társadalmakban kitűntetett szerepe volt az emberek életében a meleget és ezzel az élelmet szolgáltató NAPNAK. Ugyancsak különös „helye” volt a Nap látszólagos mozgásának az emberek éves TISZTELETADÁSAINAK sorában. A (Nap járásához igazított) esztendő időbeli „különlegességei” (a Föld északi féltekéjén): tavaszi („indul az élet”), őszi napéjegyenlőség, a nyári napforduló (leghosszabb a nappal, a FÉNY) a téli napforduló (újra hosszabbodnak a nappalok, erősödik a Nap Isten, a FÉNY) LED IT BE - LED és sokoldalúsága6

A Nap (a mindenható, az Isten) keleten Sumerek, i. e. IV. évezred Utu, illetve Babbar "fényesen ragyogó" napisten. Az akkádok, i. e. III. évezred: napkultusz, napisten: Samas, azaz "Nap néven tisztelve”. Az ókori India védikus himnuszaiban a mindent látó isten elűzi a sötétséget. i. e. II. évezred: A Napisten hétlovas napszekéren halad át az égen. Japánban istennőként tisztelték a Napot. Kínában több napistenség ismeretes. pl. Hszi- hot, a napistennőt "tíz nap anyjának" nevezik, naphintóját hat sárkány húzza LED IT BE - LED és sokoldalúsága7

A Nap (a mindenható, az Isten) Amerikában, Eurázsiában Az indiánok hitvilágában központi alak a teremtő főisten, legjelentősebb vallási szertartásuk a naptánc, amelyet a nyár elején rendeztek meg. Az urál-altaji és a szibériai népek, köztük a tunguzok, az úzok, a manysik, a hun törzsek és a magyarok is napimádók voltak (sólyom – Nap madár - repítés) Az észak-európai germánok hite szerint Nap szekérrel jár (trundholmi napkocsi). vasárnap: "Sunday"-, "Sonntag" LED IT BE - LED és sokoldalúsága8

Római birodalom. Egyistenhit kialakulása. A kereszténység. És mi lett a NAP-pal? A rómaiak Sol Invictus, azaz a Legyőzhetetlen Nap hivatalos ünnepét a téli napfordulóra, december 25-re helyezték. (i.sz. 3. szd. Aurelianus császár) A történészek máig csodálják azt a ragyogó húzást, amellyel 354-ben Constantinus áttérítette a napimádó pogányokat a kereszténységre, beolvasztva a pogány szimbólumokat, a jeles napokat és szertartásokat a keresztény hagyományok körébe. Karácsony ünnepe ugyanis csak 354-ben került át december 25-re, amikor pápai rendeletben a téli napfordulót az egyházi ünnepek közé iktatták. A választás azért esett december 25-re, mert ezzel akarta a keresztény egyház ellensúlyozni a Napisten kultuszt LED IT BE - LED és sokoldalúsága9

2. A fényről objektíven, szubjektíven LED IT BE - LED és sokoldalúsága10

Hőmérsékleti sugárzás. Nap. Csillagok. Planck-féle sugárzási törvény (1900) LED IT BE - LED és sokoldalúsága11

Színhőmérséklet, színérzet LED IT BE - LED és sokoldalúsága12

LED IT BE - LED és sokoldalúsága13

Fényáram (Ф) (Lumen) LED IT BE - LED és sokoldalúsága14

Fényhasznosítás (Lumen/Watt) LED IT BE - LED és sokoldalúsága15

Megvilágítás (E, lux) LED IT BE - LED és sokoldalúsága16

Fénysűrűség (cd/m2) LED IT BE - LED és sokoldalúsága17

A világítás célja A munkavégzéshez szükséges látási feltételek biztosítása a munkaterületen A biológiai funkciók megfelelő működésének biztosítása. (pl. életritmus, depresszió csökkentés) Minél élesebben, minél hamarább felismerni a tárgyakat (tárgyfelismerés) LED IT BE - LED és sokoldalúsága18

