iluminacao 6_ledlamps

LEDs -Solid State Lighting (SSL)

03-05-2023 Por : Luís Timóteo 1

LÂMPADAS A LED’s: Solid State Lighting (SSL)



Introdução!.....A evolução da espécie humana

Era Recolectora & de Caça

5 milhões – 10.000 Anos AC (500.000 gerações)Ilum

inaç

ão a

LED

s



Transporte: A pé.

Energia: Queima de madeira.

Informação: Pinturas rupestres. Língua falada.


Tecnologias da Era Recolectora & de Caça

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Era da Agricultura

10,000 AC – 1700 DC (1,170 Gerações).Ilum

inaç

ão a

LED

s



Transporte: Cavalos, navios. Rodas, carruagens.

Energia: Madeira, hidro, carvão.

Informação: Linguagem escrita Livros.


Tecnologias da Era da Agricultura

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Era Industrial

1700 - 1960 (2.6 Gerações)Ilum

inaç

ão a

LED

s



Transporte: Máquina a vapor, comboio.. Automóveis. Aviões.

Energia: Electricidade. Carvão, petróleo, gás natural..

Informação: Jornais. Telégrafo, telefone, rádio. Televisão.


Tecnologias da Era Industrial

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Era da Informação

1960 – 2010 (1/2 Geração).Ilum

inaç

ão a

LED

s



Transporte: Voo espacial. Minivans, SUVs…

Energia: Combustíveis fosseis. Nuclear Alternativas:

-Eólica, solar…


Tecnologias da Era da Informação

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Informação: Transmissão Digital. armazenamento digital… Computadores, PCs. Internet/Web. E-mail. Telemóveis. Busca Web (Google). Blogging. Texting. Redes sociais:

(Facebook/Twitter)


Tecnologias da Era da Informação (Cont.)

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Será o crescimento Futuro sustentável?

Custo elevado da energia. Mudanças climáticas. Degradação do meio Ambiente. Crescimento populacional Pobreza, fome, doença… Conflitos políticos, terrorismo…

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Possibilidades para um Futuro sustentável…

Energias renováveis. Agricultura sustentável. Transporte de massas. Estabilização populacional. Biotecnologia. Nanotecnologia.

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Iluminação!.....

4ª Geração3ª Geração2ª Geração1ª Geração

A evolução na iluminação

Ilum

inaç

ão a

LED

s

4ª- Geração: SSL: Solid state Light.



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Breve história (recente) da iluminação

1901Tubo

Fluorescente

2000Demonstração de Lâmpada de LEDs

brancos com eficácia

incandescente de 17 lm/W

2012Produção de lâmpadas

LEDs que excedem 169 lm/W

~1990“LEDs de alto Brilho”Vermelho, Laranja, Amarelo, & Verde

Sinais Monocromáticos

1995“LEDs de alto

brilho” Azul e Verde

Sinais a Cores

2005Lâmpada de LEDs branco demonstra

eficácia de fluorescência de

(70 lm/W)

Solid State Lighting

1879Lâmpada de

Edison 1970sLED Vermelho

LED

Calculadoras Indicadores

1919Lâmpada de

Vapores de sódio

Ilum

inaç

ão a

LED

s

A iluminação consome cerca de 25% o da electricidade gerada.

Cerca de 8% do total do consumo de energia.

Custa muitos milhões de €/ano.

Liberta milhões de toneladas de CO2 na atmosfera por ano.

Muita da sua tecnologia são dos séculos 19/20 com muito pouca eficiência.

Porque é que a ,iluminação tem impacto na conservação da energia?



A iluminação é um dos factores de maior relevância no que toca ao consumo de energia eléctrica…Cerca de 25% da electricidade, é consumida em iluminação doméstica/industrial/Pública.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



2009: http://www.energylab.es

% da Energia eléctrica dedicada á iluminaçãoSectores

Escritórios 50%

Hospitais 20-30%

Industria 15%

Escolas 10-15%

Comércio 15-70%

Hotéis 25-50%

Residencial 10-15%

Sector Residencial

Sector IndustrialIluminação

15%

Outros 85%

Sector Terciário

Iluminação 13%

Outros 3%

Refrigeração 5%Electrodomésticos

5%

Cozinha 10%

Aquecimento 36%

Informática 1%

ACS 27%

Iluminação 21%

Refrigeração 19%

Outros 25%

ACS 11%

Aquecimento 36%

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



EquivalenteRadiométrico

DesignaçãoFotométrica

Aquilo queé Medido Como é Medido Unidade Símbolo

Variavél Comentários

PotênciaRadiante Watt 1 Fluxo

Luminoso Lúmen

Potência Luminosa que Sai de uma Fonte de Luz Φ = 683 ∫ Pλ V(λ) dλ

1 Lúmen, produz numasuperfície esférica de 1 m2

à distância de 1 metro, aIntensidade de 1 Candela

lm Lúmen Φ , F , P lm = Cd · srDefinido em termos

da Candela d Φ = I · dω

IntensidadeRadiante Watt ⁄ sr 2 Intensidade

Luminosa Candela

Potência Luminosa que Sai de uma Fonte de Luz pontual, por ângulo sólido, dω

1 Candela, radiante dumasuperfície esférica de 1 m2,foi produzida por 1 Lúmenà distância de 1 metro.

Cd Candela I Cd = lm ⁄ srDefinido em termos do Fluxo Luminoso

I = dΦ ⁄ dω

Radiância Watt sr · m2 3

Luminância Candela ⁄ m2 ~ Fotómetro

Intensidade Luminosaque Sai de uma área elementar dAS da Superfície AS

Lúmenes Reflectidos da Superfície AS,por ângulo sólido dω, e por área elementar dAS

Cd ⁄ m2 Candelametro2

LL =dI ⁄ ( dAS cos θ )

Independente da distância r à Superfície dAS

L=d2Φ ⁄ dω dAScos θ

3.1 Brilho Sensação da Luminância

Por comparação comoutras Sensações bril B Psicológico

Subjectivo

Irradiância Watt m2 4

Iluminância ( Iluminação )

Lux E ~ Luxímetro

Luz Incidente que Entra numa área elementar dAD

da Superfície AD

Lúmenes Incidentes na Superfície AD, por área elementar dAD

Lux = Lúmen ⁄ m2

lx Lux

EE =(dΦ ⁄ dAD) cos θ

Diminui com o Inverso do Quadrado da Distância r, às Fontes Emissoras dAS

E = ( I dω ⁄ dAD ) cos θE = ( I ⁄ r2 ) cos θ

4.1 Iluminação Retiniana Troland

Luz Incidente que Entra numa área elementar da Retina.

Luminância L da Fonte,Multiplicada pela Áreada Pupila do Olho, Ap

Td TrolandTd

Td = L · Ap

Com 1 Candela/ m2

numa Pupila Ap de 1 mm2

teremos 1 Troland

Emitância Watt m2 5

Emitância Luminosa

Lux M ~ Luxímetro

Luz Reflectidaque Sai de uma

área elementar dAS

da Superfície AS

Lúmenes Reflectidosda Superfície AS,

por área elementar dAS

Lux = Lumen ⁄ m2

lx Lux

MM =(dΦ ⁄ dAS) cos θ

Equivalente da Iluminação!

Diminui com o Inverso do Quadrado da Distância rM = ( I dω ⁄ dAS ) cos θ

M = ( I ⁄ r2 ) cos θ

dAS = dAD 6Reflectância

ReflectidoIncidente

Percentagem da Luz Incidente em dAD

Reflectida de dAS

( M ⁄ E ) x 100 %

Medindo o Reflectido Medindo o Incidente

Reflectido < Lux Incidente > Lux

UnidadesIguais ρ = M ⁄ E dAS = dAD

Superfície Lambertiana;um Luxímetro Mede os

Mesmos Valores em Lux a Entrar E, ou a Sair M.

dAS = dAD 6.1Reflectância

ReflectidoIncidente

Percentagem da Luz Incidente em dAD

Reflectida de dAS

( L ⁄ E )

Medindo o Reflectido Medindo o Incidente

Reflectido < Candela / m2

Incidente > Lux

UnidadesDiferentes

L E dAS = dAD

L/E = dI/dAS ⁄ dΦ/dAD L/E ~ dI/dΦ ~ 1/dω ~ 1/sr

L ~ E / dω ; E ~ L · dω

Grandezas e Unidades Luminosas Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Termos Básicos…

Lúmen: (símbolo: lm) é a unidade de medida de fluxo luminoso (Φ). Mede a quantidade total de luz saída de uma fonte Ex: lâmpada incandescente de 100 W: 1000 lm;.

KW/hora: Quilowatt-hora (kWh) equivale a 1.000 Wh ou 3,6×106 joules. Mede o ritmo de consumo de energia. 1 kW é o mesmo que 1000 W. Se o valor da potência do aquecedor é 1000 W. Se ele estiver ligado 1 hora, consome 1000 W x 1 h = 1 kWh.

Candela : A unidade de intensidade luminosa (I) é a candela (cd). Luz produzida por 1 lúmen à distância de um metro…

Eficiência luminosa: é a relação entre o fluxo luminoso emitido por uma lâmpada e a potência eléctrica desta lâmpada. Ex: lâmpada incandescente de 100W-10 lm/W.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Termos Básicos…

Índice de reprodução de cor (IRC): é o valor percentual médio relativo à sensação de reprodução de cor, baseado em uma série de cores padrões. Um IRC em torno de 60 pode ser considerado razoável, 80 é bom e 90 é excelente. (Color Rendering Index – CRI)

Iluminância (E) : é o nível de iluminação de um local ou seja a densidade de fluxo luminoso na superfície sobre a qual este incide. A unidade é o LUX, definido como o iluminamento de uma superfície de 1 m2 recebendo de uma fonte puntiforme a 1m de distância, na direcção normal, um fluxo luminoso de 1 lúmen, uniformemente distribuído. E= Lux (= lm/m2) é medida com um Luxímetro.

Luminância (L) : quantidade de luz reflectida por unidade de superfície (na direcção da observação). A quantidade de luz recebida pelo olho vinda do local de observação ou seja, brilho. (mede-se em cd/m2).

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Fluxo

Intensidade

Iluminância

Luminância

Média de Luminância de 150 cd/m2 (100-200 cd/m2)

Área da Pupila(19.6 mm2 para uma diâmetro

de 5mm).

Iluminância retinal(2945 Trolands para uma retina

de 5mm).

Termos Básicos…

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Termos Básicos…

Lúmenes fornecidos pela lâmpadaPotência fornecida à lâmpadaEficácia de Lâmpada =

System Efficacyfluor = Lúmenes fornecidos P/Lâmpada x BFPotência fornecida ao Balastro/Driver

Eficácia de Luminária = Lúmenes fornecidos pela Luminária

Potência fornecida ao Balastro/Driver

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



O nível de iluminação, e que se exprime em lux, deve ser adequado ao tipo de actividade, à duração do trabalho e à idade dos trabalhadores. As actividades mais minuciosas e/ou mais demoradas exigem maiores níveis de iluminação.

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Efectivamente, consultando uma tabela de níveis de iluminação adequados a diversas actividades verificamos, por exemplo:

Níveis e Valores de Iluminação…

Iluminação!.....



Ilum

inaç

ão a

LED

s


Iluminação!.....




Níveis e Valores de ILUMINAÇÃO Recomendados

Passeios e Escadarias 100 a 150 Lux

Armazéns e Depósitos 100 a 150 Lux

Trabalho Geral de Oficina 300 a 500 Lux

Trabalho Duro Máquinas 300 a 500 Lux

Trabalho Médio Máquinas 500 a 700 Lux

Lojas e Escritórios 750 a 1000 Lux

Trabalho Fino em Linhas 1000 a 1500 Lux

Inspecção Com Pormenores 1500 a 3000 Lux

Trabalho Muito Detalhado 3000 a 5000 Lux

A Unidade Alternativa da Iluminação ou Iluminância, é a Foot-candle, sendo 1 Foot-candle = 10.76 Lux

1 Lux = 1 Lumen / metro2 = 0.0929 Foot-candle /\ 1 Foot-candle = 1 Lumen / foot2 = 10.76 Lux

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Cor…IRC

(Color Rendering Index – CRI)

Representa quanto bem uma fonte luminosa reproduz as cores.

IRC < 60 Fraco (T12 Fluorescent, High Pressure Sodium).IRC 60-70 Razoável (T12 Fluorescent, Mercury Vapor, Metal Halide).IRC 70-80 Bom (T8/T12 Fluorescent, Metal Halide).IRC 80-90 Muito bom (T5/T8 Fluorescent, Ceramic Metal Halide).IRC 90+ Excelente (Incandescent, Halogen, Ceramic Metal Halide, Sunlight).

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Color Rendering Index (CRI)CRI é uma medida da capacidade de uma fonte de luz para processar cores relativas a uma fonte de luz de referência (lâmpada incandescente). CRI pode ser comparado apenas para fontes de luz de CCTs iguais.

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Cor…IRC

Iluminação!.....



Em sua honra, a temperatura das cores é medida em graus Kelvin (Kº), que não mais que uma variação da escala de graus centigrados/Celsius (Cº), mas que não tem nada a ver com a temperatura dos filamentos da lâmpadas que produzem luz, mas sim com o balanceamento da luz branca ter uma tonalidade mais amarelada ou mais azulada.

Encarnado Laranja Amarelo Verde Azul

.780 a .620 μm

.620 a .597 μm

.597 a .577 μm

.577 a .492 μm

.492a .455 μm

Violeta

.455a .390 μm

f

Tonalidades Quentes Tonalidades Frias “Temperatura da Luz ?“- Então porque se mede a tonalidade da luz como “Temperatura”?

Tudo começou nos finais do sec. XIX, quando um físico Inglês chamado William Kelvin aqueceu um bloco de carbono. Ele verificou que o bloco emitia uma luz de diferentes tonalidades, a diferentes temperaturas. Inicialmente o bloco mudou para encarnado, aumentou para um amarelo mais brilhante á medida que a temperatura subia, até uma tonalidade de branco azulado nas mais altas temperaturas.

1800 K 4000 K 5500 K 8000 K 12000 K 16000 K Kº = Cº-123

Temperatura da LuzIluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



A temperatura da cor, é medida em escala Kelvin, usada por cientistas, baseada na quantidade de luz emitida por metais quando aquecidos.

Se uma barra de metal é aquecida a 1.000º K, emite a mesma luz que uma vela. A 3.000 K, a barra aumenta o brilho visivelmente com uma intensidade de luz semelhante à lâmpada residencial, e a 6.000 K, a barra parece ter um brilho branco azulado, fornecendo a mesma luz que o Flash de uma câmara….

Temperatura da LuzIluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Temperatura da Luz

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

http://www.fotografarvenderviajar.com/aprendendo/teoria-da-cor-temperatura-de-cor-parte-2/attachment/temperatura41



Luz de Vela2000ºK

Incandescente2700ºK

Halogénio3000ºK

Sol do Meio-dia5500ºK

Céu Nublado6500 -7500ºK

CFLs ,Fluorescentes LEDs2700-6500ºK

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Temperatura da Luz

Iluminação!.....



FilamentosNatural

Sol Incandescentes Halogéneo

Descarga

Fluorescentes CFLs HID

LEDs ÕLEDs

SSL

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Fontes de Luz



IncandescenteLED/OLED Descarga

Fluorescente Indução

Família de Lâmpadas

Há 10 famílias de lâmpadas, mas de acordo com o seu principio de emissão de luz ficamos com 5 categorias.

