Jste zde

OSTAR - budoucnost domácího osvětlení patří LED

Snad každý technicky vzdělaný člověk již někdy slyšel o technologii LED, která realizuje polovodičový zdroj světla s nízkou spotřebou. Z původního použití LED diod jen jako signálek pro světelnou indikaci, se s postupným vývojem této technologie, konkrétně zvyšování světelné účinnosti, přechází k jejich použití i v oblasti běžného osvětlení prostoru, tedy použití místo žárovek a výbojek (zářivek). V tomto směru asi zajímavějším současným produktem jsou LED zdroje světla OSTAR - Lighting společnosti OSRAM Opto Semiconductors.

LED diody, resp. LED zdroje světla, dnes již běžně nacházíme a používáme v mnoha běžných zařízeních, aniž si to často uvědomíme. Od té doby, co byly vyvinuty bílé LED a dostatečně se zvýšila intenzita generovaného světla, jsou tyto součástky adeptem na využití pro klasické svícení. Poslední roky již "LEDky" skoro vytlačily klasické či speciální žárovky z osvětlovacích baterek, nejdříve hlavně z důvodu nižší spotřeby el. energie a tedy větší životnosti napájecích baterií, v současné době i již kvůli větší intenzitě světla. Nejnověji jsou pak LED diody nasazovány nejen do zadních signalizačních světel automobilů či jiných dopravních prostředků, ale i do jejich potkávací či hlavních osvětlovacích světel. V našich domácnostech pak v budoucnosti možná nahradí dnes rozšířené klasické a úsporné žárovky (zářivky) a výbojky. První vlaštovkou na trhu jsou v tomto směru "osvětlovací LED moduly" snad celosvětově nejznámějšího výrobce osvětlovací techniky společnosti OSRAM, označené jako "OSTAR®-Lighting LED Light Source".

Co se skrývá pod označením OSTAR-Lighting LED ?

OSTAR®-Lighting LED Light Source jsou miniaturní osvětlovací moduly speciálně navržené pro potřebu plošného i bodového osvětlení místností, domácností, bytů, stolů a pod., prostě všude tam, kde se dnes nasazují klasické či úsporné žárovky, zářivky nebo halogenové výbojky.

Nabídka těchto světel zahrnuje následující čtyři varianty, které se vzájemně lehce liší:

  • LE W E2A - tzv. 4 čipové provedení, kde světlo generují do čtverce uspořádané 4 supersvítivé bíle LED diody. Tento modul nemá čočky.
  • LE W E3A - tzv. 6 čipové provedení, kde světlo generuje 6 LED diod uspořádaných do obdélníku
  • LE W ExB - vylepšení typu LE W E2A a LE W E3A o instalovanou čočku, která upravuje (rozšiřuje) vyzařovací charakteristiku

Z pohledu mechanického a elektrického provedení modulu muselo být při jeho vývoji vzhledem k jeho malé velikosti brán zvláštní ohled na optimalizaci zahřívání, odvedení tepla a obecně tepelné vodivosti. V závislosti na typu modulu se jádro skládá ze čtyř nebo šesti oddělených polovodičových chipů umístěný na keramickém substrátu. Pro zajištění dobrého odvodu tepla je pak tento celek připevněný na hliníkové podložce izolované desce IMS-PCB. Hexagonální provedení desky není primárně z estetického důvodu, ale takový tvar dovoluje nejlépe přenést ztrátové teplo z desky na podložku, na které je modul upevněn. Navíc to představuje nejkompaktnější možné provedení z pohledu velikosti modulu. Miniaturní křehké provedení naopak zase klade zvýšené nároky na manipulaci a připevnění modulu, které může být k podložce buď přišroubován či přilepen, ale vždy musí být zajištěna bezvadná tepelná vodivost spodní konstantní strany modulu buď použitím teplovodivé pasty (při použití šroubů) nebo teplo dobře vodivého lepidla.

Samotné jednotlivé čipy jsou LED diody založené na tenkovrstvé polovodičové technologii ThinGaN emitující modré světlo, vyznačující se velmi vysokou účinnosti přeměny el. energie na světlo (fotony). Jednotlivé chipy jsou sériové propojeny, aby všechny měly zajištěny stejně velkou hodnotu protékajícího proudu a tedy generovaly stejný jas. Technologie ThinGaN je výjimečná tím, že prakticky veškeré záření je generováno na povrchu PN přechodu a tedy nedochází k zeslabování světla a nežádoucím odrazům a lámání světla při vzniku uvnitř polovodiče. Aby z modrého světla vzniklo požadované bílé je přímo na světloemitujícím povrchu napařena tenká homogenního konstantní vrstvičky materiálu vytvářející filtr (color convertor). Výhodou tohoto řešení je prakticky konstantní barva světla napříč celým čipem. Typicky teplota barvy 4500 až 7000 K, což odpovídá dennímu světlu. Velkou celkovou výhodou této technologie je minimální změna barevného odstínu světla při regulaci (změně) jeho intenzity.

 


 

Použití modulů OSTAR-Lighting

LED světla OSTAR®-Lighting byly již přímo vyvinuty pro potřeby jak intenzivního osvětlení malých ploch, jako je například psací stůl, tak méně intenzivně a tedy příjemně osvětlení velkých bytových prostor o velikosti i mnoha metrů čtverečních. Dále se výborně hodí i pro intenzivní osvícení venkovních ploch, jako jsou zahrady, prostranství před domem apod. Univerzalita těchto světel však nevylučuje i nasazení v lehkém i těžkém průmyslu (potravinářství, chemický průmyslu), ve zdravotnictví či službách.