3. a. A fényforrásokról összefoglalóan LED IT BE - LED és sokoldalúsága19

Fényforrások (lámpák), amikkel utánozni igyekszünk a Nap fényét Kell az ELEKTROMOS „meghajtás” (tápegység,..) Termikus fényforrások Wolfram (W) szálas izzó (termikus sugárzó) Hatásfok: 2 % Halogén lámpák (miniatűr W lámpa) Elektromos kisülés nemes gázokban (Ne, Kr, Ar) drága a gáz. Elektromos kisülés fémgőzökben: Higany gőz (Hg) (Ga, In, Li, Cs, Ta, Na,..), sok UV vonal (85 %) + 436, 546, 579 nm + fotolumineszcens „fénypor” bevonat a csövek belső falán. A kisülőcső: kvarc, vagy csak üveg. Hf: 12 % Nátrium gőz (Na), csak sárga (589 nm). Na agresszív. 700 – 800 °C-os falhőmérséklet. Kisülőcső: Al 2 O 3 kerámia (+ MgO). Hf: %. Nagynyomású fémhalogén lámpák Indukciós lámpák (csúcs fényforrás, nem eladható) Elektromos áram félvezetőben Light Emitted Diode - LED LED IT BE - LED és sokoldalúsága20

LED IT BE - LED és sokoldalúsága21

LED IT BE - LED és sokoldalúsága22

LED IT BE - LED és sokoldalúsága23

Lámpák emissziós színképei LED IT BE - LED és sokoldalúsága24

3.b. A megvalósult fényforrások a LED-ig LED IT BE - LED és sokoldalúsága25

Wolframszálas izzók E27, E LED IT BE - LED és sokoldalúsága26

Halogén (töltésű W) lámpák E27, E LED IT BE - LED és sokoldalúsága27

Fény-csövek „működése” „fojtó” LED IT BE - LED és sokoldalúsága28

Vonalizzók W, halogén LED IT BE - LED és sokoldalúsága29

Fénycső armatúrák (Hg) LED IT BE - LED és sokoldalúsága30

Kompakt formák LED IT BE - LED és sokoldalúsága31

Kompakt Hg LED IT BE - LED és sokoldalúsága32

Kompakt mennyezet LED IT BE - LED és sokoldalúsága33

Nagyteljesítményű kompakt Hg LED IT BE - LED és sokoldalúsága34

Nagynyomású Hg „lámpa” (400 W) LED IT BE - LED és sokoldalúsága35 Termék típusHPL-N HG FoglalatE40 Teljesítmény/Fogyasztás400 W Színhőmérséklet3900 K Fényáram22000 lm Lámpa fényhasznosítás55 Lm/W Élettartam (óra)16000 BúraBevonatos AnyagaKeményüveg Fényforrás színe:Hideg fehér Üzemi feszültség:140 V Égetési helyzet:Bárhogy

Nagynyomású Na „lámpa” (100 W) LED IT BE - LED és sokoldalúsága36 Termék típusE40 Lu100 Na FoglalatE40 Teljesítmény/Fogyasztás100 W Színhőmérséklet2100 K Fényáram10200 lm Lámpa fényhasznosítás102 Lm/W Színvisszaadási index25 Élettartam (óra) BúraBevonatos AnyagaKeményüveg Fényforrás színe:Sárga Üzemi feszültség:220 V GyújtásBelső Ár2800 Ft

Utcai nagy-, és alacsony nyomású Hg „lámpák” LED IT BE - LED és sokoldalúsága37

Ezek után a LED-ről 4. Mi a LED? 5. A LED alapú világítás sokoldalúsága 6. Példák LED alapú „lámpák”, „lámpatestek ” alkalmazási területeire. Valóban mindenütt LED IT BE - LED és sokoldalúsága