Sódio Baixa

Pressão

Sódio Alta

Pressão

Mercúrio Alta

PressãoMetal

Halidos

Filamentode

Tungsténio

TungsténioHalogénio

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Características das Lâmpadas

Marca & Modelo

Temperatura da Cor Correlacionada (CCT)Mede a cor da luz.“Cool”- Fria Têm uma temperatura Kelvin mais elevada (3500-5500ºk); “Warm”-Quente têm uma temperatura mais baixa (2700-3500ºk)

Índice de Reprodução de Cor (CRI)Mede a pureza da cor .A reprodução da cor é o efeito do espectro da luz da Lâmpada, sobre a cor aparente dos objectos.3100 (Branco Quente)Cor da Luz

Temperatura da cor correlacionada (CCT)

Warm White Bright White Daylight

2600 K 3200 K 4500 K 6500 K

Fluxo Luminoso (Lúmenes) 840Watts 9Eficiência: Lúmenes/Watt 93

Pureza da CorÍndice de Reprodução de Cor(CRI) 87

Fluxo Luminoso (Lúmenes)Mede a quantidade de luz. Quanto maior for o número, maior quantidade de luz é emitida.

WattsMede a quantidade de electricidade (Potência) fornecida. Quanto menos potência menos energia é gasta.

Eficiência (L/W)Mede a eficácia. Quanto maior for o número mais eficiente é o produto.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Eficiências das Lâmpadas

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Tipos de fontes de luz :

Sol

Como Funciona?

O Sol é uma estrela, fornece-nos calor e luz.

Pros:

Fonte grátis de luz;Excelente reprodução de cores (CRI=100).

Con:

Pode causar ofuscamento se não for controlada/projectada adequadamente. Janelas/clarabóias podem aumentar aquecimento - perda/ganho em

arrefecimento/aquecimento.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Tipos de fontes de luz : O Sol

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Tipos de fontes de luz : Lâmpada incandescente

Cons– 90% da energia é convertida em calor.– Curta duração.

Como Funciona– A corrente eléctrica passa através de um

filamento; A resistência causa o seu aquecimento e incandescência e brilho.

Pros– Baixo custo.– Variedade de tamanhos e formas.– Luz de excelente qualidade (CRI 95+).

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Tipos de fontes de luz : Lâmpada Halogéneo /HIR

HIR-Halogen Infrared

Cons– Mais cara.– Compromisso entre performance e eficiência.– Poucos tamanhos e configurações disponíveis.

Como Funciona– Lâmpada incandescente com regeneração de filamentos.

Pros– Eficiência energética 20-40% superior.– Maior duração.– Luz de excelente qualidade (CRI 95+)– Controlo do feixe/spot.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



http://home.howstuffworks.com/fluorescent-lamp5.htm

Tipos de fontes de luz : Lâmpada Fluorescente

Cons– Difícil controlo.– Sensível à Temperatura.– Precisa de balastro.– Contém Mercúrio.

Como Funciona– Arco eléctrico excita vapores de mercúrio que produzem UVs; revestimento

de fósforo transforma UVs em luz visível.

Pros– Muito eficiente.– Longa duração– Muitos tamanhos e

cores.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Tipos de fontes de luz : Lâmpadas Fluorescentes Compactas

Da família das fluorescentes:– Lâmpadas fluorescentes compactas (CFL’s)

Casquilho de rosca.Blocos de encaixe

– Fluorescentes lineares.– Fluorescentes de indução.

Actualmente, a alternativa acessível e eficiente às lâmpadas incandescentes

Pros Muito eficiente. Balastro electrónico incorporado. Longa duração. Muitos tamanhos e cores.

Cons◊ Controlo S/C.◊ Sensível à Temperatura.◊ Preço.◊ Contém Mercúrio.◊ Formas e dimensões não standard.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Lâmpada

Cobertura de Vidro

Revestimento de Fósforo

Vapores de Mercúrio

Argon

Balastro Electrónico

Casquilho

Alojamento do Balastro

Tipos de fontes de luz : Lâmpadas Fluorescentes Compactas Todas as lâmpadas fluorescente precisam de

balastro.– Ignição do arco voltaico para arranque da

lâmpada.– Regula a corrente da lâmpada.– Magnético (pouco eficiente).– Electrónico - eficiente, durável, fiável, caro.

Todas as lâmpadas fluorescente precisam de Mercúrio.

Afecta essencialmente o sistema nervoso central, sistema cardiovascular, sistema motor e sistema reprodutor, é persistente e tóxico no meio ambiente e é mantido no ciclo da água daí que certas espécies de peixes em determinados lugares apresentam níveis elevados de Mercúrio, peixes esses que não devem ser usados na alimentação humana, (especialmente mulheres grávidas) ou animal.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Tipos de fontes de luz :Lâmpadas descarga de alta intensidade (HID)

Como Funciona– O arco voltaico excita os vapores

de Mercúrio, produzindo luz visível.

Pros– Eficiência relativa– Longa duração.– Insensível à temperatura.

Cons– Requer tempo de aquecimento (warm up time).– Por vezes tem fraco CRI.– Contém Mercúrio.– Mais utilizada em iluminação pública.Ilu

min

ação

a L

EDs

Iluminação!.....



Ceramic • Excelente índice de reprodução de cor (CRI > 90).• Novas potências mais fracas (track lighting, etc.).

Tipos de fontes de luz : Lâmpadas metal Halide (sais metálicos)

Lâmpada de descarga, fonte de Luz branca com qualidade de luz e eficiência melhoradas, mais usadas em iluminação pública.

Standard• Fraca manutenção de lúmenes (65%).• Reprodução de cor marginal (CRI ~ 60-75).

Pulse Start• Consumo de energia reduzido.• Manutenção de lúmenes melhorada(75-85%).

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Iluminação!.....



<

=

50-watt 200-watt

Qual produz mais luz?

50-watt 200-watt

1 kWh = 600 Gr CO2

=

Eficiência eléctrica reduz as emissões de CO2

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Iluminação!.....



≠

Mas…. A publicidade pode enganar…

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Iluminação!.....



Tipos de fontes de luz : Lâmpada incandescente LEDs são semicondutores, não “Lâmpadas”…

Source: Cree

LEDs são intrinsecamente direccionais…

Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Como é que os LEDs são diferentes?Luminárias e Ópticas: introdução

A óptica primária do LED (silicone dome) está colocada directamente no chip do LED, definida para melhorar o ângulo de visão e aumentar a eficácia óptica do LED.

A Óptica é o ramo da física que envolve o comportamento e as propriedades da luz, incluindo as suas interacções com a matéria e a construção de instrumentos que a utilizam ou detectam

Os critérios para determinar que reflector, difusor e lente a utilizar, depende da aplicação. As características do LED também devem ser tomadas em conta…

Luminária - Aparelho que distribui filtra ou transforma a luz de uma ou mais lâmpadas, incluindo apoio, fixação e protecção das lâmpadas, mas sem incluir as próprias lâmpadas.

Fonte de Luz

Luminária

Reflector

Parte Óptica:distribui, filtra e transforma a luz, para evitar encandeamento

Difusor Lente

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



LED

ZonasParábolaLEDLED

HipérboleLED

Elipse

Os Reflectores são utilizados de modo a reflectir a luz para a direcção pretendida. São principalmente feitos de alumínio ou de plástico metalizado. É usada folha de alumínio de alta reflexão “Alanod / Almeco” que tem uma reflectância total superior a 96%.

F

F

FF

Elliptical Hyperbolic Parabolic Zonal

F

Reflectores com várias estruturas de superfícieQuatro geometrias básicas de um reflector:

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Como é que os LEDs são diferentes?Luminárias e Ópticas: introdução

Iluminação!.....



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Luminárias e Ópticas: Reflectores

Reflectores

Lentes+ eficientes

menores dimensões



Difusor direcciona a luz por dispersão e difusão, através das características do seu seu material. Luz difusa é também obtida, fazendo a luz reflectir-se difusamente a partir de uma superfície branca. Os difusores baseados em mecanismo de difusão são divididos nos seguintes tipos:


Opal, Gaussian,Difusor prismático.

LUZ

Micro-partículas dispersoras

LUZ

Estrutura fina criada por jacto de areia

LUZ

Luminárias e Ópticas: Difusores

Opal Gaussian Prismatic

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Luminárias e Ópticas: Difusores

Luminária LED equipada com um difusor micro-prismático único, que cria o efeito dinâmico um anel 3D.

A Curva de distribuição da luz tem uma forma de coseno.

O Difusor Microprismático é um difusor feito a partir de material plástico transparente com forma geométrica especial no interior do qual acontecem as leis da refracção da luz.

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Luminárias e Ópticas: Lentes

Lente: é um dispositivo ótico com perfeita ou aproximada simetria axial , que transmite e refracta a luz, convergindo ou divergindo o feixe.

Uma lente simples consiste de um único elemento óptico. Uma lente composto é um conjunto de lentes simples (elementos) com um eixo comum. O uso de elementos múltiplos permite mais efeitos ópticos que podem ser projectados por uma única lente. As lentes são tipicamente feitas de vidro ou plástico transparente.Ilu

min

ação

a L

EDs



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Luminárias e Ópticas: Lentes

LED

LENTE

Função da lente. Convergir ou divergir…

Tipos diferentes de lentes usadas com LEDs

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Luminárias e Ópticas: Materiais

Materiais para a ópticas de refracção - Várias peças ópticas precisam de diversos materiais ópticos. Alumínio com vários tipos de acabamento, e folhas de metal e com revestimento em pó são utilizadas para reflectores. Policarbonato transparente (PC), poliestireno, e polimetilmetacrilato (PMMA) são utilizados para difusores micro-prismáticas e lentes.

Materiais para a óptica de reflexão - com características diferentes estão disponíveis a fim de alcançar os diferentes tipos de reflexão. Existem três tipos básicos de reflexão: reflexão espelho, difusa e mista. A diferença entre os tipos de reflexão é, devida á proporção do espelho e da peça de reflexão difusa.

Reflexão ideal de espelho Reflexão real de espelho Reflexão difusa de ideal Reflexão Mista Reflexão lambertiana Lambertiana com reflexão por espelho

Tipos diferentes de reflexões produzidas…

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Transferência de calor: Introdução

Todas as fontes de luz(?), convertem energia eléctrica em luz visível e calor, em diversas proporções.

LEDs têm melhor eficácia do que as fontes tradicionais incandescentes ou lâmpadas fluorescentes. No entanto, a temperatura nos LEDs é uma questão de preocupação.

O calor pode ser transferido por três maneiras: Condução, Convecção e Radiação.

Panela Quente Aquecedor aquece ar frio O Sol aquece a Terra

Condução (COND): O calor é transferido entre objectos

sólidos.

Convecção (CONV): O calor é transferido entre fluidos

(gases e líquidos).

Radiação (RAD): O calor é transferido através do espaço

sem medium.

Ilum

inaç

ão a

LED

s



No caso de fontes tradicionais de luz incandescentes ou lâmpadas fluorescentes, o calor é transferido da fonte de luz para o ambiente na mesma direcção que a luz visível através de radiação infravermelha (IR). Uma vez que os LEDs apenas emitem uma pequena radiação IR , é possível a transferência de calor, predominantemente por condução e por convecção. A área activa do LED tem de ser mantida á temperatura mais baixa possível durante a operação (até 70 ° C… pela regra do dedo..)

O Design térmico é essencial para a concepção geral de luminárias á base de LEDs. Luminária com controle térmico inadequado causa acumulação de calor na área activa do LED que levarão à sua destruição.

Ao contrário das fontes tradicionais de luz, nos LEDs a dissipação de calor depende, principalmente, da Condução e Convecção. O calor produzido pela fonte de luz LED, tem de ser dissipado da forma mais eficiente, a fim de garantir o melhor desempenho de uma luminária…

Como é que os LEDs são diferentes?

Radiação

Luz Visível

Condução+Convecção

Transferência Térmica: Comparações

Incandescente

Convecção

Condução

Luz Visível

LED

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



LuzCalor

Luz

Calor

Lâmpadas incandescentes: produzem luz através da passagem de electricidade através por um filamento metálico , que ao ficar quente brilha produzindo luz. As lâmpadas incandescente libertam 90% de sua energia na forma de calor…

CFL: a corrente eléctrica é conduzida através de um tubo contendo gás. Esta reacção produz luz ultravioleta que é transformada em luz visível pelo revestimento fluorescente (chamado de fósforo) na parede interior do tubo. A CFL liberta cerca de 20% da sua energia como calor.

Luz

Calor

Os produtos de iluminação LED: usam diodos emissores de luz, parta produzir em Iuz muito eficiente. O movimento de Electrões através de um material semicondutor ilumina fontes minúsculas de luz a que chamamos LEDs. Uma quantidade pequena de calor é libertada para um dissipador de calor. Um produto LEDs bem projectado é normalmente frio ao toque.


Transferência Térmica: ComparaçõesIluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Tipos de fontes de luz : Lâmpada Halogéneo /HIR

Source: Cree

LEDs transferem calor através de condução, não irradiação…

LEDs não queimam, variam de brilho com o tempo…

Como é que os LEDs são diferentes?Transferência Térmica: Comparações

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Transferência Térmica: Conversão de potência

Iluminação!.....

A energia eléctrica consumida por uma fonte de luz é convertida em luz visível, em radiação IR/UV e em calor em várias porções, dependendo do tipo de fonte de luz utilizada.

Luz LuzLuz

Luz Visível

Cond+Conv. Radiação (RAD) emite directamente para o ambiente, na mesma direcção da luz visível.

Suponha uma fonte de energia eléctrica com a potência de entrada de 20W, o calor dissipado por condução e convecção através de fontes de luz será:

LED: CalorCOND+CONV = 20W x 75% = 15WFluorescente: CalorCOND+CONV = 20W x 42% = 8.4WIncandescente; CalorCOND+CONV = 20W x 19% = 3.8W

Mais de dois terços do calor é retirado por condução & Convecção. No entanto o LED tem a melhor eficácia, a gestão térmica é crucial e sistema de refrigeração é essencial para o design de luminárias baseadas em LEDs.Ilu

min

ação

a L

EDs




Transferência Térmica: Geração de calor

Iluminação!.....

A estrutura genérica dum módulo de luz LED consiste: de um chip de LEDuma placa de circuito impresso um sistema de arrefecimento fixado:

Chip de LED fonte de luz calor. Placa de Circuito Impressoligação eléctrica com chip de LED.Dissipadormelhora a dissipação de calor por condução e convenção.

LED

LED chipPCB

Dissipador

O CALOR é retirado do chip, para o ambiente.

Quando é ligado, o chip de LED, produz luz visível e gera calor O calor é extraído do chip de LED pela placa de circuito impresso e dissipador de calor e, posteriormente, libertado para a atmosfera.

Ilum

inaç

ão a

LED

s





Iluminação!.....

Temperatura da junção - quando os LEDs se ligam, um subproduto da produção de luz emitida é o calor. É importante manter a temperatura da junção de LED ao menor valor possível.

Junção (área Activa)

Temperatura da junção -Tj

O termo "junção" refere-se à junção PN dentro da pastilha do semicondutor. Você pode encontrar o valor máximo recomendado para cada LED na folha de dados (datasheet).

Uma vez que a temperatura da junção é a temperatura mais elevada no interior do LED, representa a figura de mérito para predizer a longevidade do LED.

A Temperatura da junção é afectada por muitos factores, tais como o sistema de refrigeração, meio ambiente, material de interface, etc.

Ilum

inaç

ão a

LED

s





Iluminação!.....

Resistência térmica entre junção e ambiente.

Configuração simplificada para simulação térmica com parâmetros

entrada / saída

Resistência térmica - é a razão entre a diferença de temperatura e a energia consumida (°C/W). Mostra o quão boa é a transferência de calor entre os materiais / componentes.

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Objectivo reduzir a temperatura do LED, de modo a ter maior saída, e um tempo de vida mais longo.

Potência dissipada: IVP

A temperatura máxima da junção é: , mas o objectivo é o de manter baixo.jTmaxjT

A temperatura ambiente máxima a que os LEDs podem funcionar é determinada pela temperatura de junção PN: jT

Temperatura da junção : ( )PRthTT ajaj + -

R1 + R2

Dissipador: absorve o calor e dissipa-o por condução ou convecção.

R1 + Rh + R2

Mas, ao adicionarmos um dissipador (heatsink), estamos também a adicionar uma resistência é preciso determinar o seu valor máximo…



Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Transferência Térmica: Sistema de Refrigeração

Iluminação!.....

Os LEDs, como todos os dispositivos electrónicos, são dependentes da temperatura. O desempenho dos LEDs depende fortemente da temperatura ambiente. A operação de luminárias á base de LEDs em altas temperaturas sem design térmico adequado, pode sobreaquecer os LEDs, e, eventualmente, levar a uma vida útil curta ou falha do dispositivo.

Um Sistema de refrigeração bem projectado é necessário para manter a vida longa e alta eficácia da luminária.

A gestão térmica é a parte mais crítica no design de luminárias LED.

Ilum

inaç

ão a

LED

s





Iluminação!.....

O excesso de calor afecta directamente a curto e longo prazo, o desempenho LED.Curto prazo: mudança de cor e redução da emissão de luz. A longo prazo: Acelera depreciação luminosa e redução de vida útil.

LEDs com dissipadores de calor Luminárias de LEDs com ventoinha1 & 2: Ventoinha, 3: LED, 4: Reflector de luz

Sistemas de arrefecimento Naturais e forçados são usados para a dissipação de calor …

Ilum

inaç

ão a

LED

s





Iluminação!.....

Sistema de arrefecimento natural (Passivo): com dissipador de calor, com tecnologias ou recursos de design, usados para esfriar a fonte de luz, sem consumo de energia.

Sistemas de arrefecimento Naturais e forçados são usados para a dissipação de calor …

Sistema de arrefecimento forçado (Activo): com ventilador ou jacto sintético, consome energia extra a fim de conduzir o calor para fora da fonte de refrigeração da luz.

Com o mesmo módulo LED, dois diferentes sistemas de refrigeração são aplicados, devido a diferentes ambientes de trabalho.

Ilum

inaç

ão a

LED

s





Iluminação!.....

Luminária LED com arrefecimento forçado - Jacto sintético

Com o mesmo módulo LED, dois diferentes sistemas de refrigeração são aplicados, devido a diferentes ambientes de trabalho.

Luminária LED com arrefecimento natural-dissipador de calor

Imagem da esquerda mostra um sistema de refrigeração forçada no módulo LED, que é chamado de jacto sintético. É um tipo de fluxo de jacto que é sintetizada a partir do ar ambiente.

Na imagem da esquerda, há um sistema de refrigeração natural no módulo, chamada de dissipador . É um componente ou montagem, que transfere o calor gerado dentro do módulo de LED para o ar exterior.Ilu

min

ação

a L

EDs



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Design térmico: Refrigeração passiva

Espaçamento LED – A maioria da energia eléctrica no LED, é dissipada na forma de calor. O espaçamento mais apertado dos LEDs proporciona uma menor área de dissipação de calor, o que resulta em temperaturas mais altas de junção. Os LEDs devem ser espaçados tão distantes, quanto os “packs” dos mesmos e o design das ópticas o permitam.

Exemplos de espaçamento de LEDs




Forma - convecção é o processo de fluidos, seja no ar ou em líquido, no qual a energia do calor, é transferida da superfície para o ambiente.

Quanto maior for a área da superfície, mais a convecção ocorre. Um dos exemplos é do dissipador de calor. O objectivo do desenho da geometria é maximizar a área de superfície de convecção. As aletas aumentam eficazmente a área de superfície, permanecendo confinada a um volume de espaço reduzido (footprint).

O acabamento da superfície - A emissividade do material (geralmente ε escrito ou e) é a capacidade relativa da sua superfície para emitir energia por radiação. É a razão entre a energia irradiada por um determinado material e energia irradiada por um corpo negro à mesma temperatura. Um radiador de corpo negro ideal tem um ε = 1 enquanto qualquer objecto real teria ε <1.

Revestimentos de alta emissividade: são usados para aumentar a taxa de transferência de calor para o meio. Em geral, quanto mais baço e mais negro é um material, mais próxima a sua emissividade é de 1. Quanto mais um material é reflector, mais a sua emissividade é próximo de 0.




PCB: Placa de circuito impresso – os LEDs são montados em multi-camadas FR4 ou em placas de circuito impresso com núcleo de metal (MCPCB). Para assegurar uma operação óptima, a resistência térmica do PCB deve ser mantido tão baixo quanto possível.

FR4 PCB - FR4 é material padrão para PCBs. O número de LEDs por cada PCB depende da potência de entrada do LED, condições de espaçamento, etc. Vias térmicas são o método para transferir o calor a partir do PCB para o sistema de refrigeração.

MCPCB - Consiste de uma camada de cobre, uma camada de dieléctrico e um difusor de calor de alumínio, ou de chapa de cobre. Aumentando a espessura de cobre e um dieléctrica mais fino, com alta condutividade térmica, reduziria drasticamente a resistência térmica.




Rugosidade - Anexar um dissipador de calor para um pack de semicondutores, requer um contacto sólido entre as duas superfícies. Infelizmente, não importa o quão bem preparadas, as superfícies sólidas nunca são realmente planas ou suaves o suficiente para permitir o contacto íntimo. Todas as superfícies têm uma certa rugosidade devido aos montes e vales microscópicos. Sobreposta a esta rugosidade da superfície, existe uma não planaridade macroscópica ,sob uma forma côncava, convexa ou torcida. Quando tais superfícies são postas em contacto, apenas as colinas das superfícies entram em contacto físico. Os vales são separados e formam espaços cheios de ar.

Material de interface térmico - material condutor térmico, que é aplicado para aumentar a condutividade térmica através de juntas de superfícies sólidas, tal como entre a PCB e do dissipador de calor, a fim de aumentar a eficiência da transferência térmica, pois os espaços entre as superfícies que estão em contacto mecânico são enchidos com o ar, que é um condutor muito pobre.




Controlo Electrónico: LED driver

Iluminação!.....

Para ligar LEDs á rede eléctrica, usa-se um circuito electrónico simples, chamado LED driver (também chamado de Balastro electrónico, Reactor Electrónico, fonte LED…) que muda a tensão AC em DC, reduzindo a condução de corrente nos LEDs.

Lembra-se da ligação de lâmpadas incandescentes á rede eléctrica?

Mas os LEDs trabalham com uma tensão muito menor (3-5 V) e é um dispositivo DC. Por esta razão os LEDs não podem ser ligados directamente à rede.

As Luminárias modernas, com valor acrescentado (possibilidade de controlo de luminosidade, unidade de emergência, sensor de presença, controle remoto) requerem circuitos electrónicos mais complexos.Ilum

inaç

ão a

LED

s




Controlo Electrónico: LED driver – Tipos e parâmetros

Iluminação!.....

Corrente Constante (CC) LEDs estão ligados em serie, o driver fornece um valor preciso de corrente.Bom para controlo de luminosidade (Dimmer).

Voltagem Constante (VC)LEDs estão ligados em paralelo, ideal para tiras decorativas de LEDs. Podem ser ligados muitos LEDs.Não recomendado para dimmer.

Especial (CC+VC)Podem ser ligados LEDs em série e em paralelo.Solução mais cara.

Voltagem/Corrente nominalValor predefinido de voltagem/corrente.

Potência NominalPotência de saída do driver.

Eficácia Relação entre a potência de saída e a potência de entrada em percentagem - maior número significa melhor driver.

Parâmetros mais importantes LED driver.

De acordo com o tipo de sinal de saída, temos três grupos de drivers de LED:

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Controlo Electrónico: LED driver – Recursos adicionaisIluminação!.....

Interface analógico - maneira mais fácil de controlar o brilho de uma luminária.

TE/LE - trailing/leading edge (Regulação a Tiristor)- Somente para controlo de uma luminária.

0-10 V, 1-10 V dimming – suporta controlo sobre mais do que uma luminária.

Interface Analógico - usado na industrial de iluminação , para controlo de luminosidade (dimming):

Sistema mais utilizado, no controlo de luminosidade em estabelecimentos comerciais (Ex. luzes de montras - “spots”). - Não é possível desligar a luminária através do controlador analógico.

Interface Digital - comunicação sofisticada com a luminária.Possibilidade de ligação de vários controladores de LED através do interface digital, e controlá-los de forma independente. Suporta a leitura do estado de cada luminária. Suporta “dimming”, sensor de presença, controlo remoto, sistemas ajustáveis de tonalidade de cores da luz, etc.,.Interface Digital é usado nos seguintes sistemas de controlo de iluminação:DALI - Digital Addressable Lighting Interface.DSI - Digital Signal Interface.DMX - Digital MultipleX.KNX - Worldwide standard for all applications in home and building control.Ilu

min

ação

a L

EDs




Controlo Electrónico: LED driver – Recursos adicionais

Iluminação!.....

Primeiro Circuito para “Dimming” LEDs, a partir do controlo a TRIACs usado para lâmpadas incandescentes.





Iluminação!.....





Iluminação!.....

Interface Digital (Cont.) - comunicação sofisticada com a luminária. Solução para instalações / projectos com grande número e variedade de tipos de

luminárias.

Branco AjustávelSe duplicarmos algumas peças Electrónicas dentro do driver, pode-se ligar e controlar dois tipos de LEDs com CCT diferentes (temperatura de cor correlacionada) - branco frio, e branco quente. + Possibilidade de "afinar" CCT da luz de uma

luminária e usá-la em várias aplicações de bem-estar.

Ilum

inaç

ão a

LED

s





Iluminação!.....

Feedback TérmicoLED driver pode controlar a temperatura dos LEDs. Com base na temperatura real, o LED Driver pode diminuir a corrente, a fim de evitar o sobreaquecimento dos LEDs, em caso de temperatura ambiente excessiva.

+ A vida útil da fonte de luz LED pode ser facilmente mantida por este modo..

Ilum

inaç

ão a

LED

s





Iluminação!.....

Controlo RemotoLED driver pode facilmente ter implementado a função de controle remoto para controle sem fios da luminária.

Pack de EmergênciaLED driver com o Pack de emergência, monitora continuamente a rede eléctrica, e em caso de apagão, alimenta a fonte de luz através de baterias. São usadas unidades de emergência standard com baterias que podem alimentar a luminária em modo de emergência por 1 a 3 horas.

+ Uma das características mais importantes, exigidas por todas as instalações públicas...

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Iluminação!.....

Controlo Remoto



Ilum

inaç

ão a

LED

s



Iluminação!.....

Controlo Remoto



1-12 LEDs x 3W

Ajuste automático para a quantidade de LEDs em

série.



Eficiência de um LED [%] : IVP

PP

EL

Responsividade de um LED [W/A] : IPR

Largura de Banda de um LED [Hz] : (pequenos sinais) 2

1B

: LED Rise time

P : Potência óptica de saída: Potência eléctrica dissipadaELP

I : Corrente de luz

Iluminação!.....Eficiência energética dos LEDs:




Eficácia do dispositivo LED Controlo Térmico do LED

Eficiência do driver/Fonte de AlimentaçãoDesign da Luminária LED

Iluminação!.....Eficiência energética dos LEDs:


Depende de vários factores




Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

Alta eficáciaA eficácia de LEDs é melhorada de dia para dia. Os dados mais recentes, apresentam eficácias em laboratório acima de 230 lúmenes por watt.

No entanto, em aparelhos de iluminação real, temos que considerar vários factores:

Ilum

inaç

ão a

LED

s

O desempenho do módulo de controle.

Depreciação do fluxo de luminoso com a temperatura de junção.

Perdas ópticas, etc.

- que reduzem a eficácia global do sistema.



Eff. Luminosa (lm/Watt) =K* ηelec* ηEQI* ηextrac* ηconv

Final Corrente.Eficiência eléctrica 95% 80%

Eficiência Quantum interna 100% 80%

Eficiência da extracção 90% 70%

Eficiência da conversão branco 100% 60%

K= Eficácia luminosa de branco a 6500K com EQI de 100% (340lm/watt). Eficiência Quantum Externa = ηIQE* ηextrac.

Wall-Plug Efficiency = ηelec* ηIQE* ηextrac

Eficiências dos LEDs

Iluminação!..... Como é que os LEDs são diferentes?




Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

ControlabilidadeLEDs podem ser integrados no sistema de controlo electrónico, o que permite o controlo do equilíbrio da cor e da intensidade, independentes um do outro, mantendo o índice de reprodução de cores (CRI).

Isto é impossível com as fontes de luz tradicionais. Para a iluminação geral, os LEDs têm a capacidade de escurecer (dimming) a partir 0.1 % a 100%...

Ilum

inaç

ão a

LED

s



LEDs Lâmpadas incandescentes Tubos Fluorescentes


Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

DimensõesO tamanho do LED é muito pequeno, permitindo aos designers criar luminárias de quaisquer formas e dimensões, dependendo das aplicações.

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

DireccionalidadeGraças à natureza direccional da emissão de luz, os LEDs têm uma maior eficiência de aplicação do que outras fontes de luz em certas aplicações de iluminação.

IncandescenteAs lâmpadas fluorescentes e

incandescente padrão, emitem luz em todas as direcções. Grande parte da luz produzida pela lâmpada é perdida no interior do aplique, reabsorvida pela lâmpada, ou fugas a partir do aplique numa direcção que não é útil para a aplicação pretendida.

LEDLuz perdida

Lâmpada incandescente tradicional LED

Assim, muitos tipos de apliques, incluindo luminárias embutidas, luminárias gerais e sob armários, têm relação de fluxo luminoso abaixo de 60%.

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

DireccionalidadeLEDs emitem luz numa direcção específica, reduzindo a necessidade de reflectores e difusores para dirigir a luz.

No entanto, apliques e sistemas de iluminação bem desenhados e usando LEDs podem potencialmente fornecer luz mais eficiente para o local pretendido.

DurabilidadeOs LEDs são altamente resistentes. Eles não têm filamentos que possam ser danificados devido a vibrações mecânicas e choques. Luminárias LED pode ser especialmente apropriadas em

aplicações com forte probabilidade de quebra da lâmpada (à prova de vandalismo).

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

Funcionamento a baixa temperatura As temperaturas baixas, apresentam um desafio para lâmpadas fluorescentes. A baixas temperaturas, maior é a tensão necessária para iniciar a lâmpada fluorescente, e o fluxo luminoso é diminuído. Em contraste, o desempenho do LED é inerentemente aumentado a baixas temperaturas de operação. Este recurso predestina LEDs para supermercados, instalações frigoríficas, e aplicações no exterior…

Centro Comercial Iluminação de Natal

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

Ligação instantânea e comutação rápidaAo contrário de outras fontes de luz tradicionais, fluorescentes ou lâmpadas de iodetos metálicos, os LEDs alcançam a luminosidade total instantaneamente, e sem atraso. Na iluminação geral, por sua vez, a ligação instantânea pode ser desejável tanto para segurança como parta comodidade. Em contraste com as fontes de luz tradicionais, a vida útil do LED e manutenção do fluxo luminoso não serão afectados pela comutação frequente.