Příklady:

  • Hlavní osvětlení - osvětlení místností domů a bytů
  • Lampičky - lokální intenzivní osvětlení
  • Nasvětlení architektury
  • Světelní efekty - stroboskopy
  • Bodové osvětlení
  • Osvětlení pracovní plochy - stoly, stroje, operační sály
  • Intenzivní výstražná indikace - semafory
 

 

Vlastnosti modulů OSTAR-Lighting

Všechny 3 typy modulů, které jsou v nabídce, jsou provedením pouzdra zcela totožné a z tohoto pohledu je lze zaměňovat. Mezi sebou se liší jen elektrickými a optickými vlastnostmi díky počtu čipů, které obsahují (4 nebo 6), a zda je či není modul vybaven čočkou s tzv. Lambertovou vyřazovací charakteristikou, které rozšiřuje osvětlovanou plochu.

Nejvýkonnější zástupce, typ LEW E3B, poskytuje při rozměrech pouzdra 20 x 7 mm (prům. x výška) a stejnosměrném napájení 25 V / 1 A, svítivost 125 cd a světelný tok 504 lm. Přitom světlo emituje jen plocha velikosti 2.1 x 3.2 mm. Umístění v libovolných prostorech nelimituje ani dostatečně široký teplotní rozsah - 40 až 100 °C.

 

Různá provedení světel OSTAR-Lighting: zleva LE W E3A, LE W E2B, LE W E2A

Vlastnosti:

  • Čtyř nebo šestičipové provedení
  • Technologie: tenkovrstvá ThinGaN - pouze povrchové generování světla pouze (pure surface emitter) s Lambertovou vyřazovací charakteristikou (Lambertian radiation characteristics)
  • Velikost světloemitujícího povrchu: 2.1 mm x 3.2 mm
  • Provedení s nebo bez čočky
  • Osvětlovací úhel: 120° (Lambertian Emitter)
  • Barva čistě bílá, teplota barvy: typ. 5600 K
  • Optický výkon: 36 lm / W při 350 mA
  • Svítivost lv: 40 až 125 cd
  • Osvětlení (lux):
    • až 416 lx na ploše o průměru 3.7 m (vzdálenost od zdroje 0.5 m)
    • až 50 lx na ploše o průměru 11 m (vzdálenost od zdroje 2 m)
  • Světelný tok: více než 400 lm (lumen) při spotřebě 700 mA
  • Životnost více než 50 000 hodin
  • Snadná regulace světla - opravdová změna stupně šedi (nemění se barva světla)
  • Nízká hodnota generování tepla
  • Hexagonální tvar pouzdra prům. 20 mm, výška 3 až 7 mm
  • Elektrické kontakty - pájecí plošky
  • Napájení:
    • 4 čipové provedení: 13 V / 350 mA až 17 V / 1 A
    • 6 čipové provedení: 20 V / 350 mA až 25 V / 1 A
  • Spotřeba: 4 až 25 W (dle provedení)
  • Pracovní teplota: -40 až 100 °C

Tabulka s hodnotami svítivosti Iv a světelného toku Φv v závislosti na napájecím proudu

 

 

Vyřazovací charakteristika modulu OSRAM-Lighting bez čočky

Vyřazovací charakteristika modulu OSRAM-Lighting s čočkou

Vyzařovací úhel a intenzita světla (osvětlení) v závislosti na vzdálenosti od OSTAR modulu

Relativní spektrální vyzařovací charakteristika modulů OSTAR-Lighting (plná čára) a charakteristika oka (čárkovaně)

Elektrické zapojení světel OSRAM-Lighting)

Z elektrického pohledu se s světly OSRAM-Lighting pracuje jako z každý jiným LED osvětlovacím modulem, tedy připojují se na zdroj stejnosměrného napájecího proudu 350 mA až 1 A, resp. napětí 13 až 25 V (dle typu světla), přičemž se musí dodržet polarita napětí. Více světel se pak připojuje klasicky za sebe sériově, nikdy by se však v tomto zapojení neměly kombinovat 4 a 6 čipové provedení, protože každý má jiné požadavky na napájení - viz tabulka. Jak bylo možné vidět na tabulce výše v sekci Vlastnosti, regulací napětí, resp. proudu, se snadno se reguluje intenzita světla. Jako napájecí zdroje lze použít k tomu určené AC/DC nebo DC/DC měniče (integrovaných obvodů) OSRAM nebo i jiných výrobců Texas Instruments, STMicroelectronics nebo National Semiconductor (bližší informace v pdf manuálu "OSTAR_Lighting_English.pdf" - viz níže v sekci Download & Odkazy).

 

Příklady připojení světel OSTAR-Lighting na napájecí zdroj

Závěr

Použití zde uvedených zdrojů světla OSTAR-Lighting se přímo nabízí pro osvětlení místností, pracovních stolů či desek. Minimálně mají schopmost nahradit v posledním desetiletí tolik populární halogenové žárovky. Proti nim mají větší svítivost, menší spotřebu i rozměry a generují více bílé světlo. Navíc se u nich dá snadno provádět regulace jasu, mohou se vyrábět v různo barevném provedení, mají rychlou odezvu a životnost není ovlivněná jejich častým zapínáním a vypínáním. Samotný jeden OSTAR LEW modul asi sám o sobě nemůže úplně nahradit úsporné zářivky, alespoň ne v tomto provedení, ale v budoucnu se určitě LED světla v různých podobách zabydlí a budou samozřejmostí, tak jako dnes obyčejné žárovky. Pro více informací pak odkazuji přímo na stránky společnosti OSRAM Opto Semiconductors - www.osram-os.com.

 

Antonín Vojáček
vojacek@ hwg.cz

Download & Odkazy

Hodnocení článku: