Spot vs Cetus

LUMINA SI iluminat CU LEDProf Dr Eng S. Matei

luminaUn flux de fotoni, ce sunt particule fara masa ce cltoresc cu viteza luminii avand proprietatile undelor electromagnetice. Fotonul este cea mai mica cantitate de energie ce poate fi transportata-quantum theory.Interacioneaz cu materia si poate suferi modificari. Prin studierea originii luminii se poate determina proprietatile materiei cu care a interacionat- astronomie.

IncandescentaFosforescenta (fotoluminescenta-florescenta)Electroluminescenta (material subtiri ZnS-Cu)Solid-state (LED, OLED, PLED, etc)

Tehnologii de generare a luminiiStraturi subtiri organice intre doua armaturi-photoluminiscentaOLED

Compuse din doua armaturi exterioare anod cathodStraturi Emissive si conductive sunt intre cathod sianode Un current is applicat pe LED, cand electronii se misca de la cathod la anodCathodul produce electroni in stratul emissiv, cand anodul extrage electronii din stratul conductivStratul emissiv layer devine negativ in timp ce stratul conductiv devine mai positiveCele doua sarcini se recombine in stratul emissiv , producand o scadere a nivelului energetic al electronilor Scaderea nivelului energetic produce radiatii in spectrum vizibil, emisie de lumina Amoled-Active matrix organic ledpmoled-passive matrix oled

utilizat in telefoanele mobile

Controlul secvential al randurilor (liniilor)vs dimensiune mica absenta capacitatilor pixel sunt Panouri publicitare , litere luminoase sau aplicatii ce necesita suprafete luminoase largiEL panouLAMPA CU STRATURI ELECTROLUMINISCENTE

Pled polimer semiconductor

led

CUM FUNCTIONEAZACUM SE FABRICA?

ProcessLucruri esentiale despre LEDLight emitting diodes (LEDs) sunt semiconductori capabili sa emita fotoni. Straturi de substante chimice pure sunt depuse in reactoare pe un substrat wafers. Acestea sunt taiate (sau inlaturate) pentru a creea o structura unica chips (die). Componenta chimica determina culoarea.

11

Materiale semiconductoare pentru LEDNota: Phosphor de conversie nu este acelasi cu elemental chimic Phosphor!12

Acest sapphire va fi taiat in 4-inch wafers, si lustruit. Acesta este substrat pentru viitorul semiconductor, similar cu silicon carbide (SiC). SiC este dificila cresterea >2-inch.Technologia Wafer13Forme Structuri semiconductoare P-N de baza

Tehnologia moderna Flip-Chip

Exemplu structure flip chip

Capsula package contine una sau mai multe structuri fiecare avand electrod pozitiv si negativ. Ele pot fi capsulate in epoxy sau slicone si ar putea avea un sistem optic componente termice si intelligence.Alternativ, structurile sunt atasate direct pe circuitul imprimat (chip on board, COB).

Tehnologia multichip

COB (chip on board) vs smd (surface mount device)

PAUZAGenerarea luminii albe

Lumina AlbaSensibilitatea ochiului diferaCuloarea alba compusa din min doua componente spectraleComparatia doua surse de iluminat este subiectivaPerceptia luminii20Producerea Luminii Albe cu LED Perecem lumina alba cand vedem o combinatie de de lungimi de unda vizibile.

RGB (tristimulus): Combina LED discrete , fiecare emite lumina Red, Green si Blue, in aceiasi structura.

B+Y (binary complementary): structura LED emite blue (sau UV) care excita un phosphor de conversie care emite yellow.

21

Spatiul CulorilorDiagrama de culoare CIE in coordonate(x,y)

LEDsBlue die + Y phosphorsau,UV die+multi-phosphors

R+G+B=WB+Y=W 22Principii de generare a luminii albe pentru LED Albastru+Phosphor+Rosu

Alb cald (90

Eficienta mare > 80lm/W @ Tc65

Variatii de albBeneficiarii isi doresc o paleta larga de white light. (CRI ridicat, temperatura de culoare consistenta si coordonate x,y apropiate).

Alb cals is rece difera cu regiunile geografice.