4. Mi a LED? LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Elektrolumineszcencia Az elektrolumineszcencia optikai és elektromos jelenség, ahol egy anyag fényt bocsát ki elektromos áram vagy elektromos tér hatására. Ezt meg kell különböztetni a feketetest-sugárzástól, amely hő hatására történik.elektromos áram elektromos tér feketetest-sugárzástól Legtipikusabb elektrolumineszcens anyag a ZnS:Mn, továbbá félvezetők, mint az InP, GaAs, GaN. Az elektrolumineszcens anyag két elektróda között helyezkedik el, és legalább az egyiknek átlátszónak kell lennie, hogy a keletkező fény látszódjon. Az elülső, átlátszó elektróda általánosan az üvegborítású indium-oxid vagy ón-oxid. A hátsó elektróda tükröző fémmel van bevonva LED IT BE - LED és sokoldalúsága

A világító diódák működési elve A LED olyan félvezető dióda, amelyben nyitóirányú előfeszítés hatására áram folyik az anódtól (p réteg) a katód felé (n réteg). Ezért az n adalékolású rétegből gerjesztett elektronok lépnek át a p rétegbe. (Közben a p adalékolású rétegben lyukak haladnak az n réteg felé.) Az egymás felé mozgó töltéshordozók találkozáskor rekombinálódnak, alacsonyabb energia szintre kerülnek vissza. Ez az energia felszabadulás foton emisszió formájában megy végbe LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Világító diódás rekombináció sávképe LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Világító diódák emissziós maximuma, a világítás színe és dióda összetétele λ [nm]SzínAnyag >760IRGaAs, AlGaAs 700VörösGaP:Zn-O/GaP 660VörösGaAl0,3As/GaAs 630VörösGaAs0,35P0,65:N/GaP 610NarancsGaAs0,25P0,75:N/GaP 590SárgaGaAs0,15P0,85:N/GaP 565Sárgás zöldGaP:N/GaP 555 Sárgás zöld GaP/GaP 520ZöldInGaN; SiC 500KékeszöldInGaN 450KékInGaN, GaN <400UVAlGaN, AlN (210 nm) LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED spektrumok LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED történelem - 1 Az első, látható (vörös) tartományban sugárzó LED-et 1962-ben a General Electric kutatója Nick Holonyak fejlesztette ki, ezért őt tekintik a "fény emittáló diódák atyjának". Az első piacon is kapható LED 1967-ben jelent meg, melynek anyaga GaAs+LaF 3 YbEr volt ben M. George Craford, megalkotta az első sárga tartományban emittáló LED-et LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED történelem - 2 Az első kék tartományban világító InGaN diódát sikerült a legkésőbb kifejleszteni, ez Shuji Nakamurának sikerült 1995-ben. A fehér (RGB) LED-ek 1997-ben jelennek meg. Az első, UV gerjesztést látható tartományba alakító fehér LED-et először 2001-ben mutatták be. Felépítése: A LED vagy GaN, vagy InGaN. A fénypor Ce:YAG LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED-ek fényhasznosításának növekedése LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED technológiák DIP LED (dual in-line package, epoxy tokozásúak) kifutóban SMD LED (surface mounted technology) (LED-chip) Power LED Light-emitting_diode LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Furatszerelt LED LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED bulb – mini „lámpa” lencsével LED IT BE - LED és sokoldalúsága LED-ek különböző tokozásban

A „fehér fény irányában”: RGB LED LED IT BE - LED és sokoldalúsága

UV LED LED IT BE - LED és sokoldalúsága52

A „fehér fény irányában”: „Fehér LED” LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED - fényintenzitás hőmérséklet függése LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED SMD, LED-chip LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED-Chip on Board LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED-multichip (egyre fényesebben) LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED-RGB-chipset projektorokba LED IT BE - LED és sokoldalúsága

