Diody LED w samochodach

Diody LED w samochodach
Diody elektroluminescencyjne zwane są
są takż
także
diodami świecą
wiecącymi LED (z ang. Light Emiting Diode),
Diode),
emitują
emitują promieniowanie w zakresie widzialnym i
podczerwonym. Promieniowanie jest wytwarzane w
wyniku rekombinacji dziur i elektronó
elektronów. Jest to dioda
świecą
wiecąca pod wpł
wpływem energii elektrycznej
doprowadzonej z zewną
zewnątrz. Intensywność
Intensywność świecenia
zależ
zależy od wartoś
wartości doprowadzonego prą
prądu, przy czym
zależ
zależność
ność ta jest liniowa w duż
dużym zakresie zmian
prą
prądu. Istnieją
Istnieją diody elektroluminescencyjne pró
próżniowe,
gazowane i pó
półprzewodnikowe. Czę
Często stosowane są
są
półprzewodnikowe, gdyż
gdyż pracują
pracują przy niewielkich
napię
napięciach (ok. 2 V) z niewielkimi prą
prądami (kilku do
kilkunastu mA), co uł
ułatwia ich wspó
współpracę
pracę w ukł
układach
tranzystorowych.
1
Dioda elektroluminescencyjna.
a) sposó
czenia
sposób włą
włączenia
hν
b) zasada dział
działania
Dziury z obszaru n
rekombinujące
z dziurami
Dziury z obszaru p
rekombinujące
z elektronami
hν
p
n
IF
R
+
-
IF
R
+
-
Nośniki nieruchome
Dioda pracuje prawidłowo przy polaryzacji
złącza w kierunku przewodzenia. Zasada
działania diod elektroluminescencyjnych
jest oparta na zjawisku
elektroluminescencji.
2
Zjawisko elektroluminescencji w diodach
półprzewodnikowych polega na wytwarzaniu
światł
wiatła pod wpł
wpływem pola elektrycznego w wyniku
rekombinacji dziur i elektronó
elektronów w spolaryzowanym
złączu
łączu p-n. Przechodzenie elektronó
elektronów z wyż
wyższego
poziomu energetycznego na niż
niższy powoduje
wydzielenie energii w postaci światł
wiatła (fotonu).
Długość
ugość fali generowanego (emitowanego)
promieniowania:
λ=
ch
Wg
Wg = Wc – Wv - szerokość
szerokość pasma
zabronionego lub ró
różnica energii poziomó
poziomów,
mię
między któ
którymi zachodzi rekombinacja,
c – prę
prędkość
dkość światł
wiatła,
h – stał
stała Plancka.
Długość
ugość fali emitowanego promieniowania
zwię
zwiększa się
się ze wzrostem temperatury
złącza.
łącza. Diody emitują
emitują promieniowanie w
bardzo wą
wąskim przedziale widma: od 490 nm
– kolor niebieski do 950 nm – bliska
podczerwień
podczerwień.
3
Charakterystyki widmowe diod
elektroluminescencyjnych.
Diody elektroluminescencyjne są
są wytwarzane z
materiał
ł
ó
w
pó
ó
ł
przewodnikowych
(pierwiastki z III i V
materia
p
grupy ukł
układu okresowego np. GaAs,
GaAs, GaP,
GaP, GaAsP o
odpowiednim domieszkowaniu), charakteryzują
charakteryzujących
się
się dużą
dużą sprawnoś
sprawnością
cią emisji promieniowania. Barwa
promieniowania emitowanego przez diody LED
zależ
zależy od materiał
materiału pó
półprzewodnikowego. Diody
emitują
emitują promieniowanie o barwach: niebieskiej,
żółtej, zielonej, pomarań
pomarańczowej, czerwonej.
Produkuje się
się takż
także diody świecą
wiecące ró
różnymi
kolorami.
4
Charakterystyka prądowo –
napięciowa diody LED.
Charakterystyki
prą
prądowo – napię
napięciowe
diod LED mają
mają przebieg
podobny do innych
charakterystyk diod
półprzewodnikowych.
Wię
Większe napię
napięcie
przewodzenia UF;
UF;
wynoszą
wynoszą one ok.1,6V
dla diod świecą
wiecących na
czerwono i ok.2,6V dla
diod świecą
wiecących na
zielono.
Charakterystyka kątowa promieniowania
diody LED.
5
WŁAŚCIWOŚCI
OPTYCZNE I
ELEKTRYCZNE DIODY
LED
Parametry optyczne
strumień
strumień energetyczny – Se (moc emitowana przez
diodę
diodę IR),
IR), wyraż
wyrażamy w watach, lub strumień
strumień świetlny
(moc emitowana przez diodę
diodę świecą
wiecącą), wyraż
wyrażamy w
lumenach. Wartość
Wartość mocy emitowanej przez diodę
diodę roś
rośnie
ze wzrostem prą
prądu przewodzenia, a maleje ze wzrostem
temperatury złą
cza;
złącza;
natęż
enie promieniowania – Je – stosunek strumienia
natężenie
energetycznego do ką
kąta brył
bryłowego – dla diod IR,
IR,
któ
którego jednostką
jednostką jest wat na steradian;
światł
wiatłość – stosunek strumienia świetlnego do ką
kąta
brył
bryłowego – dla diod LED,
LED, wyraż
wyrażona w kandelach.