24

Lampa fluorescenta 3000K cu CRI redus

Trei componente prezente. Acestea vor fi accentuate in redarea culorilor obiectului. Aceasta lampa are 3000K si un CRI 82. De remarcat trecerile prin zero.Distributie Spectrala lampi fluorescente

Distributia spectrala (SPD) pentru differite surse de lumina

LED

The Sun

Incandescent

Understand and solve fundamental technical and practical challenges for LED lighting3232Spectrum

FLMetal HalideLED CRI 62

LED CRI 80 R9 11

LED CRI 84 R9 23

T5 Fluorescent CRI 83 R9 32

HID 35W CRI 80 R9 -42Incandescent CRI 100 R9 99

Red LED Blue LED PC Amber LED Wharm white Neutral white Cool whiteCurba de sensibilitate a ochiului

Flux:puterea luminoasaRadiant: in domeniul 0.01 pana la 1000 m flux total (cel radiat)Luminos: in domeniul vizibil 0.38 pana la 0.7 m (cel receptionat/vizibil)Fluxului luminos (lumen: lm) este echivalentul fotometrice pentru watt, si ponderat pentru a se potrivi cu rspunsul ochiului observatorului "standard". Lumina galben-verde are cea mai mare pondere, deoarece stimuleaza mai mult ochiul decat albastru sau rou cu aceiasi putere radiometrica: 1 watt at 555 nm = 683.0 lumens Flux luminos este energia pe unitatea de timp , radiat de o surs cu lungime de und in domeniul vizibil v = dQ / dt

Candela-puterea intr-o directieCandela este unitatea de baza a intensitii luminoase; Puterea emise de o surs de lumin ntr-o anumit direcie, ponderat de funcia de luminozitate (un model standardizat de sensibilitate a ochiului uman la diferite lungimi de und). O lumanare emite lumina cu o intensitate luminoas de aproximativ 1 cd. Dac n unele direcii emisia este blocat de o barier opac, emisia ar fi nc 1 cd n direciile care nu sunt blocate. Reflexia-apreciere subiectivaStralucirea (intensitatea) perceputa ca reflexie de pe o suprafata nu este o functie liniara.Psihologic s-a determinat ca stralucirea perceputa creste cu logaritmul fluxului

EFICIENTA luminoasaEficienta aplicatiei mai importanta decat a lampi sau aparatului de iluminat. Poate schimba modul in care se specifica si utilizeaza corpurile de iluminat.Eficacitatea sistemului :corpul de iluminat este privit ca un sistem ce poate fi modelat matematic pentru a atinge maximum de eficacitate.Lumina acolo unde este nevoie = E AO iluminare cu eficacitate ridicata a aplicatiei (EA) trebuie s furnizeze lumina acolo unde este nevoie. Lumina absorbita de corpul de iluminat sau direcionata ctre alte zone dect cele destinate este o pierdere.

eficientaEA, poate fi folosita pentru a compara eficiena energetic a corpurilor de iluminat, fr a considera o aplicaie specific.

= ?Light sourcesIncandescent

Fluorescent

HID48

Definitia Mentinerii fluxului luminos Lumen Maintenance pg. 49

L70 = 10,000 oreDegradarea fluxului luminos a unei surse de lumina de-a lungul duratei de operare raportat la valoarea masurata initial.Lxx = timpul pana la xx% din valoarea initialaL70 = timpul pana 70% din valoarea fluxului initialL50 = timpul pana 50% din valoarea fluxului initial

Lumen Maintenance: pentru o lampa ipotetica HIDSursele de lumina Traditionale scad gradual pana la defectare (burn out)Eco Design: Reglementari244/2009Eficienta min 50lm/W creste la 60lm/WPmax=0.24+0.0103 unde 600lmPmax=0.20 unde >600lmObligativitate in 2011METROLOGIE ledMasurarea iluminantei -luxmetruRspunsul fotometrului urmareste ndeaproape rspunsul fotopic al ochiului. Pentru testarea LED-uri, de aproape nu este precis, dup cum am observat deja. Filtrele Fotometrelor sunt n mod normal, calibrate n raport cu o lamp cu incandescen de referin (a iluminantului standard CIE o lamp cu filament funcioneaz la temperatura de culoare de 2856 K).

