Η παγκόσμια αγορά φωτισμού έχει υποστεί έναν ριζικό μετασχηματισμό λόγω της μαζικά αυξανόμενης υιοθέτησης της τεχνολογίας διόδων εκπομπής φωτός (LED). Αυτή η επανάσταση του φωτισμού στερεάς κατάστασης (SSL) άλλαξε θεμελιωδώς τα υποκείμενα οικονομικά στοιχεία της αγοράς και τη δυναμική της βιομηχανίας. Η τεχνολογία SSL δεν επέτρεψε μόνο διαφορετικές μορφές παραγωγικότητας, αλλά η μετάβαση από τις συμβατικές τεχνολογίες στον φωτισμό LED αλλάζει βαθιά τον τρόπο με τον οποίο οι άνθρωποι σκέφτονται και για τον φωτισμό. Οι συμβατικές τεχνολογίες φωτισμού σχεδιάστηκαν κυρίως για την αντιμετώπιση των οπτικών αναγκών. Με τον φωτισμό LED, η θετική διέγερση των βιολογικών επιδράσεων του φωτός στην υγεία και την ευημερία των ανθρώπων τραβάει την προσοχή. Η έλευση της τεχνολογίας LED άνοιξε επίσης το δρόμο για τη σύγκλιση μεταξύ του φωτισμού και του Διαδικτύου των Πραγμάτων (IoT), που ανοίγει έναν εντελώς νέο κόσμο δυνατοτήτων. Από νωρίς, υπήρξε μεγάλη σύγχυση σχετικά με τον φωτισμό LED. Η υψηλή ανάπτυξη της αγοράς και το τεράστιο ενδιαφέρον των καταναλωτών δημιουργούν μια επιτακτική ανάγκη να ξεκαθαρίσουμε τις αμφιβολίες γύρω από την τεχνολογία και να ενημερώσουμε το κοινό για τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της.
Πώς λειτουργούν τα LED;
Ένα LED είναι ένα πακέτο ημιαγωγών που περιλαμβάνει ένα καλούπι LED (τσιπ) και άλλα εξαρτήματα που παρέχουν μηχανική υποστήριξη, ηλεκτρική σύνδεση, θερμική αγωγιμότητα, οπτική ρύθμιση και μετατροπή μήκους κύματος. Το τσιπ LED είναι βασικά μια συσκευή σύνδεσης pn που σχηματίζεται από αντίθετα σύνθετα στρώματα ημιαγωγών. Ο σύνθετος ημιαγωγός σε κοινή χρήση είναι το νιτρίδιο του γαλλίου (GaN) το οποίο έχει ένα άμεσο διάκενο ζώνης που επιτρέπει μεγαλύτερη πιθανότητα ανασυνδυασμού ακτινοβολίας από τους ημιαγωγούς με έμμεσο διάκενο ζώνης. Όταν η διασταύρωση pn είναι πολωμένη προς τα εμπρός, τα ηλεκτρόνια από τη ζώνη αγωγιμότητας του στρώματος ημιαγωγού τύπου n μετακινούνται κατά μήκος του οριακού στρώματος στη διασταύρωση p και ανασυνδυάζονται με οπές από τη ζώνη σθένους του στρώματος ημιαγωγού τύπου p στο ενεργή περιοχή της διόδου. Ο ανασυνδυασμός ηλεκτρονίου-οπής αναγκάζει τα ηλεκτρόνια να πέφτουν σε μια κατάσταση χαμηλότερης ενέργειας και να απελευθερώνουν την περίσσεια ενέργειας με τη μορφή φωτονίων (πακέτα φωτός). Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται ηλεκτροφωταύγεια. Το φωτόνιο μπορεί να μεταφέρει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία όλων των μηκών κύματος. Τα ακριβή μήκη κύματος του φωτός που εκπέμπεται από τη δίοδο καθορίζονται από το ενεργειακό διάκενο ζώνης του ημιαγωγού.
Το φως που παράγεται μέσω της ηλεκτροφωταύγειας στο τσιπ LED έχει μια στενή κατανομή μήκους κύματος με τυπικό εύρος ζώνης μερικών δεκάδων νανόμετρων. Οι εκπομπές στενής ζώνης έχουν ως αποτέλεσμα το φως να έχει ένα μόνο χρώμα όπως κόκκινο, μπλε ή πράσινο. Προκειμένου να παρέχεται μια πηγή λευκού φωτός ευρέος φάσματος, το πλάτος της κατανομής φασματικής ισχύος (SPD) του τσιπ LED πρέπει να διευρυνθεί. Η ηλεκτροφωταύγεια από το τσιπ LED μετατρέπεται μερικώς ή πλήρως μέσω της φωτοφωταύγειας σε φωσφόρους. Τα περισσότερα λευκά LED συνδυάζουν την εκπομπή μικρού μήκους κύματος από τα μπλε τσιπ InGaN και το εκ νέου εκπεμπόμενο φως μεγαλύτερου μήκους κύματος από τους φωσφόρους. Η σκόνη φωσφόρου διασπείρεται σε πυρίτιο, εποξειδική μήτρα ή άλλες μήτρες ρητίνης. Η μήτρα που περιέχει φώσφορο επικαλύπτεται στο τσιπ LED. Λευκό φως μπορεί επίσης να παραχθεί με άντληση κόκκινου, πράσινου και μπλε φωσφόρου χρησιμοποιώντας ένα τσιπ υπεριώδους (UV) ή ιώδους LED. Σε αυτήν την περίπτωση, το λευκό που προκύπτει μπορεί να επιτύχει ανώτερη χρωματική απόδοση. Αλλά αυτή η προσέγγιση πάσχει από χαμηλή απόδοση επειδή η μεγάλη μετατόπιση μήκους κύματος που εμπλέκεται στην καθοδική μετατροπή του UV ή του ιώδους φωτός συνοδεύεται από υψηλή απώλεια ενέργειας Stokes.
Πλεονεκτήματα του φωτισμού LED
Η εφεύρεση των λαμπτήρων πυρακτώσεως πριν από έναν αιώνα έφερε επανάσταση στον τεχνητό φωτισμό. Επί του παρόντος, γινόμαστε μάρτυρες της επανάστασης του ψηφιακού φωτισμού που ενεργοποιείται από το SSL. Ο φωτισμός που βασίζεται σε ημιαγωγούς όχι μόνο προσφέρει πρωτοφανή σχεδίαση, απόδοση και οικονομικά οφέλη, αλλά επιτρέπει επίσης μια πληθώρα νέων εφαρμογών και προτάσεων αξίας που προηγουμένως θεωρούνταν μη πρακτικές. Η απόδοση από τη συγκομιδή αυτών των πλεονεκτημάτων θα αντισταθμίσει σημαντικά το σχετικά υψηλό αρχικό κόστος εγκατάστασης ενός συστήματος LED, για το οποίο υπάρχει ακόμη κάποιος δισταγμός στην αγορά.
1. Ενεργειακή απόδοση
Μία από τις κύριες δικαιολογίες για τη μετάβαση στον φωτισμό LED είναι η ενεργειακή απόδοση. Την τελευταία δεκαετία, οι φωτεινές αποδόσεις των λευκών συσκευασιών LED που μετατρέπονται από φώσφορο έχουν αυξηθεί από 85 lm/W σε πάνω από 200 lm/W, που αντιπροσωπεύει απόδοση μετατροπής ηλεκτρικής σε οπτική ισχύος (PCE) άνω του 60 τοις εκατό, σε τυπικό ρεύμα λειτουργίας πυκνότητα 35 A/cm2. Παρά τις βελτιώσεις στην απόδοση των μπλε LED InGaN, των φωσφόρων (αντίστοιχη απόδοση και μήκος κύματος με την απόκριση του ανθρώπινου ματιού) και της συσκευασίας (οπτική σκέδαση/απορρόφηση), το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ (DOE) λέει ότι υπάρχει περισσότερος χώρος για το PC-LED Οι βελτιώσεις απόδοσης και οι φωτεινές αποδόσεις περίπου 255 lm/W θα πρέπει να είναι πρακτικά δυνατές για τα μπλε LED της αντλίας. Οι υψηλές φωτεινές αποδόσεις είναι αναμφισβήτητα ένα συντριπτικό πλεονέκτημα των LED σε σχέση με τις παραδοσιακές πηγές φωτός - πυρακτώσεως (έως 20 lm/W), αλογόνου (έως 22 lm/W), γραμμικού φθορισμού (65-104 lm/W), συμπαγούς φθορισμού (46-87 lm/W), επαγωγικός φθορισμός (70-90 lm/W), ατμός υδραργύρου (60-60 lm/W), νάτριο υψηλής πίεσης (70-140 lm/W) , αλογονίδιο μετάλλου χαλαζία (64-110 lm/W) και αλογονίδιο μετάλλου κεραμικού (80-120 lm/W).
2. Οπτική απόδοση παράδοσης
Πέρα από τις σημαντικές βελτιώσεις στην αποτελεσματικότητα της πηγής φωτός, η ικανότητα επίτευξης υψηλής οπτικής απόδοσης φωτιστικού με φωτισμό LED είναι λιγότερο γνωστή στους γενικούς καταναλωτές αλλά ιδιαίτερα επιθυμητή από τους σχεδιαστές φωτισμού. Η αποτελεσματική παράδοση του φωτός που εκπέμπεται από τις πηγές φωτός στον στόχο ήταν μια σημαντική σχεδιαστική πρόκληση στη βιομηχανία. Οι παραδοσιακοί λαμπτήρες σε σχήμα λάμπας εκπέμπουν φως προς όλες τις κατευθύνσεις. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μεγάλο μέρος της φωτεινής ροής που παράγεται από τη λάμπα να παγιδεύεται μέσα στο φωτιστικό (π.χ. από τους ανακλαστήρες, τους διαχυτές) ή να διαφεύγει από το φωτιστικό σε κατεύθυνση που δεν είναι χρήσιμη για την προβλεπόμενη εφαρμογή ή απλώς προσβλητική για το μάτι. Τα φωτιστικά HID όπως το αλογονίδιο μετάλλου και το νάτριο υψηλής πίεσης είναι γενικά περίπου 60 τοις εκατό έως 85 τοις εκατό αποτελεσματικά στην κατεύθυνση του φωτός που παράγεται από τη λάμπα έξω από το φωτιστικό. Δεν είναι ασυνήθιστο οι εσοχές downlights και τα troffer που χρησιμοποιούν πηγές φωτός φθορισμού ή αλογόνου να παρουσιάζουν 40-50 τοις εκατό οπτικές απώλειες. Η κατευθυντική φύση του φωτισμού LED επιτρέπει την αποτελεσματική παροχή του φωτός και η συμπαγής μορφή των LED επιτρέπει την αποτελεσματική ρύθμιση της φωτεινής ροής χρησιμοποιώντας σύνθετους φακούς. Τα καλά σχεδιασμένα συστήματα φωτισμού LED μπορούν να προσφέρουν οπτική απόδοση μεγαλύτερη από 90 τοις εκατό.
3. Ομοιομορφία φωτισμού
Ο ομοιόμορφος φωτισμός είναι μία από τις κορυφαίες προτεραιότητες στα σχέδια φωτισμού εσωτερικού και εξωτερικού χώρου/δρόμου. Η ομοιομορφία είναι ένα μέτρο των σχέσεων της φωτεινότητας σε μια περιοχή. Ο καλός φωτισμός πρέπει να εξασφαλίζει ομοιόμορφη κατανομή των αυλών που προσπίπτουν σε μια επιφάνεια ή περιοχή εργασίας. Οι ακραίες διαφορές φωτεινότητας που προκύπτουν από τον ανομοιόμορφο φωτισμό μπορεί να οδηγήσουν σε οπτική κόπωση, να επηρεάσουν την απόδοση της εργασίας και ακόμη και να δημιουργήσουν ανησυχία για την ασφάλεια, καθώς το μάτι χρειάζεται να προσαρμοστεί μεταξύ των επιφανειών με διαφορά φωτεινότητας. Οι μεταβάσεις από έντονα φωτισμένη περιοχή σε περιοχή με πολύ διαφορετική φωτεινότητα θα προκαλέσουν μεταβατική απώλεια οπτικής οξύτητας, η οποία έχει μεγάλες επιπτώσεις στην ασφάλεια σε εξωτερικές εφαρμογές όπου εμπλέκεται η κυκλοφορία ενός οχήματος. Σε μεγάλες εσωτερικές εγκαταστάσεις, ο ομοιόμορφος φωτισμός συμβάλλει στην υψηλή οπτική άνεση, επιτρέπει την ευελιξία των θέσεων εργασίας και εξαλείφει την ανάγκη μετατόπισης των φωτιστικών. Αυτό μπορεί να είναι ιδιαίτερα ωφέλιμο σε βιομηχανικές και εμπορικές εγκαταστάσεις σε υψηλό κόλπο, όπου υπάρχει σημαντικό κόστος και ταλαιπωρία για τη μετακίνηση των φωτιστικών. Τα φωτιστικά που χρησιμοποιούν λαμπτήρες HID έχουν πολύ υψηλότερο φωτισμό ακριβώς κάτω από το φωτιστικό από ό,τι περιοχές πιο μακριά από το φωτιστικό. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα κακή ομοιομορφία (συνήθης αναλογία μέγ./λεπτό 6:1). Οι σχεδιαστές φωτισμού πρέπει να αυξήσουν την πυκνότητα του φωτιστικού για να εξασφαλίσουν ότι η ομοιομορφία του φωτισμού πληροί την ελάχιστη απαίτηση σχεδιασμού. Αντίθετα, μια μεγάλη επιφάνεια εκπομπής φωτός (LES) που δημιουργείται από μια σειρά από μικρού μεγέθους LED παράγει κατανομή φωτός με ομοιομορφία μικρότερη από 3:1 αναλογία max/min, η οποία μεταφράζεται σε μεγαλύτερες οπτικές συνθήκες καθώς και σε σημαντικά μειωμένο αριθμό εγκαταστάσεων στην περιοχή εργασιών.
4. Κατευθυντικός φωτισμός
Λόγω του σχεδίου κατευθυντικής εκπομπής τους και της υψηλής πυκνότητας ροής, τα LED είναι εγγενώς κατάλληλα για κατευθυντικό φωτισμό. Ένα κατευθυντικό φωτιστικό συγκεντρώνει το φως που εκπέμπεται από την πηγή φωτός σε μια κατευθυνόμενη δέσμη που ταξιδεύει αδιάκοπα από το φωτιστικό στην περιοχή στόχο. Οι στενά εστιασμένες δέσμες φωτός χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μιας ιεραρχίας σπουδαιότητας μέσω της χρήσης της αντίθεσης, για να κάνουν επιλεγμένα χαρακτηριστικά να βγαίνουν από το φόντο και για να προσθέσουν ενδιαφέρον και συναισθηματική έλξη σε ένα αντικείμενο. Τα κατευθυντικά φωτιστικά, συμπεριλαμβανομένων των προβολέων και των προβολέων, χρησιμοποιούνται ευρέως σε εφαρμογές φωτισμού έμφασης για να ενισχύσουν την προβολή ή να τονίσουν ένα στοιχείο σχεδίασης. Ο κατευθυντικός φωτισμός χρησιμοποιείται επίσης σε εφαρμογές όπου απαιτείται μια έντονη δέσμη για να βοηθήσει στην ολοκλήρωση απαιτητικών οπτικών εργασιών ή για την παροχή φωτισμού μεγάλης εμβέλειας. Τα προϊόντα που εξυπηρετούν αυτόν τον σκοπό περιλαμβάνουν φακούς, προβολείς, φώτα παρακολούθησης οχημάτων, προβολείς γηπέδου κ.λπ. Ένα φωτιστικό LED μπορεί να συμπληρώσει αρκετά την απόδοση φωτός του, είτε πρόκειται να δημιουργήσει μια πολύ καλά καθορισμένη "σκληρή" δέσμη για έντονο δράμα με COB LED ή για να πετάξετε μια μεγάλη δέσμη μακριά σε απόσταση με LED υψηλής ισχύος.
5. Φασματική μηχανική
Η τεχνολογία LED προσφέρει τη νέα δυνατότητα ελέγχου της φασματικής κατανομής ισχύος της πηγής φωτός (SPD), που σημαίνει ότι η σύνθεση του φωτός μπορεί να προσαρμοστεί για διάφορες εφαρμογές. Η φασματική δυνατότητα ελέγχου επιτρέπει στο φάσμα από προϊόντα φωτισμού να σχεδιαστεί ώστε να εμπλέκει συγκεκριμένες αποκρίσεις ανθρώπινου οπτικού, φυσιολογικού, ψυχολογικού, φυτικού φωτοϋποδοχέα ή ακόμα και ανιχνευτή ημιαγωγών (π.χ. κάμερα HD) ή συνδυασμό τέτοιων αποκρίσεων. Υψηλή φασματική απόδοση μπορεί να επιτευχθεί μέσω της μεγιστοποίησης των επιθυμητών μηκών κύματος και της αφαίρεσης ή μείωσης καταστροφικών ή περιττών τμημάτων του φάσματος για μια δεδομένη εφαρμογή. Σε εφαρμογές λευκού φωτός, το SPD των LED μπορεί να βελτιστοποιηθεί για την προδιαγεγραμμένη πιστότητα χρώματος και τη συσχετισμένη θερμοκρασία χρώματος (CCT). Με σχεδιασμό πολλαπλών καναλιών, πολλαπλών εκπομπών, το χρώμα που παράγεται από το φωτιστικό LED μπορεί να ελεγχθεί ενεργά και με ακρίβεια. Τα συστήματα ανάμειξης χρωμάτων RGB, RGBA ή RGBW που είναι ικανά να παράγουν ένα πλήρες φάσμα φωτός δημιουργούν άπειρες αισθητικές δυνατότητες για σχεδιαστές και αρχιτέκτονες. Τα δυναμικά λευκά συστήματα χρησιμοποιούν λυχνίες LED πολλαπλών CCT για να παρέχουν θερμή φωτεινότητα που μιμείται τα χρωματικά χαρακτηριστικά των λαμπτήρων πυρακτώσεως όταν είναι μειωμένα ή για να παρέχουν ρυθμιζόμενο λευκό φωτισμό που επιτρέπει ανεξάρτητο έλεγχο τόσο της θερμοκρασίας χρώματος όσο και της έντασης φωτός. Ο ανθρωποκεντρικός φωτισμός που βασίζεται σε ρυθμιζόμενη τεχνολογία λευκών LED είναι μια από τις δυναμικές πίσω από πολλές από τις τελευταίες εξελίξεις της τεχνολογίας φωτισμού.
6. Ενεργοποίηση/απενεργοποίηση
Τα LED ανάβουν με πλήρη φωτεινότητα σχεδόν αμέσως (σε μονοψήφιο έως δεκάδες νανοδευτερόλεπτα) και έχουν χρόνο απενεργοποίησης σε δεκάδες νανοδευτερόλεπτα. Αντίθετα, ο χρόνος προθέρμανσης ή ο χρόνος που χρειάζεται ο λαμπτήρας για να φτάσει στην πλήρη απόδοση του φωτός, των συμπαγών λαμπτήρων φθορισμού μπορεί να διαρκέσει έως και 3 λεπτά. Οι λαμπτήρες HID απαιτούν περίοδο προθέρμανσης αρκετών λεπτών πριν από την παροχή χρήσιμου φωτός. Το Hot restrike προκαλεί πολύ μεγαλύτερη ανησυχία από την αρχική εκκίνηση των λαμπτήρων αλογονιδίου μετάλλου που ήταν κάποτε η κύρια τεχνολογία που χρησιμοποιούνταν για φωτισμό υψηλής στάθμης και προβολείς υψηλής ισχύος σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις, στάδια και αρένες. Μια διακοπή ρεύματος σε μια εγκατάσταση με φωτισμό αλογονιδίου μετάλλων μπορεί να θέσει σε κίνδυνο την ασφάλεια και την ασφάλεια, επειδή η διαδικασία θερμής επαναφοράς των λαμπτήρων μεταλλικών αλογονιδίων διαρκεί έως και 20 λεπτά. Η άμεση εκκίνηση και η επανέναρξη θερμής λειτουργίας προσφέρουν τα LED σε μοναδική θέση για να εκτελούν αποτελεσματικά πολλές εργασίες. Όχι μόνο οι εφαρμογές γενικού φωτισμού επωφελούνται σε μεγάλο βαθμό από τον σύντομο χρόνο απόκρισης των LED, αλλά και ένα ευρύ φάσμα ειδικών εφαρμογών αποκομίζουν αυτή τη δυνατότητα. Για παράδειγμα, τα φώτα LED μπορεί να λειτουργούν σε συγχρονισμό με κάμερες κυκλοφορίας για να παρέχουν διακοπτόμενο φωτισμό για τη λήψη κινούμενου οχήματος. Τα LED ανάβουν 140 έως 200 χιλιοστά του δευτερολέπτου γρηγορότερα από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως. Το πλεονέκτημα του χρόνου αντίδρασης υποδηλώνει ότι τα φώτα φρένων LED είναι πιο αποτελεσματικά από τους λαμπτήρες πυρακτώσεως στην αποτροπή συγκρούσεων από πίσω σύγκρουση. Ένα άλλο πλεονέκτημα των LED στη λειτουργία μεταγωγής είναι ο κύκλος μεταγωγής. Η διάρκεια ζωής των LED δεν επηρεάζεται από τη συχνή εναλλαγή. Τα τυπικά προγράμματα οδήγησης LED για εφαρμογές γενικού φωτισμού βαθμολογούνται για 50,000 κύκλους μεταγωγής και είναι ασυνήθιστο τα προγράμματα οδήγησης LED υψηλής απόδοσης να αντέχουν 100,000, 200,000 ή ακόμα και 1 εκατομμύριο κύκλους μεταγωγής. Η διάρκεια ζωής των LED δεν επηρεάζεται από τη γρήγορη ανακύκλωση (εναλλαγή υψηλής συχνότητας). Αυτή η δυνατότητα καθιστά τα φώτα LED κατάλληλα για δυναμικό φωτισμό και για χρήση με χειριστήρια φωτισμού, όπως αισθητήρες πληρότητας ή φωτός ημέρας. Από την άλλη πλευρά, η συχνή ενεργοποίηση/απενεργοποίηση μπορεί να μειώσει τη διάρκεια ζωής των λαμπτήρων πυρακτώσεως, HID και λαμπτήρων φθορισμού. Αυτές οι πηγές φωτός έχουν γενικά μόνο μερικές χιλιάδες κύκλους μεταγωγής κατά τη διάρκεια της ονομαστικής διάρκειας ζωής τους.
7. Δυνατότητα θαμπώματος
Η ικανότητα παραγωγής φωτός με πολύ δυναμικό τρόπο προσφέρει τα LED τέλεια στον έλεγχο της φωτεινότητας, ενώ οι λαμπτήρες φθορισμού και HID δεν ανταποκρίνονται καλά στη μείωση της φωτεινότητας. Η μείωση της έντασης των λαμπτήρων φθορισμού απαιτεί τη χρήση ακριβών, μεγάλων και πολύπλοκων κυκλωμάτων προκειμένου να διατηρηθούν οι συνθήκες διέγερσης και τάσης αερίου. Η μείωση της φωτεινότητας των λαμπτήρων HID θα οδηγήσει σε μικρότερη διάρκεια ζωής και πρόωρη βλάβη της λάμπας. Οι λαμπτήρες αλογονιδίου μετάλλου και νατρίου υψηλής πίεσης δεν μπορούν να μειωθούν κάτω από το 50 τοις εκατό της ονομαστικής ισχύος. Επίσης, ανταποκρίνονται σε σήματα μείωσης της φωτεινότητας πολύ πιο αργά από τα LED. Η μείωση της φωτεινότητας των LED μπορεί να γίνει είτε μέσω μείωσης σταθερού ρεύματος (CCR), η οποία είναι πιο γνωστή ως αναλογική μείωση φωτεινότητας, είτε με εφαρμογή διαμόρφωσης πλάτους παλμού (PWM) στο LED, AKA digital dimming. Το αναλογικό dimming ελέγχει το ρεύμα μετάδοσης κίνησης που ρέει στα LED. Αυτή είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη λύση μείωσης του φωτισμού για εφαρμογές γενικού φωτισμού, αν και τα LED μπορεί να μην έχουν καλή απόδοση σε πολύ χαμηλά ρεύματα (κάτω από 10 τοις εκατό ). Το PWM dimming μεταβάλλει τον κύκλο λειτουργίας της διαμόρφωσης πλάτους παλμού για να δημιουργήσει μια μέση τιμή στην έξοδό του σε ένα πλήρες εύρος από 100 τοις εκατό έως 0 τοις εκατό. Ο έλεγχος μείωσης της φωτεινότητας των LED επιτρέπει την ευθυγράμμιση του φωτισμού με τις ανθρώπινες ανάγκες, τη μεγιστοποίηση της εξοικονόμησης ενέργειας, την ενεργοποίηση της ανάμειξης χρωμάτων και τον συντονισμό CCT και την επέκταση της διάρκειας ζωής των LED.
8. Ελεγχσιμότητα
Η ψηφιακή φύση των LED διευκολύνει την απρόσκοπτη ενσωμάτωση αισθητήρων, επεξεργαστών, ελεγκτών και διεπαφών δικτύου σε συστήματα φωτισμού για την εφαρμογή διαφόρων έξυπνων στρατηγικών φωτισμού, από δυναμικό φωτισμό και προσαρμοστικό φωτισμό μέχρι ό,τι φέρνει στη συνέχεια το IoT. Η δυναμική πτυχή του φωτισμού LED κυμαίνεται από απλή αλλαγή χρώματος έως περίπλοκες εκπομπές φωτός σε εκατοντάδες ή χιλιάδες ξεχωριστά ελεγχόμενους κόμβους φωτισμού και πολύπλοκη μετάφραση περιεχομένου βίντεο για προβολή σε συστήματα μήτρας LED. Η τεχνολογία SSL βρίσκεται στην καρδιά του μεγάλου οικοσυστήματος λύσεων συνδεδεμένου φωτισμού που μπορούν να αξιοποιήσουν τη συγκομιδή φωτός της ημέρας, την ανίχνευση πληρότητας, τον έλεγχο χρόνου, την ενσωματωμένη δυνατότητα προγραμματισμού και τις συσκευές συνδεδεμένες στο δίκτυο για τον έλεγχο, την αυτοματοποίηση και τη βελτιστοποίηση διαφόρων πτυχών του φωτισμού. Η μετεγκατάσταση του ελέγχου φωτισμού σε δίκτυα που βασίζονται σε IP επιτρέπει σε έξυπνα συστήματα φωτισμού με αισθητήρες να διαλειτουργούν με άλλες συσκευές εντός δικτύων IoT. Αυτό ανοίγει δυνατότητες για τη δημιουργία ενός ευρέος φάσματος νέων υπηρεσιών, πλεονεκτημάτων, λειτουργιών και ροών εσόδων που ενισχύουν την αξία των συστημάτων φωτισμού LED. Ο έλεγχος των συστημάτων φωτισμού LED μπορεί να εφαρμοστεί χρησιμοποιώντας μια ποικιλία πρωτοκόλλων ενσύρματης και ασύρματης επικοινωνίας, συμπεριλαμβανομένων πρωτοκόλλων ελέγχου φωτισμού όπως 0-10V, DALI, DMX512 και DMX-RDM, πρωτοκόλλων αυτοματισμού κτιρίων όπως BACnet, LON, KNX και EnOcean, και πρωτόκολλα που αναπτύσσονται στην ολοένα και πιο δημοφιλή αρχιτεκτονική mesh (π.χ. ZigBee, Z-Wave, Bluetooth Mesh, Thread).
9. Ευελιξία σχεδιασμού
Το μικρό μέγεθος των LED επιτρέπει στους σχεδιαστές εξαρτημάτων να κάνουν τις πηγές φωτός σε σχήματα και μεγέθη κατάλληλα για πολλές εφαρμογές. Αυτό το φυσικό χαρακτηριστικό δίνει στους σχεδιαστές μεγαλύτερη ελευθερία να εκφράσουν τη σχεδιαστική τους φιλοσοφία ή να συνθέσουν ταυτότητες επωνυμίας. Η ευελιξία που προκύπτει από την άμεση ενσωμάτωση των πηγών φωτός προσφέρει δυνατότητες δημιουργίας προϊόντων φωτισμού που συνδυάζουν τέλεια τη μορφή και τη λειτουργία. Τα φωτιστικά LED μπορούν να κατασκευαστούν για να θολώνουν τα όρια μεταξύ σχεδιασμού και τέχνης για εφαρμογές όπου υπάρχει εντολή για διακοσμητικό σημείο εστίασης. Μπορούν επίσης να σχεδιαστούν για να υποστηρίζουν υψηλό επίπεδο αρχιτεκτονικής ολοκλήρωσης και να συνδυάζονται σε οποιαδήποτε σχεδιαστική σύνθεση. Ο φωτισμός στερεάς κατάστασης οδηγεί σε νέες τάσεις σχεδιασμού και σε άλλους τομείς. Οι μοναδικές στυλιστικές δυνατότητες επιτρέπουν στους κατασκευαστές οχημάτων να σχεδιάζουν διακριτικούς προβολείς και πίσω φώτα που δίνουν στα αυτοκίνητα μια ελκυστική εμφάνιση.
10. Ανθεκτικότητα
Ένα LED εκπέμπει φως από ένα μπλοκ ημιαγωγών - αντί από έναν γυάλινο λαμπτήρα ή σωλήνα, όπως συμβαίνει στους λαμπτήρες πυρακτώσεως, αλογόνου, φθορισμού και HID παλαιού τύπου που χρησιμοποιούν νήματα ή αέρια για να παράγουν φως. Οι συσκευές στερεάς κατάστασης είναι γενικά τοποθετημένες σε μια πλακέτα τυπωμένου κυκλώματος με μεταλλικό πυρήνα (MCPCB), με σύνδεση που παρέχεται συνήθως από συγκολλημένα καλώδια. Χωρίς εύθραυστο γυαλί, χωρίς κινούμενα μέρη και χωρίς θραύση νήματος, τα συστήματα φωτισμού LED είναι επομένως εξαιρετικά ανθεκτικά σε κραδασμούς, κραδασμούς και φθορά. Η ανθεκτικότητα σε στερεά κατάσταση των συστημάτων φωτισμού LED έχει εμφανείς αξίες σε μια ποικιλία εφαρμογών. Μέσα σε μια βιομηχανική εγκατάσταση, υπάρχουν τοποθεσίες όπου τα φώτα υποφέρουν από υπερβολικούς κραδασμούς από μεγάλα μηχανήματα. Τα φωτιστικά που είναι εγκατεστημένα δίπλα σε δρόμους και σήραγγες πρέπει να αντέχουν επαναλαμβανόμενους κραδασμούς που προκαλούνται από βαρέα οχήματα που περνούν με υψηλή ταχύτητα. Οι κραδασμοί αποτελούν την τυπική εργάσιμη ημέρα των φώτων εργασίας που είναι τοποθετημένα σε οχήματα, μηχανήματα και εξοπλισμό κατασκευών, εξορύξεων και γεωργικών προϊόντων. Φορητά φωτιστικά σώματα, όπως φακοί και φανάρια κάμπινγκ, συχνά υπόκεινται σε κρούση σταγόνων. Υπάρχουν επίσης πολλές εφαρμογές όπου οι σπασμένοι λαμπτήρες αποτελούν κίνδυνο για τους επιβάτες. Όλες αυτές οι προκλήσεις απαιτούν μια στιβαρή λύση φωτισμού, που είναι ακριβώς αυτό που μπορεί να προσφέρει ο φωτισμός στερεάς κατάστασης.
11. Διάρκεια ζωής προϊόντος
Η μεγάλη διάρκεια ζωής ξεχωρίζει ως ένα από τα κορυφαία πλεονεκτήματα του φωτισμού LED, αλλά οι ισχυρισμοί για μεγάλη διάρκεια ζωής που βασίζονται καθαρά στη μέτρηση διάρκειας ζωής για τη συσκευασία LED (πηγή φωτός) μπορεί να είναι παραπλανητικοί. Η ωφέλιμη διάρκεια ζωής μιας συσκευασίας LED, μιας λάμπας LED ή ενός φωτιστικού LED (φωτιστικά σώματα) αναφέρεται συχνά ως το χρονικό σημείο όπου η έξοδος φωτεινής ροής έχει μειωθεί στο 70 τοις εκατό της αρχικής της απόδοσης ή L70. Συνήθως, τα LED (πακέτα LED) έχουν διάρκεια ζωής L70 μεταξύ 30,000 και 100,000 ωρών (σε Τα=85 βαθμούς ). Ωστόσο, οι μετρήσεις LM-80 που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της διάρκειας ζωής L70 των πακέτων LED χρησιμοποιώντας τη μέθοδο TM{10}} λαμβάνονται με τα πακέτα LED να λειτουργούν συνεχώς υπό καλά ελεγχόμενες συνθήκες λειτουργίας (π.χ. σε περιβάλλον ελεγχόμενης θερμοκρασίας και παρέχεται με σταθερό ρεύμα κίνησης DC). Αντίθετα, τα συστήματα LED σε εφαρμογές του πραγματικού κόσμου αντιμετωπίζονται συχνά με υψηλότερη ηλεκτρική υπερένταση, υψηλότερες θερμοκρασίες διακλάδωσης και σκληρότερες περιβαλλοντικές συνθήκες. Τα συστήματα LED μπορεί να παρουσιάσουν επιταχυνόμενη συντήρηση του αυλού ή οριστική πρόωρη αστοχία. Σε γενικές γραμμές, οι λαμπτήρες LED (λαμπτήρες, σωλήνες) έχουν διάρκεια ζωής L70 μεταξύ 10,000 και 25,000 ωρών, τα ενσωματωμένα φωτιστικά LED (π.χ. φώτα υψηλής θέσης, φώτα δρόμου, κάτω φώτα) έχουν διάρκεια ζωής μεταξύ 30, 000 ώρες και 60,000 ώρες. Σε σύγκριση με τα παραδοσιακά προϊόντα φωτισμού—πυρακτώσεως (750-2,000 ώρες), αλογόνου (3,{000-4,000 ώρες), συμπαγούς φθορισμού (8,000-10 ,000 ώρες) και αλογονίδιο μετάλλου (7,500-25,000 ώρες), τα συστήματα LED, ιδιαίτερα τα ενσωματωμένα φωτιστικά, παρέχουν σημαντικά μεγαλύτερη διάρκεια ζωής. Δεδομένου ότι τα φώτα LED δεν απαιτούν ουσιαστικά καμία συντήρηση, το μειωμένο κόστος συντήρησης σε συνδυασμό με την υψηλή εξοικονόμηση ενέργειας από τη χρήση των φώτων LED κατά τη διάρκεια της παρατεταμένης διάρκειας ζωής τους παρέχει τη βάση για υψηλή απόδοση επένδυσης (ROI).
12. Φωτοβιολογική ασφάλεια
Τα LED είναι φωτοβιολογικά ασφαλείς πηγές φωτός. Δεν παράγουν υπέρυθρη εκπομπή (IR) και εκπέμπουν αμελητέα ποσότητα υπεριώδους (UV) φωτός (λιγότερο από 5 uW/lm). Οι λαμπτήρες πυρακτώσεως, φθορισμού και αλογονιδίου μετάλλου μετατρέπουν το 73 τοις εκατό , το 37 τοις εκατό και το 17 τοις εκατό της ενέργειας που καταναλώνεται σε υπέρυθρη ενέργεια, αντίστοιχα. Εκπέμπουν επίσης στην περιοχή UV του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος—πυρακτώσεως (70-80 uW/lm), συμπαγούς φθορισμού (30-100 uW/lm) και αλογονιδίου μετάλλου (160-700 uW/lm) . Σε αρκετά υψηλή ένταση, οι πηγές φωτός που εκπέμπουν φως UV ή IR μπορεί να θέτουν φωτοβιολογικούς κινδύνους για το δέρμα και τα μάτια. Η έκθεση στην υπεριώδη ακτινοβολία μπορεί να προκαλέσει καταρράκτη (θόλωμα του συνήθως διαυγούς φακού) ή φωτοκερατίτιδα (φλεγμονή του κερατοειδούς). Η σύντομη έκθεση σε υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας IR μπορεί να προκαλέσει θερμικό τραυματισμό στον αμφιβληστροειδή του ματιού. Η μακροχρόνια έκθεση σε υψηλές δόσεις υπέρυθρης ακτινοβολίας μπορεί να προκαλέσει καταρράκτη του φυσητήρα γυαλιού. Η θερμική ταλαιπωρία που προκαλείται από το σύστημα φωτισμού πυρακτώσεως είναι από καιρό ενοχλητική στη βιομηχανία υγειονομικής περίθαλψης καθώς τα συμβατικά φώτα χειρουργικής εργασίας και τα φώτα οδοντιατρικής χειρουργικής χρησιμοποιούν πηγές φωτός πυρακτώσεως για να παράγουν φως με υψηλή πιστότητα χρώματος. Η δέσμη υψηλής έντασης που παράγεται από αυτά τα φωτιστικά αποδίδει μεγάλη ποσότητα θερμικής ενέργειας που μπορεί να κάνει τους ασθενείς πολύ άβολα.
