Mikä on led?

Nykyisin suurin osa käytössä olevista valaisimista on led-valaisimia, joissa on sisällä useampi led-chip. Niitä käytetään niin yleisvalaistuksessa, ajovaloina kuin mainosvaloinakin. Myös ulkokäytössä olevia näyttöjä toteutetaan led-tekniikalla. Ja ei ihme! Onhan kyseessä edeltäjiään energiatehokkaampi, kirkkaampi, edullisempi, pitkäikäisempi ja ympäristöystävällisempi ratkaisu.

Miten led toimii ja miten halogeeni toimii?

LED eli loistediodi. Lyhenne tulee sanoista Light-Emitting Diode. Diodi on laite, joka päästää sähköä vain yhteen suuntaan ja tuottaa valoa kun sen läpi johdetaan sähkövirta. Led on puolijohdekomponentti eli se johtaa sähköä paremmin kuin eriste, mutta huonommin kuin johdin. Ledin toiminta perustuu elektroluminenssiin, jossa kiinteään aineeseen johdettu sähkövirta saa aineen emitoimaan eli säteilemään valoa.

Ledit säästävät ympäristöä tehokkaan energiankäyttönsä ansiosta, mutta ne ovat lisäksi myös käyttäjälleen taloudellisia, kun tarkastellaan sähkölaskua. Sähkölaskun hinta todennäköisesti tipahtaa, kun halogeenit vaihdetaan ledeihin. Tämä johtuu siitä, että halogeeneissä energiaa kuluu enemmän kun valo tuotetaan eri tavalla: halogeenin toimintaperiaatteena on että lampussa olevat hehkulangat kuumenevat niin paljon, että ne hohtavat ja silloin saadaan valoa. Tosin se energiamäärä, joka tähän kuluu, muuttuu suurimmalta osin lämmöksi ja vain 5% tulee valoksi.

vanhoja halogeenilamppuja
led-nauhassa tiheästi led-chip

Pieniteholedejä on jo pitkään ollut käytössä elektroniikassa kuten kaukosäätimen merkkivaloissa. Ledit ovat ovat ottaneet suuria kehitysaskeleita alkuajoista ja valaisimissa käytetäänkin suurteholedejä eli teholedejä.

Sen lisäksi että ledit ovat ympäristöystävällisiä pienen energiantarpeensa takia, ne ovat myös pitkäikäisiä. Tästä syystä niissä on pitkät huoltovälit ja ledejä voidaankin käyttää mm. korkeissa tiloissa, joissa valaisimeen on hieman hankalampi päästä käsiksi.

Ledin valkoinen valo

Olet ehkä aiemmin kuullut, että valkoinen valo on yhdistelmä kaikkia valospektrin värejä. Ledeissä ei kuitenkaan ole vielä keksitty, miten saataisiin tuotettua suoraan valkoista valoa.

Yleensä led-chipin valon alkuperäinen väri on sininen, jota sitten muokataan tarpeen mukaan eri fosforijauhesekoituksilla. Alkuperäisen valon värinä saattaa kuitenkin olla myös punainen, keltainen tai vihreä riippuen siitä, mitä alkuaineita on käytetty puolijohteen valmistukseen ja seostamiseen. Alkuaineet valitaan sen mukaan, missä on sopiva elektronirakenne.

Jotta ledistä saadaan silmin havaittavaa valkoista valoa, fosforijauheiden käyttäminen sinisen ledin päällä on vain yksi tapa päästä haluttuun lopputulokseen. Toinen tapa saada valkoisena havaittavaa valoa on yhdistää punaista, sinistä ja vihreää valon väriä ja tällöin on kyseessä RGB. Menetelmä on käytössä mm. RGBW led-nauhoissa sekä RGB led-valonlähteissä. RGB-ledejä käyttäessä päätarkoituksena ei yleensä ole valkoinen yleisvalaistus vaan tavoitteena on värikäs ja muunneltava koristevalaistus eri väreissä.

Fosforijauheen käyttäminen on yleisempi tapa, koska se on edullisempaa kuin eri valojen yhdistely. Tavoitteena tällöin on saada nimenomaan yleisvalaistukseen silmin havaittavaa valkoista valoa.


Led-chipin valmistusprosessissa voidaan säätää montaa ominaisuutta

Jotta alun perin sinisestä valosta saadaan valkoista ja siihen saadaan halutut ominaisuudet, mm. näitä voidaan muokata led-chipin valmistusprosessin aikana:

Aallonpituus – Tätä ominaisuuttaa saadaan säädettyä led-fosforilla. Led-fosfori on kemiallinen jauhe, joka muuttaa sinisen valon kirkkaaksi valkoiseksi valoksi. Fosfori muuntaa korkean energian sinisen valon aallonpituuden matalammalle aallonpituudelle. Värilämpötilat määräytyvätkin eri aallonpituuksien mukaan.