DiferenteOrice filtru de fotometru care este calibrat cu un iluminant A va fi n mod inerent corect (de obicei 3%), atunci cnd este utilizat pentru a msura o alt lamp cu incandescenta 2856K. Problema apare atunci cnd distribuia puterii spectrale a sursei de lumin de testare difer foarte mult de cea a lampii utilizat pentru a calibra filtrul fotometrului. n cazul unui LED, eroare n citirea iluminarii poate fi la fel de mare de 200% .

Erori

Arat o eroare care variaz cu lungimea de und. In cazul unui LED-uri albe cu o lungime de und dominanta de 460nm i altul de 580nm va exista o eroare substantiala. Dac ne se doreste a se compara iluminanta a dou corpuri de iluminat cu LED-uri identice, raportul dintre valorile de iluminare nu este afectat de eroarea filtrului. Dac dorim a compara / msura iluminanta a dou tipuri diferite de surse de lumin, eroarea poate fi semnificativa.EroriIn cazul n care productorul fotometrului furnizeaz o diagram responsivitate spectrala pentru instrumentul se poate folosi acest lucru pentru a calcula un factor de corecie pentru lungimea de und a corpurilor de iluminat cu LED-uri. Principala problem cu acest "fix", este c acesta este legata de distribuie spectral a LED-uri i deci aplicarea corectiei de lungime de und presupune cunoasterea distributiei spectrale.

Nasurarea fluxului Sfera de integrareAPARATE DE ILUMINAT CU LEDSystem LED

HIGH BAYCaracteristici Distributie specificate: 120 grade.Inutila adaugarea unui reflector.

Forma si dimensiuni

Valori catalog:45W 4500lm 4000K CRI 80Rated life to 90% lum. flux 21400 hr Rated life to 70% lum. flux 72800 hrTemperatur siguran +35C [+35 C]Double asymmetric optic 20Distributie medie

Valori masurate:P=43.6W, PF=0.973Flux 4517.2lm (Eff 103.6lm/W4003K, CRI=85.7 R9=32Corp linear CORELINE (Philips) Vedere ansamblu LED ,Distributie

Eficienta sursei luminoaseEficienta sistemului optic: lentile, reflector,ecran protectie , sau combinatiiEficienta driverEficienta thermicaEficienta aparatului de iluminatExemplu : Iluminat stradal Luxeon M eficienta 134 lm/W la Tj=85CTransmisie lentile 92%Transmisie ecran protectie 90%Eficienta driver 90%Eficienta thermica 90%-dimensiunea radiatorului,factor de convectie, material etc

Calcul;Eficienta globala a aparatului=134lm/W*0.92*0.9*0.9*0.9= 0.672*134lm/W=89.87lm/WSau excluzand driver fluxul luminos produs de aparat este 74.5% din fluxul calculat conform catalogului.

Conceptul de lumina vs conceptul de iluminatLumina concept- generare si definire (unda sau materie)Iluminarea concept-folosirea luminii

Cunoasterea conceptului de lumina atrage folosirea optima a ei : iluminare8 modele TTX 261 2x49W T5T5 catalog Philips

Cu toate ca exista o diferenta evidenta de distributie Fluxul luminos si puterea sunt aceleasi pentru toate versiunile!!Valori la 35C !!!!La 23C sunt diminuate cu 20% (8600-1720=6880 lm)

LED6880lm pentru T55672lm pentru LEDDifferenta 1208 lm sau 12%T5

Unghi larg-iluminanta 300lx

Cygnus LED

Unghi ingust- iluminanata 600lx

Distributie larga

Aparat de iluminat cu distributie asimetrica in doua axe

Distributie ingusta

Aparat de iluminat cu distributie simetrica in toate planurileCazul aparatelor cu distributie simetrica. Care este distanta optima daca sunt montate la inaltimea de 15m?Compunerea luminiid= 2h x sinExemplu:= 10 , h=15md= 2 x15x0.173= 5.2m