5. A LED alapú világítás sokoldalúsága LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED kedvező tulajdonságai Fényhasznosítás a legnagyobb Spektrális eloszlás csak a láthatóban Színhőmérséklet „meleg” Színvisszaadás magas értékű („szép a világ”) Sugárzási szögük (könnyen befolyásolható) Felfutási és újragyújtási idő (gyors) Fénysűrűség legnagyobb Fényáram legnagyobb Élettartam leghosszabb LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Gyakorlati szempontból fontos elektromos paraméterek (LED) Üzemi tápfeszültség, tápegység (~, =, 230 V, 24 V) Kicsi elektromos teljesítmény igénye: (W) (3-200 W) Magas fényhasznosítás (Lumen/W) ( L/W ) Nagy fényáram (Lumen) ( Lumen) Magas megvilágítás erősség (lux) Jól „fényvethető” : pontszerű + parboloid, vonal + parabola vályú Kellemes színhőmérséklet (K), (pl K) Kiváló színhűség: (Ra = 30-80) Nagyon hosszú élettartam (1000 óra; óra) Variábilis felhasználhatóság „kapcsolgatható” (20000 <) Fényerő szabályozhatóság (dimmelhető) LED IT BE - LED és sokoldalúsága

6. Példák LED alapú „lámpák”, „lámpatestek ” alkalmazási területeire. Valóban mindenütt LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED-ek alkalmazási területei 6.1. Lakásban, irodában, rendelőben, folyosókon 6.2. Világítás közutakon, utcákon, tereken 6.3. Világítás üzemcsarnokban, sportpályákon 6.4. Világítás járműveken (személygépkocsi) 6.5. LED-ek állattartó telepeken, hajtatóházakban 6.6. LED Mobil (kézi, fej) lámpák 6.7. LED falak (stadionok, rendezvények) 6.8. LED világítású folyadékkristályos monitorok 6.9. OLED LED IT BE - LED és sokoldalúsága

6.1. LED világítás lakásokban, irodákban, orvosi rendelőkben, folyosókon LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Chip-ek „lapon”: LED-gömb és szétszerelve LED IT BE - LED és sokoldalúsága65

GU10- 3Power- 220V CW Színhőmérséklet: K (hideg fehér) Helyettesíti a 30 W-os halogén izzót Megvilágítási szög: 60° Fogyasztás: 3.6 W Fényerő: lumen Hálózat: V LED IT BE - LED és sokoldalúsága66

Színhőmérséklet: K. Helyettesíti a 40 W-os normál izzót. Megvilágítási szög: 360°. Fogyasztás: 4 W. Fényerő: 440 Lumen Hálózat: V LED IT BE - LED és sokoldalúsága67 LED „IZZÓ” E27-4W- 220V WW Fil

Chip-ek „vonalban”: LED - szalagok LED IT BE - LED és sokoldalúsága68

Pontforásként: LED rejtett, pozícionálható LED IT BE - LED és sokoldalúsága69

LED lakásban LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED lakásban LED IT BE - LED és sokoldalúsága71

Design-osítható: LED asztali lámpák LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED cső 1500 mm-es LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Lapos: LED panel, tányér LED IT BE - LED és sokoldalúsága74

LED - fénycső teremben LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Mennyezetről lelógó LED fénycsövek irodákban LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Mennye- zetbe rejtett LED csövek tárgyaló teremben LED IT BE - LED és sokoldalúsága

6.2. LED világítás közutakon, utcákon, tereken LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Utcai lámpatestek 100W, 4000K, óra LED IT BE - LED és sokoldalúsága79

LED+napelem; 20W, 4000K,60000 óra LED IT BE - LED és sokoldalúsága80

Utcai lámpatest - 80W LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Na „lámpa”, majd LED, San Francisco LED IT BE - LED és sokoldalúsága82

LED reflektor (20 W) LED IT BE - LED és sokoldalúsága83

LED tápegység Kimeneti feszültség: 12 VDC Áramerősség: 8,3 A Bemeneti feszültség: V Teljesítmény: 100W Méret: 21 x 5,7 x 4 cm Felhasználási terület: Kültéri (IP68) Bruttó ár Ft (nettó: Ft) LED IT BE - LED és sokoldalúsága84