Αναπόφευκτα, η συζήτηση της φωτοβιολογικής ασφάλειας εστιάζει συχνά στον κίνδυνο του μπλε φωτός, ο οποίος αναφέρεται σε μια φωτοχημική βλάβη του αμφιβληστροειδούς που προκύπτει από έκθεση σε ακτινοβολία σε μήκη κύματος κυρίως μεταξύ 400 nm και 500 nm. Μια κοινή παρανόηση είναι ότι τα LED μπορεί να είναι πιο πιθανό να προκαλέσουν κίνδυνο μπλε φωτός, επειδή τα περισσότερα λευκά LED που μετατρέπονται σε φώσφορο χρησιμοποιούν αντλία μπλε LED. Η DOE και η IES έχουν καταστήσει σαφές ότι τα προϊόντα LED δεν διαφέρουν από άλλες πηγές φωτός που έχουν την ίδια θερμοκρασία χρώματος σε σχέση με τον κίνδυνο μπλε φωτός. Τα LED που έχουν μετατραπεί σε φωσφόρο δεν ενέχουν τέτοιο κίνδυνο ακόμη και υπό αυστηρά κριτήρια αξιολόγησης.
13. Φαινόμενο ακτινοβολίας
Τα LED παράγουν ενέργεια ακτινοβολίας μόνο εντός του ορατού τμήματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος από περίπου 400 nm έως 700 nm. Αυτό το φασματικό χαρακτηριστικό δίνει στα φώτα LED ένα πολύτιμο πλεονέκτημα εφαρμογής έναντι των πηγών φωτός που παράγουν ενέργεια ακτινοβολίας έξω από το φάσμα του ορατού φωτός. Η υπεριώδης ακτινοβολία και η υπεριώδης ακτινοβολία από παραδοσιακές πηγές φωτός δεν ενέχουν μόνο φωτοβιολογικούς κινδύνους, αλλά επίσης οδηγούν σε υποβάθμιση του υλικού. Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι εξαιρετικά επιζήμια για τα οργανικά υλικά, καθώς η ενέργεια φωτονίων της ακτινοβολίας στη φασματική ζώνη υπεριώδους ακτινοβολίας είναι αρκετά υψηλή ώστε να παράγει οδούς άμεσης κοπής δεσμού και φωτοοξείδωσης. Η προκύπτουσα διαταραχή ή καταστροφή του χρωμοφόρου μπορεί να οδηγήσει σε αλλοίωση και αποχρωματισμό του υλικού. Οι εφαρμογές μουσείων απαιτούν φιλτράρισμα όλων των πηγών φωτός που παράγουν υπεριώδη ακτινοβολία άνω των 75 uW/lm, προκειμένου να ελαχιστοποιηθεί η μη αναστρέψιμη ζημιά στα έργα τέχνης. Το IR δεν προκαλεί τον ίδιο τύπο φωτοχημικής βλάβης που προκαλείται από την υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά μπορεί να συμβάλλει στη βλάβη. Η αύξηση της θερμοκρασίας της επιφάνειας ενός αντικειμένου μπορεί να οδηγήσει σε επιταχυνόμενη χημική δραστηριότητα και φυσικές αλλαγές. Η ακτινοβολία υπερύθρων σε υψηλές εντάσεις μπορεί να προκαλέσει σκλήρυνση της επιφάνειας, αποχρωματισμό και σκάσιμο των πινάκων, αλλοίωση καλλυντικών προϊόντων, ξήρανση λαχανικών και φρούτων, τήξη σοκολάτας και ζαχαροπλαστικής κ.λπ.
14. Ασφάλεια πυρκαγιάς και έκρηξης
Οι κίνδυνοι πυρκαγιάς και έκθεσης δεν είναι χαρακτηριστικό των συστημάτων φωτισμού LED, καθώς ένα LED μετατρέπει την ηλεκτρική ενέργεια σε ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία μέσω ηλεκτροφωταύγειας μέσα σε ένα πακέτο ημιαγωγών. Αυτό έρχεται σε αντίθεση με τις παλαιού τύπου τεχνολογίες που παράγουν φως θερμαίνοντας νήματα βολφραμίου ή διεγείροντας ένα αέριο μέσο. Μια αστοχία ή ακατάλληλη λειτουργία μπορεί να οδηγήσει σε πυρκαγιά ή έκρηξη. Οι λαμπτήρες αλογονιδίου μετάλλων είναι ιδιαίτερα επιρρεπείς σε κίνδυνο έκρηξης, επειδή ο σωλήνας τόξου χαλαζία λειτουργεί σε υψηλή πίεση (520 έως 3.100 kPa) και πολύ υψηλή θερμοκρασία (900 έως 1.100 μοίρες). Βλάβες μη παθητικού σωλήνα τόξου που προκαλούνται από συνθήκες λήξης ζωής του λαμπτήρα, από αστοχίες έρματος ή από τη χρήση ακατάλληλου συνδυασμού λαμπτήρα-έρματος μπορεί να προκαλέσουν θραύση του εξωτερικού λαμπτήρα του λαμπτήρα αλογονιδίου μετάλλου. Τα θερμά θραύσματα χαλαζία μπορεί να αναφλέξουν εύφλεκτα υλικά, εύφλεκτες σκόνες ή εκρηκτικά αέρια/ατμούς.
15. Επικοινωνία ορατού φωτός (VLC)
Τα LED μπορούν να ανάβουν και να σβήνουν με συχνότητα μεγαλύτερη από αυτή που μπορεί να ανιχνεύσει το ανθρώπινο μάτι. Αυτή η αόρατη δυνατότητα ενεργοποίησης/απενεργοποίησης ανοίγει μια νέα εφαρμογή για προϊόντα φωτισμού. Η τεχνολογία LiFi (Light Fidelity) έχει λάβει μεγάλη προσοχή στη βιομηχανία ασύρματων επικοινωνιών. Αξιοποιεί τις ακολουθίες "ON" και "OFF" των LED για τη μετάδοση δεδομένων. Σε σύγκριση με τις τρέχουσες τεχνολογίες ασύρματης επικοινωνίας που χρησιμοποιούν ραδιοκύματα (π.χ. Wi-Fi, IrDA και Bluetooth), το LiFi υπόσχεται χίλιες φορές μεγαλύτερο εύρος ζώνης και σημαντικά υψηλότερη ταχύτητα μετάδοσης. Το LiFi θεωρείται ως μια ελκυστική εφαρμογή IoT λόγω της πανταχού παρουσίας του φωτισμού. Κάθε φως LED μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως οπτικό σημείο πρόσβασης για ασύρματη επικοινωνία δεδομένων, εφόσον ο οδηγός του είναι ικανός να μετατρέπει περιεχόμενο ροής σε ψηφιακά σήματα.
