LED alkalmazások Schanda János
Bevezetı az alkalmazásokhoz • Élettertam • A szín fogalma – Színinger – szín megfeleltetés – Szín visszaadás – Szín preferencia
1
Élettartam
A szín észlelet • Az agyban keletkezik. • A színingerek idıbeni és térbeni kölcsönhatása az inger hatását, az észleletet módosítja. Példák: – háttér hatása – színkontraszt – asszimiláció – színkülönbség észlelése
2
Háttér hatása
Színes fények keveréke
• Additív színkeverés • Az észlelet a látórendszerünkben keletkezik
3
Az additív színegyeztetés alapkísérlete intenzitást szabályozó fényrekesz
összehasonlító fényforrások
vizsgálandó fényforrás
CIE színingermetrika, 1 • A színinger-egyenlet feltételei: – 2° osztott látómezı, központi fixálás, sötét környezet. – Alapszíningerek (megfeleltetı, refrencia, primér ingerek, -stimulusok): • vörös (R): 700 nm, • zöld (G):
546,1 nm,
• kék (B):
435,8 nm
C ≡ R (R ) + G ( G ) + B(B )
4
CIE színingermetrika, 2 • A színinger-egyenlet: – Alapszíningerek mennyiségei: a 3 alapszíninger egységnyi mennyiségének additív keveréke az equienergetikus színingerrel azonos észleletet keltsen.
R, G, B alapszíningerek fénysőrősége: vösös: 1,0000 cd/m2 = 1 új R egység zöld: 4,5907 cd/m2 = 1 új G egység kék: 0,0601 cd/m2 = 1 új B egység
rgb színegyeztetı fg.
Színingermegfeleltetı függvények 0,40 0,35 0,30 R( λ ) 0,25 G( λ ) B( ) λ 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 -0,05350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 -0,10 -0,15 hullámhossz, nm
5
A színinger-megfeleltetés additív Ha
C( λ1) ≡ r 1( R) + g1( G) + b1( B) és
C( λ 2) ≡ r 2( R) + g2( G) + b2( B) akkor:
C(λ1)+C(λ2) ≡ (r 1+ r 2)(R)+(g1+g2)(G)+(b1+b2)(B)
Additivitás: összetett színkép 780 nm
R=k
∑ P ( λ ) r ( λ ) ∆λ
380 nm 780 nm
G=k
∑ P ( λ ) g ( λ ) ∆λ
380 nm 780 nm
B=k
∑ P ( λ ) b ( λ ) ∆λ
380 nm
6
X,Y,Z színinger tér: CIE 1931 szabványos színinger-észlelı 1. Az equienergetikus színkép színingerösszetevıi azonosak legyenek. 2. A fotometriai információt egyetlen színingerösszetevı, (Y), hordozza (ha sugársőrőséget mértünk, úgy a fénysőrőséget kapjuk). Azaz az Y(λ) = V(λ). 3. Az összes reális színinger színinger-összetevıi a színingertér elsı negyedében feküdjenek, s olyan kicsinyek legyenek, amennyire csak lehetséges.
A CIE 1931 színingermegfeleltetı függvények
7
A színinger-összetevık értéke Az S(λ) spektrális eloszlású sugárzás színinger-összetevıi: 780 nm
X = k
∫
780 nm
Sλ ( λ ) x ( λ )dλ ,
Y = k
380 nm
∫ Sλ( λ ) y ( λ )dλ , 380 nm
780 nm
∫ Sλ( λ )z ( λ )dλ
Z = k
380 nm
ha k = 683 lm/W, akkor fotometriai adatokat kapunk.
