LED-ek segítségével előállított fehér fény hőmérsékletfüggésének vizsgálata

Fehér fény LED-ekkel történő előállításához jelenleg leggyakrabban kék, vagy UV LED-eket és ún. hullámhossz-konvertáló fényporokat alkalmaznak. A gerjesztő LED fényét a fénypor részben átereszti (ez az ún. „kék csúcs”), részben pedig elnyeli, az elnyelt rövidebb hullámhosszú fotonokat pedig magasabb hullámhosszon bocsátja ki (ez az ún. „sárga csúcs”). A LED közvetlen, és a fénypor másodlagos kibocsátásával együtt hozza létre a fehér fényt. Jelenleg a fénypor alapú LED-ek jelentik a legegyszerűbb, leghatékonyabb és legolcsóbb megoldást a világítástechnika ipar számára. A hatásfok növelésének azonban elvi felső határa van, amelyet a hullámhossz-konverzió energiavesztesége, az ún. Stokes eltolás határoz meg.

A fehér fény előállításának másik módja színkeverésen alapul, amelynek során két, vagy több színből állítanak elő fehér fényt. Az elfogadható eredmény érdekében a színkeveréses rendszerek két szín (ún. dikromatikus elrendezések) helyett általában a három elsődleges színt (ún. trikromatikus elrendezések) használják. Piros, zöld és kék (angolul „Red, Green, Blue” – rövidítve „RGB”) LED-ek felhasználásával közel bármilyen színt elő tudunk állítani. A jobb színvisszaadás érdekében további, gyakran sárga LED-eket is felhasználhatnak (ún. tetrakromatikus elrendezések). Az ilyen elrendezésekben nincs jelen hullámhossz-konverzió, így az elérhető hatásfokot az alkalmazott LED-ek különböző kvantum hatásfokai szabják meg, ennek azonban nincs elvi felső határa, ideális esetben elérheti akár a 100%-ot is.

Az elektromos energiát felhasználó fényforrások esetében a hatásfok értéke a fény formájában kisugárzott teljesítmény és a betáplált elektromos teljesítmény hányadosaként számítható ki. A kisugárzott teljesítményből az emberi szem számára is látható mennyiség, azaz a fényáram az ún. V(λ) szemérzékenységi függvény segítségével határozható meg, a fényforrás spektrális teljesítményeloszlását a V(λ) függvénnyel súlyozva és integrálva. A lumenben kifejezett fényáram és a betáplált elektromos teljesítmény hányadosa az ún. fényhasznosítás, amelynek elvi maximuma 683 lm/W, egy 555 nm hullámhosszon sugárzó monokróm fényforrás esetében. Az ennél rövidebb, vagy hosszabb hullámhosszon sugárzó fényforrások fényhasznosítása ennél az értéknél csak kevesebb lehet.

A fényporokon alapuló fehér LED-ek fényhasznosítása erősen függ a hullámhossz-konverzió után kialakuló spektrális teljesítményeloszlástól, értékének elvi maximuma a 200…280 lm/W tartományba tehető. Trikromatikus elrendezések esetében ez a tartomány 240…340 lm/W körüli, míg dikromatikus fényforrások esetén meghaladhatja akár a 400 lm/W értéket is (forrás: E. F. Schubert: Light-emitting diodes (2nd ed.), Cambridge University Press, 2006, ISBN: 0-511-34476-7). Nyilvánvaló tehát a dikromatikus LED-es fehér fényforrásokban rejlő és a hatásfok folyamatos növekedésével egyre inkább kecsegtető potenciál.

A fénykeveréses módszer azonban több problémát is magában hordoz. Ezen problémák egyikét a különböző színű LED-ek fényáramának eltérő hőmérsékletfüggése jelenti. Az előállított fehér fény „minősége” a hőmérséklet megváltozásával elfogadhatatlan mértékben romolhat. Dolgozatomban az ilyen LED-es fényforrások hőmérsékletfüggő viselkedését vizsgálom, illetve kísérletet teszek egy olyan működtetési séma kialakítására, amelynek segítségével a hőmérsékletfüggő viselkedés részben kompenzálható, vagy akár teljes egészében ki is küszöbölhető.

szerző

• 
  Lipák Gyula
  Villamosmérnöki szak, alapképzés
  alapképzés (BA/BSc)

konzulensek

• 
  Dr. Hegedüs János
  Tudományos munkatárs, Elektronikus Eszközök Tanszék
• 
  Hantos Gusztáv
  adjunktus, Elektronikus Eszközök Tanszék

helyezés