16. Φωτισμός DC
Τα LED είναι συσκευές χαμηλής τάσης, με ρεύμα. Αυτή η φύση επιτρέπει στον φωτισμό LED να εκμεταλλεύεται τα δίκτυα διανομής συνεχούς ρεύματος χαμηλής τάσης (DC). Υπάρχει ένα επιταχυνόμενο ενδιαφέρον για συστήματα μικροδικτύων συνεχούς ρεύματος που μπορούν να λειτουργούν είτε ανεξάρτητα είτε σε συνδυασμό με ένα τυπικό δίκτυο κοινής ωφέλειας. Αυτά τα δίκτυα ηλεκτρικής ενέργειας μικρής κλίμακας παρέχουν βελτιωμένες διεπαφές με γεννήτριες ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (ηλιακή, αιολική, κυψέλες καυσίμου κ.λπ.). Η τοπικά διαθέσιμη ισχύς συνεχούς ρεύματος εξαλείφει την ανάγκη για μετατροπή ισχύος AC-DC σε επίπεδο εξοπλισμού, η οποία συνεπάγεται σημαντική απώλεια ενέργειας και είναι ένα κοινό σημείο αστοχίας σε συστήματα LED με τροφοδοσία AC. Ο υψηλής απόδοσης φωτισμός LED βελτιώνει με τη σειρά του την αυτονομία των επαναφορτιζόμενων μπαταριών ή των συστημάτων αποθήκευσης ενέργειας. Καθώς η δικτυακή επικοινωνία που βασίζεται σε IP κερδίζει δυναμική, το Power over Ethernet (PoE) εμφανίστηκε ως μια επιλογή μικροδικτύου χαμηλής κατανάλωσης για την παροχή ισχύος DC χαμηλής τάσης μέσω του ίδιου καλωδίου που παρέχει τα δεδομένα Ethernet. Ο φωτισμός LED έχει σαφή πλεονεκτήματα για την αξιοποίηση των δυνατοτήτων μιας εγκατάστασης PoE.
17. Λειτουργία σε ψυχρή θερμοκρασία
Ο φωτισμός LED υπερέχει σε περιβάλλοντα χαμηλών θερμοκρασιών. Ένα LED μετατρέπει την ηλεκτρική ισχύ σε οπτική ισχύ μέσω της ηλεκτροφωταύγειας έγχυσης, η οποία ενεργοποιείται όταν η δίοδος ημιαγωγών είναι ηλεκτρικά πολωμένη. Αυτή η διαδικασία εκκίνησης δεν εξαρτάται από τη θερμοκρασία. Η χαμηλή θερμοκρασία περιβάλλοντος διευκολύνει τη διάχυση της απορριπτόμενης θερμότητας που παράγεται από τα LED και έτσι τα απαλλάσσει από τη θερμική πτώση (μείωση της οπτικής ισχύος σε υψηλές θερμοκρασίες). Αντίθετα, η λειτουργία σε ψυχρή θερμοκρασία είναι μια μεγάλη πρόκληση για τους λαμπτήρες φθορισμού. Για να τεθεί σε λειτουργία ο λαμπτήρας φθορισμού σε ψυχρό περιβάλλον απαιτείται υψηλή τάση για την εκκίνηση του ηλεκτρικού τόξου. Οι λαμπτήρες φθορισμού χάνουν επίσης σημαντικό μέρος της ονομαστικής απόδοσης φωτός τους σε θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν, ενώ τα φώτα LED αποδίδουν στο μέγιστο δυνατό βαθμό σε ψυχρά περιβάλλοντα—ακόμη και έως -50 βαθμούς . Επομένως, τα φώτα LED είναι ιδανικά για χρήση σε καταψύκτες, ψυγεία, ψυκτικές εγκαταστάσεις και εφαρμογές σε εξωτερικούς χώρους.
18. Περιβαλλοντικές επιπτώσεις
Τα φώτα LED παράγουν σημαντικά λιγότερες περιβαλλοντικές επιπτώσεις από τις παραδοσιακές πηγές φωτισμού. Η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας μεταφράζεται σε χαμηλές εκπομπές άνθρακα. Τα LED δεν περιέχουν υδράργυρο και έτσι δημιουργούν λιγότερες περιβαλλοντικές επιπλοκές στο τέλος της ζωής τους. Συγκριτικά, η απόρριψη λαμπτήρων φθορισμού και HID που περιέχουν υδράργυρο περιλαμβάνει τη χρήση αυστηρών πρωτοκόλλων διάθεσης απορριμμάτων.
Μειονεκτήματα και προκλήσεις του φωτισμού LED
Μην ενθουσιάζεστε με τον πλούτο των πλεονεκτημάτων που προσφέρει ο φωτισμός LED. Αν και αυτή η τεχνολογία είναι σίγουρα ένα επίτευγμα ορόσημο στην ιστορία του ηλεκτρικού φωτισμού, εγείρει από μόνη της προβλήματα. Η βιομηχανία φωτισμού αντιμετωπίζει μια πρόκληση σε μέγεθος που δεν είχε ποτέ να αντιμετωπίσει στο παρελθόν. Ο φωτισμός στερεάς κατάστασης άλλαξε τη φιλοσοφία του σχεδιασμού και της μηχανικής. Τα συστήματα φωτισμού δεν είναι πλέον ανόητα φωτιστικά, έχουν εξελιχθεί σε ηλεκτρονικά ισχύος. Με άλλα λόγια, ο σχεδιασμός των συστημάτων φωτισμού είναι πρωτόγνωρα περίπλοκος. Τα LED είναι αυτοθερμαινόμενες, ευαίσθητες στο ρεύμα και φωτεινές πηγές φωτός ημιαγωγών. Αυτό προκαλεί τη μεγαλύτερη ανησυχία του φωτισμού LED—η απόδοση και η αξιοπιστία ενός συστήματος LED βασίζονται σε μεγάλο βαθμό σε μια πολυδιάστατη εργασία. Οι μετρήσεις του πακέτου LED είναι μόνο μια πτυχή του ολιστικού σχεδιασμού και της μηχανικής συστημάτων ενός συστήματος φωτισμού LED. Πολλοί άλλοι αλληλεξαρτώμενοι παράγοντες μπαίνουν στο παιχνίδι, συμπεριλαμβανομένης της θερμικής διαχείρισης, της ρύθμισης ρεύματος κίνησης και του οπτικού ελέγχου.