Natęż
enie promieniowania i światł
Natężenie
wiatłość zwię
zwiększają
kszają się
się ze
wzrostem prą
prądu przewodzenia;
6
poł
połówkowa szerokość
szerokość spektralna promieniowania
– ∆λ. Jest to szerokość
szerokość pasma promieniowania,
definiowana jako ró
różnica dł
długoś
ugości fal , dla któ
których
moc emitowana osią
osiąga poł
połowę
owę swej wartoś
wartości
maksymalnej.
Parametry diody elektroluminescencyjnej okreś
określa się
się
takż
także na podstawie:
Charakterystyki widmowej.
widmowej. Jest to zależ
zależność
ność mocy
emitowanej – strumienia energetycznego lub
strumienia świetlnego – od dł
długoś
ugości fali
emitowanego promieniowania
Charakterystyki ką
kątowej promieniowania diody –
zależ
zależność
ność mocy emitowanej od wartoś
wartości ką
kąta
mierzonego od osi diody
Parametry elektryczne
Parametry elektryczne diody elektroluminescenelektroluminescencyjnej są
są takie same jak innych diod czyli: prą
prąd
przewodzenia, napię
napięcie przewodzenia, napię
napięcie
wsteczne oraz moc strat , któ
która wynosi od
kilkudziesię
kilkudziesięciu do kilkuset mW, a jej wartość
wartość zależ
zależy
od temperatury złą
cza.
złącza.
Bardzo waż
ważnym parametrem diody jest sprawność
sprawność
kwantowa zewnę
zewnętrzna czyli stosunek liczby fotonó
fotonów
wyemitowanych przez diodę
diodę do liczby noś
nośnikó
ników
przepł
cze. Sprawność
przepływają
ywających przez złą
złącze.
Sprawność ta maleje
wraz ze wzrostem temperatury złą
cza. Trwał
złącza.
Trwałość diod
wynosi okoł
około 105 godzin.
7
Właściwoś
ciwości dynamiczne diod okreś
określa przebieg
charakterystyki czę
częstotliwoś
stotliwościowej, na któ
której jest
zaznaczona czę
częstotliwość
stotliwość graniczna. Jest to
czę
częstotliwość
stotliwość,, przy któ
której moc promieniowania maleje do
poł
połowy swojej wartoś
wartości maksymalnej i zależ
zależy od
materiał
materiału pó
półprzewodnikowego, domieszkowania (czasu
życia noś
nośnikó
ników) oraz technologii wytworzenia
Zalety diod
elektroluminescencyjnych
mał
mały pobó
pobór prą
prądu;
mał
mała wartość
wartość napię
napięcia zasilają
zasilającego;
duż
duża sprawność
sprawność;;
mał
mała moc strat;
mał
małe rozmiary;
duż
duża trwał
trwałość;
ść;
duż
duża wartość
wartość luminacji;
8
Diody elektroluminescencyjne są
są najbardziej
rozpowszechnionymi elementami
optoelektronicznymi. Stosuje się
się je w
samochodzie jako:
wskaź
wskaźniki poziomu cieczy, np. paliwa, oleju, wody w
samochodzie itp.
ukł
układy świateł
wiateł postojowych, światł
wiatła STOP, kierunkowskazó
kierunkowskazów
oświetlenia wnę
wnętrza samochodu
Przykłady
9
10
Metalowe ŚWIECĄCE wentyle
11
12
13
Jedną z zalet tego światła jest fakt, że mają czas reakcji o 0,2 sekundy
szybciej niż tradycyjne światła żarowe. Przy prędkości 100 km/h to jest
równoważne z 5,6 metra drogi hamowania.
Audi A8 z oświetleniem LED
firmy Osram
Ostatnio czę
często są
są
wykorzystywane do
świateł
wiateł przeznaczonych do
jazdy dziennej a
prowadzone są
są badania
nad wykorzystaniem diod
LED do świateł
wiateł mijania
jak i drogowych.
14
Dzięki skalowalnej wartości jasności, reflektory doskonale nadają się
do wszystkich funkcji: świateł długich, świateł mijania, świateł
przeciwmgielnych oraz świateł do jazdy dziennej.
światła LED do jazdy w dzień w
Polo i Golfie
15
Światło podczas jazdy w dzień emitowane jest przez diody
LED wbudowane w główne reflektory. 15 diod ułożonych jest w
łuk przebiegający od zewnątrz do środka auta, Biksenonowe
reflektory w połączeniu z diodowymi światłami do jazdy w
dzień w Polo kosztują 2 650 zł, w Golfie dostępne są w cenie
od 2 930 zł.
16
lampy główne w pełni oparte na LED, wytwarzające
zarówno światła mijania, jak i drogowe
17
Dzięki ich efektywności, diody LED zapewniają znaczne oszczędności
energii, które ostatecznie odzwierciedlają się w zużyciu paliwa i emisji
CO2. Co więcej, cechują się wybitną wytrzymałością. Życie LEDowych
lamp jest tak długie, jak życie pojazdu. Niepotrzebne stają się wymiany
lamp co oznacza kolejną oszczędność dla właściciela samochodu
Niestety każ
każda nowa coraz bardziej doskonalsza technologia ma
swoje zalety i wady. Wada lamp opartych na technologii LED jest
bardzo wysoka cena zakupu i z tegoż
tegoż wzglę
względu są
są one montowane w
nieco droż
droższych samochodach.
Dziękujemy za uwagę
Sławomir Urban
Dariusz Wierciński
18