Jännite – valmistusprosessin aikana led-chipille määritetään tietty jännite eli volttimäärä. Tämä määrittää sen, miten vahvasti led tuottaa valoa. Koska sähkön hyötysuhde pystytään määrittämään valmistusvaiheessa, ledeillä on eri volttimääriä ja ne tuottavat eri vahvuista valoa.

Kirkkaus – Led-chipissä voidaan määrittää myös valontuotto ja se, kuinka kirkkaasti led-valo palaa.

Ledien yhteydessä puhutaan useista eri lyhenteistä, joilla ilmaistaan ledin ominaisuuksia ja niistä voit lukea lisää täältä.

Ledeissä tekniikka kehittyy jatkuvasti ja tarjolla on moniin eri tarkoituksiin sopivia ledejä esimerkiksi mainosvaloihin, ulkonäyttöihin ja sisätilojen yleisvalaistukseen.

SMD (Surface Mounted Diode)

COB (Chip on Board)

MCOB (Multiple Chips on Board)

MCCOB (Multiple Chips and Cups on Board)

Led-nauhan valmistus led-chipeistä

Edellä kuvattiin, miten led toimii ja miten ledeistä saadaan valkoista valoa. Yksittäisellä led-chipillä ei valaistuskäytössä vielä paljoa tee, joten led-chipit kiinnitelläänkin esimerkiksi led-nauhoihin tai led-valonlähteisiin. Kun led-tekniikka valmistusprosesseineen ei ollut vielä nykyisenkaltaista, led-chipit kiinnitettiin alustoihin jopa käsin. Nykypäivänä valmistusprosessi on kuitenkin automatisoitua ja robotit hoitavat led-chipien juotokset, fosforoinnit ja muut kiinnittämiset.

No miten led-chipin ja led-nauhan valmistusprosessi sitten menee, kun tavoitteena on saada led-nauhasta valkoista valoa?

Led-chip asetetaan muovirasiaan ja se juotetaan paikoilleen. Laadukkaassa ledissä tämä vaihe on tehty hyvin ja liitokset ovat pitäviä.

Seuraavassa vaiheessa led-chipille tehdään fosforikäsittely. Fosforijauheen ja silikonin sekoituksella voidaan määrittää se, minkä sävyinen valo halutaan. Tässä saadaan määritettyä esimerkiksi kelvinit ja värintoisto eli Ra. Fosfori kuumennetaan kiinni led-chipiin. Näin saadaan myös suojattua led ympäristön epäpuhtauksilta ja pölyltä.

Kaikki valmistetut led-chipit käytetään spektrometrissä. Kone testaa jokaisen led-chipin ja lajittelee ne valon värisävyn ja lumenien mukaan. Erityisesti led-nauhoissa on tärkeää, että jokaisen led-chipin valonsävy on saman värinen; kun led-nauhaa käytetään sisätiloissa yleisvalaistuksessa, valkoista kattoa vasten yhdenkin led-chipin värisävypoikkeaman voi havaita silmin. Jos halutaan edullinen led-nauha, yhdessä led-nauhassa saatetaan käyttää useampaa eri sävyistä valkoista värisävyä samassa ledissä, jolloin laatu vaihtelee. 

Kun led-chipit jaotellaan tarkasti usean eri valon värisävyn mukaan, saadaan yhteen led-nauhaerään käyttöön vai rajallinen määrä valmistetuista led-chipeistä ja hinta nousee. Mutta näin laatu on tasainen eikä valmiissa led-nauhassa ole silmin havaittavia valonsävyeroja. Laadukkailla led-nauhoilla valaistuskohteen lopputulos on varmasti halutunlainen. Kun otat nauhat samalta toimittajalta, tiedät että saat tasaista laatua.

Led-nauhan piirilevyyn painetaan juotostina ja näin valmistuneeseen pohjaan kiinnitetään komponentit ja led-chipit. Lopuksi valmis nauha komponentteineen kuumennetaan eri lämpötiloissa, jotta komponentit ja juotokset kiinnittyvät nauhaan.

spektrometri EXF-180E
spektrometri testaa led-chipit

Koska työvaihteita on automatisoidussa led-valmistusprosessissa useita, laatu voi tehdaskohtaisesti vaihdella. Kun tilaat ledit samalta toimittajalta, laatu on tasaisempaa kuin jos tilaisit suoraan mistä tahansa led-tehtaasta, joiden led-nauhojen laadusta et ole varma.



Herättikö teksti ajatuksia? Kerro meille.
{"email":"Email address invalid","url":"Website address invalid","required":"Required field missing"}