Színességi koordináták
x=
X , X +Y + Z
y=
Y Z , z= X +Y + Z X +Y + Z
ahol x + y + z = 1
8
Szín (inger-) diagram vagy színességi diagram
MacAdam ellipszisek • The CIE x,y diagram színingermegkülönböztetési ellipszisekkel
9
Felület/test színingerek mérése • Sugársőrőségi tényezı β(λ)= Lrefl (λ)/Lbe (λ) • Színinger-összetevı: 780 nm
X =k
780 nm
∫ S (λ ) ⋅ β (λ ) ⋅ x (λ )dλ , Y = k
380 nm
∫ S (λ ) ⋅ β (λ ) ⋅ y (λ )dλ ,
380 nm
780 nm
Z =k
∫ S (λ ) ⋅ β (λ ) ⋅ z (λ )dλ
380 nm
k=
1
∫ S ( λ ) y ( λ ) dλ
Szabványos sugárzáseloszlások
10
Fényforrások színi jellemzése • Fény(forrás) színinger-mérése – színességi koordináták • (domináns hullámhossz – gerjesztési tisztaság) • színhımérséklet • korrelált színhımérséklet
• Fényforrás színképe – színvisszaadás
Fényforrások színi jellemzése • Fény(forrás) színinger-mérése – színhımérséklet – korrelált színhımérséklet
• Színvisszaadás – Az észlelt felület-szín függ a megvilágító színképi teljesítményeloszlásától • színi áthangolódás: von Kries törvény, Bradford transzformáció, leírás az észleletet követı színrendszerben
11
Korrelált színhımérséklet • Azonos korrelált színhımérséklető vonalak (az u,v-diagramban merılegesek a Planck görbére)
Színi áthangolódás - 1
12
13
Két sugárzó színképe, melyek színingerpontja azonos Spetrális teljesítményeloszlás 180 160
rel. teljesítmény
140 120 100 80 60 40 20 0 350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
hullámhossz, nm
A két sugárzó színpontja és a velük megvilágított minta színpontjai 0.342 0.340
D65
0.338
3-line
y
0.336 0.334 0.332 0.330 0.328 0.300
0.350
0.400
x
14
Színvisszaadási index •
Minták színmegjelenése összehasonlítva ideális fényforrással történı megvilágítás alatt látható színmegjelenéssel
•
Ideális fényforrás, a vizsgálandóval azonos korrelált színhıpmérséklető: – 5000 K alatt: Planck sugárzó – 5000 K felett nappali (Daylight) sugárzáseloszlás
•
Minták: 8 + 5 Munsell színminta
•
von Kries színi áthangolódás
•
Színinger-különbség U*,V*,W* térben
•
Ri =100-∆Ei,
Ra = Σ(Ri )/8,
i= 1 ... 8
Alkalmazási területek megoszlása
15
A nagy fényerejő LEDek felhasználása, „LED cluster”-ek
LED cluster 73 LED-bıl álló cluster izzólámpák és kompakt fénycsövek retrofit kiváltására, 51 lm, 16 cd > 100 000 óra élettartam (LED Spheroid WACO Distributors)
16
LED-es fényforrás
Színes LED lámpák
17
Kis és nagyfeszültségre készült LED lámpák
Közvil. lámpatest
18
Felülnézet
19
20
21
Világító dióda alkalmazása a közlekedéstechnikában
22
Közlekedési jelzıtábla
LEDes közlekedésvilágítási jelzılámpa fejlıdése
1993
1996
1998
23
LED összeállítás jelzılámpa számára
LEDes jelzılámpa metszete
24
LEDes jelzılámpa keresztmetszete
LEDes sorompó jelzıfény
25
Construction of a signal light
A sugárzás szétosztása
26
• Traffic lights – Long life – Robust – Sun phantoms
Further traffic light applications
27
New York-u utcatáblák
Világító közlekedési jelzıtábla napelemes tápáramforrással
28
LEDek alkalmazása nagyfelülető jelzésekben
Kansas City, 1800 soros display
29
Beijing Olympia bemutató
Beijing Olympia 2008 2400 x 792 pixel felbontás
30
Hajlítható display
Világító dióda, mint belsı világítás (kísérlet)
31
Barbican Centre LED világítás
32
Bár-világítás
Belsıtéri alkalmazás
33
Local lighting 12 Luxeons: 240 lm