Οι ειδικοί στις πολυθρόνες συχνά συντάσσουν μια μακρά λίστα μειονεκτημάτων για τον φωτισμό LED. Και για να κάνουν την ιστορία εντυπωσιακή, δεν θα ξεχνούσαν ποτέ να αναφέρουν ότι ο φωτισμός LED μπορεί να προκαλέσει κινδύνους στο μπλε φως. Το λευκό φως είναι βασικά ένα μείγμα μηκών κύματος από διαφορετικές χρωματικές ζώνες. Όλα τα λευκά με την ίδια εμφάνιση χρώματος, ανεξάρτητα από τις πηγές φωτός από τις οποίες εκπέμπεται το φως, έχουν περίπου την ίδια αναλογία μπλε μηκών κύματος σε όλο το ορατό φάσμα. Η χρωματική εμφάνιση του λευκού φωτός μπορεί να χαρακτηριστεί ότι έχει συσχετισμένη θερμοκρασία χρώματος (CCT). Το μπλε περιεχόμενο μιας φωτεινής πηγής αντιστοιχεί γενικά στο CCT της. Όσο υψηλότερο είναι το CCT τόσο μεγαλύτερη είναι η αναλογία των μπλε μηκών κύματος. Υπό τις ίδιες συνθήκες φωτεινότητας και φωτισμού, η μπλε ακτινοβολία από ένα προϊόν LED 3000 K είναι τόσο χαμηλή όσο αυτή από μια λάμπα πυρακτώσεως 3000 K και η μπλε ακτινοβολία από ένα προϊόν LED 6000 K είναι τόσο υψηλή όσο αυτή από μια λάμπα φθορισμού 6000 K. Όπως και με άλλες πηγές φωτός, ο κίνδυνος του μπλε φωτός σπάνια προκαλεί ανησυχία για τα λευκά LED. Η ικανότητα σχεδιασμού της φασματικής σύνθεσης του λευκού φωτός είναι ένα τεράστιο πλεονέκτημα της τεχνολογίας LED. Με τον φωτισμό LED, μπορεί να παραχθεί οποιαδήποτε φασματική σύνθεση φωτός που συμβάλλει θετικά στην ανθρώπινη υγεία και ευημερία. Ο ανθρωποκεντρικός φωτισμός, μια σημαντική τάση τεχνολογίας που οδηγεί την ανάπτυξη της βιομηχανίας φωτισμού, συγκεντρώνει την ικανότητα συντονισμού CCT των συστημάτων LED για να προσαρμόσει την ποσότητα της μπλε ακτινοβολίας για ένα υγιές φάσμα λευκού φωτός.
Στην πραγματικότητα, ο φωτισμός LED έχει μόνο μερικά εγγενή μειονεκτήματα.
Η πιο γνωστή αδυναμία του φωτισμού LED είναι ότι τα LED παράγουν ένα υποπροϊόν - θερμότητα. Τα LED ονομάζονται συσκευές θέρμανσης πώλησης επειδή παράγουν θερμότητα μέσα στη συσκευασία της συσκευής - αντί να ακτινοβολούν θερμότητα με τη μορφή υπέρυθρης ενέργειας. Περίπου η μισή ηλεκτρική ενέργεια που τροφοδοτείται σε ένα LED μετατρέπεται σε θερμότητα, η οποία πρέπει να μεταφερθεί και να μεταφερθεί μέσω μιας φυσικής θερμικής διαδρομής. Η αποτυχία διατήρησης της θερμοκρασίας σύνδεσης της συσκευής κάτω από ένα καθορισμένο όριο μπορεί να επιταχύνει την κινητική των μηχανισμών αστοχίας όπως η δημιουργία ατομικών ελαττωμάτων και η ανάπτυξη στην ενεργό περιοχή της διόδου, η ενανθράκωση και το κιτρίνισμα του ενθυλακωτικού και ο αποχρωματισμός του περιβλήματος της πλαστικής συσκευασίας. Πέρα από τη μέγιστη ονομαστική θερμοκρασία διακλάδωσης, η διάρκεια ζωής ενός LED θα μειώνεται κατά 30 τοις εκατό έως 50 τοις εκατό για κάθε αύξηση κατά 10 βαθμούς Κελσίου στη θερμοκρασία διασταύρωσης.
Η πιο άγνωστη, αλλά και η μεγαλύτερη αδυναμία του φωτισμού LED είναι ότι τα LED είναι ευαίσθητα ηλεκτρονικά ηλεκτρικά. Είναι εξαιρετικά επιλεκτικοί ως προς το φαγητό τους - ρεύμα κίνησης. Για τα LED, η υψηλή ευαισθησία τους στο ρεύμα προς τα εμπρός είναι ένα δίκοπο μαχαίρι. Παρέχει στα συστήματα φωτισμού ανώτερη δυνατότητα ελέγχου, αλλά επίσης κάνει τη ρύθμιση του ρεύματος κίνησης εξαιρετικά δύσκολη. Μια πολύ μικρή αλλαγή στο ρεύμα κίνησης θα προκαλέσει διακυμάνσεις στην έξοδο φωτός. Τα LED είναι συσκευές με DC, ωστόσο συχνά πρέπει να τροφοδοτούνται με πηγή εναλλασσόμενου ρεύματος. Η ατελής καταστολή της εναλλασσόμενης κυματομορφής μετά την ανόρθωση μπορεί να οδηγήσει σε υπολειπόμενο κυματισμό (υπολειπόμενη περιοδική διακύμανση) στην έξοδο ρεύματος από τον οδηγό προς τα LED. Αυτός ο κυματισμός κάνει τα LED να τρεμοπαίζουν με διπλάσια συχνότητα από την τάση εισερχόμενης γραμμής, δηλαδή 100Hz ή 120Hz. Η ηλεκτρική και θερμική αλληλεξάρτηση των LED προσθέτει επίσης πολυπλοκότητα στη ρύθμιση φορτίου. Καθώς η θερμοκρασία της διασταύρωσης αυξάνεται, η τάση προς τα εμπρός μειώνεται, η ηλεκτρική ισχύς που παρέχεται στο LED μειώνεται επίσης. Από την άλλη πλευρά, όσο υψηλότερο είναι το ρεύμα κίνησης τόσο μεγαλύτερη είναι η απορριπτόμενη θερμότητα που παράγεται στο καλούπι ημιαγωγών. Η υπερβολική οδήγηση για την οποία χαρακτηρίζεται ένα LED μπορεί να οδηγήσει σε πρόωρη αστοχία του LED λόγω θερμικής διαφυγής. Ωστόσο, η πιο επιζήμια απειλή για τα LED προέρχεται από τις ηλεκτρικές υπερτάσεις (EOS). Ένα EOS εμφανίζεται όταν το ρεύμα ή η τάση του κινητήρα υπερβαίνει τις μέγιστες ονομαστικές τιμές του στοιχείου. Υπάρχουν πολλές πιθανές πηγές ηλεκτρικών υπερτάσεων, οι οποίες περιλαμβάνουν την ηλεκτροστατική εκφόρτιση (ESD), το ρεύμα εισόδου ή άλλους τύπους παροδικών υπερτάσεων ισχύος. Επομένως, η ευπάθεια των LED σε διάφορους τύπους ηλεκτρικών καταπονήσεων απαιτεί αυστηρή ρύθμιση του ρεύματος κίνησης.
Ένα τρίτο μειονέκτημα είναι ότι τα LED έχουν υψηλή πυκνότητα ροής. Οι συγκεντρωμένες πηγές φωτός του κατευθυντικού φωτός μπορούν ενδεχομένως να δημιουργήσουν λάμψη. Οι υψηλές φωτεινότητες στο οπτικό πεδίο παρεμβαίνουν στην όραση (ανάπτυξη αναπηρίας) ή προκαλούν μια αίσθηση ερεθισμού ή πόνου (ενόχληση δυσφορίας). Πρόσθετα οπτικά στοιχεία για τον μετριασμό της αντανάκλασης μπορούν να ενσωματωθούν στο σχεδιασμό των φωτιστικών, αλλά συχνά οδηγούν σε υψηλή οπτική απώλεια.
Το τελευταίο αλλά όχι λιγότερο σημαντικό, η αυξημένη πολυπλοκότητα του σχεδιασμού του συστήματος οδηγεί σε υψηλότερο πρώτο κόστος των προϊόντων LED σε σύγκριση με τα παλαιού τύπου προϊόντα φωτισμού. Αυτό καθιστά τη βελτιστοποίηση κόστους σημαντικό μέρος της διαδικασίας σχεδιασμού του φωτιστικού. Όταν η πίεση κόστους υπερβαίνει την απόδοση και την αξιοπιστία των προϊόντων, θα προκύψει μια σειρά προβλημάτων.