Ligação Instantânea Comutação frequente

A capacidade de comutação, faz dos LEDs, um dispositivo adequado para uso com todos os tipos de controlos “on-off”, sensores de presença ou da luz do dia.Ilu

min

ação

a L

EDs




Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

Sem emissão de UVsLEDs emitem uma quantidade desprezível de luz ultravioleta (UV) e muito pouca radiação infravermelha. Um pequena quantidade de calor irradiado por LEDs torna-os adequados para as mercadorias que são sensíveis ao calor. A falta de radiação UV (com desenho apropriado da parte óptica) torna-os atraentes para a iluminação de objectos delicados como obras de arte, bem como para materiais sujeitos a degradação por UV.

Aplicações de iluminação:

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

Fiabilidade e durabilidadeAo contrário de outras fontes de luz, os LEDs não "queimam" eles só perdem lentamente sua saída de luz ao longo do tempo. Este factor é importante na vida útil dos LEDs. Os fabricantes estão agora afirmando a manutenção do fluxo luminoso a 70% durante a sua vida útil, que pode variar dependendo das condições operacionais (temperatura, humidade), e do tipo de LED.

Existem inúmeros factores, que podem encurtar a vida do LED, mas a principal causa de diminuição de luz, é o calor gerado pela junção do LED. O calor deve ser removido do dispositivo por condução ou convecção. Sem dispositivo de gestão térmica, a temperatura irá subir, e vai causar a diminuição de saída contínua de luz.

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Vantagens dos LEDs:

Iluminação!.....

Impacto ambientalAtravés dos LEDs podemos reduzir o impacto ambiental em diversas áreas. Maior vida útil das lâmpadas significa que menos recursos são necessários para a sua manutenção. Eles também usam nenhum mercúrio e menos fósforo do que as alternativas fluorescentes. Estes factos, combinados com LEDs de alta eficiência, fazem uma escolha inteligente que ao mesmo tempo reduz o impacto humano sobre a natureza.

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Aplicações dos LEDs: Iluminação de escritórios

Iluminação!.....

A iluminação de instalações para áreas de escritórios devem cumprir vários requisitos: Fornecer o fluxo luminoso ideal conforme os requisitos do ambiente de trabalho. Manter o índice de reprodução de cor (CRI) Alcançar os requisitos normativos para o sistema óptico de luminárias LED ou seja luminância

máxima da área do emissor de luz deve ser inferior a 1500 cd/m2 no ângulo de 65 ° Minimizar o consumo de energia e fazer a instalação de iluminação mais confortável, combinando

sistemas de controle de iluminação, com reguladores de tensão, sensores de luz do dia, etc

Ambiente de trabalho ajustado via CCT (OMS Elite - Indirect Vega LED)

Além dos requisitos obrigatórios, as luminárias LED podem oferecer outras vantagens como a regulação CCT da luz branca, permitindo aos utilizadores ajustar seu ambiente, conforme as suas necessidades.

Ilum

inaç

ão a

LED

s

http://www.omselite.com/products












Aplicações dos LEDs: Iluminação de escritórios

Iluminação!.....

Luminárias para iluminação geral com diferentes sistemas ópticos: Difusores:

Um difusor microprismático, tem a estrutura da sua superfície optimizada para moldar o fluxo luminoso para a curva de rotação simétrica da distribuição de luz.

Esta característica garante a uniformidade excelente da iluminação horizontal. Também limita a luminância da luminária para valores máximos especificados por standard (padrão).

Este tipo de sistema óptico, também garante um elevado rácio de saída da luminária.

Estrutura microprismática

Distribuição indirecta de luz :A Luminária com design típico (cobrindo completamente a fonte de luz LED) é muito popular para iluminação de escritórios e todas as outras áreas onde alta percentagem de luz difusa é necessária.

Com o sistema reflector traseiro, o fluxo luminoso sai da luminária por reflexão difusa resultando uma uniformidade superior de iluminação, alta de iluminação vertical, e contrastes suaves. Distribuição indirecta de luz Ilum

inaç

ão a

LED

s



Shopping iluminado por luminárias LED suspensas(OMS Elite – Rebell LED)

Luminárias LED em calha, iluminam produtos num estabelecimento comercial(OMS Elite - Vario Track LED)


A iluminação adequada num ambiente comercial tem uma importância fundamental uma vez que melhora a aparência dos produtos e leva ao aumento das vendas.

A instalação de iluminação LED em Centros Comerciais, ajuda os comerciantes a economizar energia, eliminar a degradação de produtos sensíveis à radiação infravermelha e ultravioleta, graças á luz criada por LEDs, mantendo simultaneamente uma elevada qualidade da luz utilizada.

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Aplicações dos LEDs: Iluminação de espaços comerciais



Aplicações dos LEDs: Iluminação de espaços comerciais


Ilum

inaç

ão a

LED

s



Corredor iluminado por focos a LEDs(OMS Downlight Castor)


Para os requisitos de intensidade de iluminação para corredores (100-200 lx), não há maneira de pensar sobre diferentes fontes de luz que não sejam os LEDs..

Especialmente para projectores equipados com reflectores de rotação simétrica, para garantir uma iluminação perfeitamente uniforme para corredores. Dependendo da altura de montagem, é possível escolher a partir de saídas de diferentes intensidades (até 3000 lm).

Combinado com detector de movimento, o consumo de energia pode ser diminuído ainda mais. A comutação frequente não influencia a vida dos LEDs.

Para aplicações decorativas ou de eventos, é possível utilizar módulos de LED RGB-cor no interior das luminárias.

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Aplicações dos LEDs: Iluminação de corredores



Espaço habitacional iluminado por linha de iluminação contínua(OMS - Line Range)

Escada iluminada por pilares(OMS – Eula)


Tem havido um crescimento acelerado nos últimos anos para a iluminação residencial a LED, direccionado para a iluminação geral, para substituição de lâmpadas incandescentes e fluorescentes. As razões do crescimento encontram-se nas qualidades ecológicas de iluminação

residencial a LEDs, tais como a poupança de energia, não-toxicidade, sem manutenção, e graças á diminuição do desperdício a longo prazo, devido á longa vida das luminárias á base de LEDs.

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Aplicações dos LEDs: Iluminação residencial

http://www.omslighting.com/products




LEDs estão reinventando o visual e a sensação de arranha-céus, pontes, fachadas e outras superfícies arquitectónicas ao redor do globo. A lâmpada incandescente está sendo substituíra por LEDs energeticamente eficientes, que são amigos do ambiente e têm um custo-benefício superior.

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Aplicações dos LEDs: Iluminação Arquitectural



No caso de emergência, como um incêndio, o seu funcionamento é crítico, a fim de proteger a segurança humana.

Pelo design, o sinal de emergência pode operar 24 horas por dia e pode consumir grandes quantidades de energia. Muitos sinais de emergência instalados actualmente usam as antigas fontes luminosas incandescentes ou fluorescentes.

Luminárias á base de LEDs com interruptor de emergência e pack de baterias proporcionam um nível suficiente de iluminação para saídas de emergência ou de iluminação anti-pânico.


As luzes de emergência são um importante requisito de segurança e legalmente exigido em edifícios públicos.

Com LEDs, o consumo excessivo de energia e a manutenção de sinais de emergência torna-se insignificante graças às vantagens da tecnologia LED.

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Aplicações dos LEDs: Iluminação de Emergência



Significativamente maior vida útil.Reduz o consumo de energia. Redução dos custos de manutenção. Instant-on sem atrasos. Nenhum mercúrio, chumbo ou outros metais

perigosos. Reduzido impacto ambiental. Uma oportunidade para implementar controlos

programáveis (Por exemplo, iluminação bi-Nivel).Passeio público iluminado por postes de

iluminação LED(Forstreet Sinistra)

Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Aplicações dos LEDs: Iluminação de vias públicas

A Visibilidade nocturna é melhorada graças a renderização mais elevada da cor, maior temperatura de cor e maior uniformidade da luminância:.