6.3. LED Ipari világítás (üzemcsarnok, raktár, sportpálya, tornaterem) LED IT BE - LED és sokoldalúsága

LED - csarnok lámpa 135 W LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Hűtőbordák, hűtőcsövek LED IT BE - LED és sokoldalúsága

EMC 3030 LD 3 dimenziós hőelvonás, Epistar flip chip LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Modulszerű bővíthetőség LED IT BE - LED és sokoldalúsága89 60 W, 90 W, 120 W

Raktár csarnok LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Sportcsarnok, áruház LED IT BE - LED és sokoldalúsága91

6.4. LED világítás gépjárműveken (személygépkocsik) LED IT BE - LED és sokoldalúsága92

Személygépkocsi LED-es „lámpái” LED IT BE - LED és sokoldalúsága93

6.5. LED világítás állattartó telepeken, hajtatóházakban LED IT BE - LED és sokoldalúsága94

Fotoszintézis spektruma LED IT BE - LED és sokoldalúsága95

Üvegház – kék, piros LED panel LED IT BE - LED és sokoldalúsága96

6.6. Mobil (kézi, fej) lámpák LED IT BE - LED és sokoldalúsága97

Fejlámpák akkumulátorok, töltők LED IT BE - LED és sokoldalúsága98

6.7. LED falak LED IT BE - LED és sokoldalúsága99

LED fal közelről LED IT BE - LED és sokoldalúsága100

LED fal; Sony 870 col LED IT BE - LED és sokoldalúsága101

6.8. LED világítású folyadékkristályos monitor LED IT BE - LED és sokoldalúsága102

LED-háttérvilágítású LCD TV A LED-ek gyorsabban képesek ki- és bekapcsolni valamint nagyobb a fényerejük LED-eket kétféleképpen rendezhetjük el az LCD panel mögött: mátrixszerűen, vagy a panel szélein sorban egymás mellet, ezt nevezzük Edge LED technológiának LED IT BE - LED és sokoldalúsága103

LED-LCD TV panel. LED hátul LED szélen LED IT BE - LED és sokoldalúsága104

6.9. OLED Organic Light-Emitting Diode Szerves vegyületű Fénykibocsátó Dióda LED IT BE - LED és sokoldalúsága105

OLED metszet LED IT BE - LED és sokoldalúsága106

Ívelt képernyő és monitor LED IT BE - LED és sokoldalúsága107

OLED kép, karóra LED IT BE - LED és sokoldalúsága108

7. Mi és hogyan éri meg. „Beruházási” példák LED IT BE - LED és sokoldalúsága109

Izzó, halogén, kompakt Hg, LED összehasonlítása LED IT BE - LED és sokoldalúsága Fény- áram Lumen) Wolf- ram (W) Wolf- ram (Ft) Halo- gén (W) Halo- gén (Ft) Kom- pakt (W) Kom- pakt (Ft) LED (W) LED (Ft) Élet- tartam 1000 h2000 h8000 h22000

Fénycső adatok S50 LED fénycső Lm/W Hossza (mm) Teljesítménye (W) Fényáram (Lumen) Ára (Ft) LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Vegyem, ne vegyem, mit tegyek? „Lámpacsere” sorrend Cserekor lakásban ma még a kombinált megoldást érdemes alkalmazni. Most még célszerű a csak 8 ezer órás kompakt fénycsövet választani, mivel ára 800 forint. Ha letelik a kompakt fénycső 8 ezer órája, már olcsóbb lesz a LED. Ekkor a háztartásokba a retrofit típusú LED-et ajánlatos, amely becsavarható hagyományos foglalatba. Ebből a 40 wattos izzóval megegyező fényerejű ára 4000–5000 forint körül mozog, élettartama akár 40 ezer óra LED IT BE - LED és sokoldalúsága

Köszönöm a figyelmet! Dr. Német Béla PTE Fizikai Intézet Május LED IT BE - LED és sokoldalúsága