A kör-lámpa felépítése
34
Olvasólámpa gépkocsi és repülıgép számára
Olvsólámpa konstrukció
35
Safety lighting of stairs
Kijáratjelzı
36
Polc világítása LED-ekkel
Konyhai helyi világítás LEDdel
37
Hőtött tér világítása LED-del
Fényre érzékeny árucikkek megvilágítása (Osram W3F „finebinning” LED-ek, LED prof.Rev. Mar/Apr. 2008
38
Kirakatvilágítás
LED prof.Rev. Mar/Apr.2008
LED-es világítás gyalogos közlekedés számára
39
LED park világítás • Philips utcai – tér és park világításra fejlesztett lámpatest
Philips LED-es közvilágítási lámpatest
40
Osram LED utcai világításhoz, napelemes táplálással
Mellék-utca LEDes világítása • Osram's LEDs are lighting up the streets in the Canadian town of Banff. To date, eight streetlights have been converted to LEDs, which has reduced the energy consumption by 36 %. Osram hopes that their scheme will speed up the uptake of LED lighting. • Optics.Org Nov.12.2007
41
Kocsibehajtó világítás A 30 db LEDes lámpatest 25%-al gazdaságosabb világítást biztosít, mint a nagynyomású Na lámpa
LED Magazin 2008 április
High pressure Sodium versus LED • 70 W Na, 100 lm/W; 50 % luminaire efficiency: 50 lm/W • 41 1 W LED, 35 lm/W; 90 % luminaire efficiency: 32 lm/W • Spill light – glare • Dynamic lighting: Motion/sound detectors • Traffic lane guidance
42
Pedestrian bridge
Híd díszvilágítása LED-del
43
„Clifton-híd” világítása LED-del
Clifton-híd részlet
44
Víz alatti lámptest
Közlekedési veszély jelzés
45
Prágai metró:színkód
Padló világítások
46
Közlekedés-vezetése fénnyel
Park-világítás, útszegély jelzés
47
Emlékmő megvilágítás
48
Agbar torony
Világító bútorok
49
Fényreklám
Light Cube, példa a fénnyel való környezetszennyezésre
50
Automotive application
Hyundai HCD8 headlamp
Hyundai HCD8 sports coupe demonstrates design innovations enabled by LEDs LED Magazin 2004 Sept.
51
Hyundai HCD8 headlamp
Ford Shelby GR-1 concept car with Osram ThinGaN(R) LEDs: 50 lm/350 mA
Two LED modules work together to create optimum low and high beam output. While one module provides beam spread, the other creates the "hot spot," or beam center. The compact LED system allows automakers more external design flexibility.
52
Audi A8DRL lámpa
Hella LED-es autófényszóró 1000 lm tompított 7 db hexagonalis mőanyg lencse, 4 mőködik a tompítottban, további 3 az országútiban. Integrálták az irányjelzıket is.
53
Hella LED-es fényszóró VW Golfban
Gépkocsi fényszóró/irányjelzı ki- és bekapcsolt állapotban
54
Audi R8 fényszóró Nappali fény: 24 Osram Adv, Power TOP LED Tompított: 4-chipes Lumileds Luxeon sor + 3 két-chippes sor ad a hot-spot körül megvilágítást Országúti hasonló. Compound Semicond.NET 2007 Aug.
Visteon – GM autófényszóró és ködlámpa
55
56
57
LED-es lámpatestek
Fogorvosi UV besugárzó
58
LCD háttér világítás • Háttér világítás fehér LED-ekkel • RGB háttér világítás: szín stabilitás –aktiv visszacsatolás
*
*From G Harbers: LED backlighting for LCD displays, SID Conf. **From Martynov et al: High efficiency slim LED backlighting system with mixing light guide. SID Digest 03, 43.3
**
59
Képmegjelenítı háttérvilágító modul részlet
A háttér világítás és az elérhetı színességi terület
60
Osram LCE háttér világítás
LED-es projektor
61
Pico-Projektor
62