15m inaltime-rezultat

20m inlatime15m

Cetus 1m

Sirius 6M

Distributie 3D

Distributie 3D

Solaris

StradaCapacLentila D

LED iluminat stradal

Solaris

Rezultate simulare

EFectul incliNarii aparatului

hdRezultate

Eav [lx] Emin [lx] Emax [lx] u0 Emin / Emax 5.20 0.02 69 0.004 0.000 Inclinat 45

rRezultat

Eav [lx] Emin [lx] Emax [lx] u0 Emin / Emax 2.57 0.00 20 0.000 0.000 ELMA 80-32

Rotatie 90 grade

30 grade inclinatie

Proiector

30 grade inclinatie

45 grade inclinatie

Street lighting

Iluminat stradal cu LED

ISO LINES/GRAFICAFactorul de pierderiNerecuperabile Recuperabile Factorul de temperature ambianta a aparatului Factorul de depreciere lampa/lumenFactorul termic de extractie a caldurii Factorul de depreciere al aparatului prin murdarireFactorul de tensiune Factorul de depreciere al camerei prin murdarireFactorul de Ballast Factorul de consum al Lampii Factorul photometric lampa- ballast Factorul de operare al equipamentului Factorul de pozitie al lampii (tilt) Factorul de depreciere al aparatuluiDistributia intro cameraTraseul razelorRay tracingEroarea de redarea a culorii

Iluminare directa-indirectaLumina indirecta este produs ca un rezultat al luminii care se reflecta de pe o fa.De reflexia suprafeei i gradul de difuzie care este adesea asumat, determin calculat, reflectat indirecte lumin. Pentru a crea o impresie exacta de camer, proiectanii au nevoie pentru a calcula ca interreflections ct mai multe pentru a realiza o reprezentare de distribuie a luminii n camer.

Despre CRILampa fluorescenta 5000K cu aparenta albastra

Contine mai putin rosu si mai mult albastru. Nu are descresteri la 0. Aceasta lampa are 5000K si CRI 98

Trei componente prezente. Acestea vor fi accentuate in redarea culorilor obiectului. Aceasta lampa are 3000K si un CRI 82. De remarcat trecerile prin zero.Lampa fluorescenta 3000K cu CRI redus

Semnificatia Cri locul plankian si continutul de rosu r9CRI in realitatepg. 106

CRI = 62CRI = 93Diferente in cri106

Corpul negru

CCT se bazeaza pe diagrama CIE 1960 (u, v)- nu mai este valida.

CCT este valid la o distanta de 0.05 de la Planckian locus pentru noua diagrama (u, 2/3v) (CIE 15: 2004).

Planckian locusTemperatura de Culoaure in interiorul elipsei McAdams109

CRI Culori de Test versiunea r14

Distributia tc dupa mcadams cct

importanta caracteristicii duv

Duv element important

SDCM

CCT-Duv

CCT in scara log

Cum este utilizat CRI in practicaRezultat

B&WT H E P E R I O D I C T A B L E O F T H E E L E M E N T SM E T A L SN O N M E T A L SPeriodsIAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIA123T R A N S I T I O N M E T A L S456*7**UnqUnp**ACTINIDE SERIES

StateT H E P E R I O D I C T A B L E O F T H E E L E M E N T SM E T A L SN O N M E T A L SPeriodsIAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIA123T R A N S I T I O N M E T A L S456*7**UnqUnp**ACTINIDE SERIESKeyGasLiquidSolidSyn-theticRadio-active

FL ColorsT H E P E R I O D I C T A B L E O F T H E E L E M E N T SM E T A L SN O N M E T A L SPeriodsIAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIA1Elements Used for Fluorescent Lamps23T R A N S I T I O N M E T A L S456*7**UnqUnp(Mercury is in all FLs)HalogensNoble gases**ACTINIDE SERIES

Sheet1Key Elements for Colors of LEDsM E T A L SRed-Orange-AmberGreen-Blue-UV ("white")IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIAIIIAIVAVAVIIA1"AlInGaP" "AlGaAs""InGaN"23T R A N S I T I O N M E T A L S456*

LED ColorsKey Elements for Colors of LEDsM E T A L SRed-Orange-AmberGreen-Blue-UV ("white")IAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIAIIIAIVAVAVIIA1"AlInGaP" "AlGaAs""InGaN"23T R A N S I T I O N M E T A L S456*

ToxinsM E T A L SN O N M E T A L SPeriodsIAIIAIIIBIVBVBVIBVIIBVIIIIBIIBIIIAIVAVAVIAVIIA1Some Regulated Toxins23T R A N S I T I O N M E T A L S456*