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Principais vantagens da iluminação pública LED incluem:




As Luzes de parques de estacionamento tem de emitir luz branca, clara e bem visível, mantendo o consumo de energia num nível mais baixo possível. Estas são razões pelas quais luzes de LEDs são preferidas hoje:

Principais características da luzes de parques de estacionamento incluem:

Uniformidade de iluminação. Longa vida.Baixo consumo de energia.Operação de 24 horas.Possibilidades de escurecimento (dimming).Operação em baixa temperatura (sem diminuição do

fluxo luminoso).

Parque iluminado por luminárias a LEDs (Garage lighting) Ilu

min

ação

a L

EDs

Aplicações dos LEDs: Iluminação de Parques de estacionamento



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Aplicações dos LEDs: Sinalização de Trânsito

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Aplicações dos LEDs: Iluminação de vias públicas

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Benefícios Variação da temperatura da cor;Correcção de sombra;Matriz Multilentes; Conceito ergonómico de esterilização operacional. Durabilidade excelente.Isenção de infravermelhos; "Cool" light.

Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Aplicações dos LEDs: Medicina



Courtesy: OSRAM

2007 - Lançamento dos primeiros faróis LED.

LEDs com luz da temperatura e cor de luz de HID, possibilitam a criação de um estilo de marca.

Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Aplicações dos LEDs: Iluminação automóvel



Audi R8: Sistema de iluminação 100% LED.

O que se espera ver nas estrada nos próximos anos?

Introdução do sistema Daytime Running Lights (DRL),Especialmente com LEDs.- Evitar o uso de médios (LB “Low Beam”) ou mínimos durante o dia. -Desperdício de energia.

Regulamentos e standards serão formulados para o uso de LEDs nos faróis dianteiros e traseiros dos automóveis, Xenons e CCFLs

Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Aplicações dos LEDs: Iluminação automóvel



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Aplicações dos LEDs: Efeitos luminosos



Plant Bar

LEDTRONICS, INC.

38 LEDs

A19 Style Bulb; 75 LED Elements

3D PedLED™ bulb beam spread when fixed in a parabolic reflector

Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Aplicações dos LEDs: Iluminação ornamental



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Aplicações gerais dos LEDs:



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Futuro da iluminação a LEDs: o Futuro

.

Actualmente, os LEDs são comummente usados em aplicações de indicativos, como semáforos e iluminação automóvel. LEDs RGB têm sido utilizados com maior frequência na indústria do entretenimento, como casinos ou casas nocturnas ao longo dos últimos anos.

Hoje em dia, os LEDs estão e penetrar fortemente na iluminação branca em geral, principalmente nos mercados residencial, comercial e de negócios. O Departamento dos EUA de Energia estima que se a iluminação LED for rápida e amplamente adoptada nos Estados Unidos nos próximos 20 anos, a tecnologia irá:

Proporcionar uma economia de cerca de $ 265 bilhões de dólares Reduzir a procura por energia eléctrica de iluminação em 33% até 2027.

LEDs de alto brilho representam o desenvolvimento mais significativo na iluminação geral, desde a invenção da lâmpada incandescente, há mais de um século. Eles permitem-nos criar, soluções de iluminação únicas, energeticamente eficientes e com baixos custos de manutenção. Além disso, com o aumento do investimento e investigação contínua e os aumentos de produtos disponíveis no mercado, tendem para a descida dos preços.

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Como é que os LEDs são diferentes?Iluminação!.....Futuro da iluminação a LEDs: Materiais condutores de Luz – Edge Lighting

. Edge Lighting: incorpora dezenas a centenas de LEDs colocados de maneira uniforme ao longo das bordas da tela. A luz é dispersa sobre a tela em si, através de acrílico PMMA (com partículas de difusão). É possível ter dispositivos muito finos utilizando este método de iluminação.

A PMMA padrão clara, conduz luz por meio de reflexão interna total. Os raios de luz permanecem dentro da folha, apenas saindo através das bordas. Usando partículas difusoras dentro PMMA, os raios de luz vão sair da folha de PMMA difundindo luz em toda a sua extensão.

PMMA, Polymethylmethacrylate (Acrylic).

Arquitectura Publicidade Sinalética Design de interiores TerapiaIlum

inaç

ão a

LED

s



Iluminação!.....Futuro da iluminação a LEDs: Retrofitagem da iluminação LED

Retrofitagem dos LEDs é comparáveis ao primeiro carro. Você pode dirigi-lo, mas com um monte de compromissos

Retrofitagem dos LEDs são o primeiro passo para a tecnologia LED entrar no mercado, mas não é a etapa ideal. A Luminária LED adequada para iluminação geral tem que cumprir vários requisitos, tais como:

Distribuição ideal de luz.Sistema de alta eficácia.Alto CRI.Vários CCTs estabilizados.Baixas taxas de ofuscamento.Possibilidades Dimming.Longa vida útil.Durabilidade.

Diferentes tecnologias pedem diferentes abordagens para a construção, óptica, gestão térmica e de solução Electrónica. Portanto substituição do padrão de fontes de luz por retrofitagem de LEDs usando aparelhos de iluminação original não oferecem a solução esperada, apenas no entretanto.




Eficiência energética até 90% mais eficiente do que as fontes tradicionais de iluminação.

Longa duração, até 100.000 horas. Grande variedade de cores. Baixo custo de manutenção. Sem irradiação de UV. Não contém Mercúrio. Ligação instantânea, sem tempo de aquecimento. Funcionamento silencioso. Contribui para a diminuição das emissões de

Carbono.

VERDEÉ Porquê LEDs?…

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Modelo do Átomo

Como o LED produz Luz?Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Como o LED produz Luz?



Frequência da LuzDe acordo com a teoria de Planck, a luz é constituída por partículas chamadas

FOTÕES.O fotão é um pequeno pacote de ondas electromagnéticas.A energia do Fotão está relacionada com a frequência das ondas

electromagnéticas n :

EPH = h nh é a constante de Planck, h = 6.626 x 10-34 J-s


Ilum

inaç

ão a

LED

s



Níveis de EnergiaOs electrões circulam á volta do núcleo em

órbitas fixas: Existem muitas teorias sobre órbitas de electrões, mas para entender a luz temos que conhecer apenas uma regra: um electrão ocupa uma órbita natural, mas se se aplicar energia ao átomo, ele pode saltar para órbitas superiores.

Um fotão de luz é produzido sempre que um electrão que está numa órbita superior do que a normal, volta para sua órbita. Durante a queda da órbita superior para a normal, o electrão cede energia sob a forma de um fotão (um pacote de energia) com características bastante específicas.

O fotão tem uma frequência ou cor que está exactamente de acordo com a distância que o electrão decai.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Núcleo

1º Nível de Energia



Absorção de Energia

Cedência de Energia

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Níveis de Energia




Bandas de Energia dos Semicondutores: Banda de Condução, Banda de Valência…

O Electrão regressa á órbita anterior e emite um fotão com a energia E.

Átomo Simples:

E = Energia necessária para excitar o electrão a saltar para uma órbita superior.

E

Excitação térmica ou óptica..

Relaxação após excitação térmica ou

óptica

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Níveis de Energia




No átomo as orbitas sucedem-se uma ás outras formando BANDAS. A Banda mais baixa torna-se a BANDA DE VALÊNCIA. A órbita mais alta torna-se a BANDA DE CONDUÇÃO,

Átomo Simples

Cristal Semicondutor

Electrões excitados podem mover-se (Electrões livres).

Emissão de Fotão:E = h n EgE

RecombinaçãoGeração

Electrões excitados não podem mover-se.

Num cristal Semicondutor:

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Níveis de Energia




O Nível mínimo de energia necessária para ionizar um electrão é chamada de: ENERGY BANDGAP EG.

Como resultado da recombinação (electrão – lacuna), o electrão emite um fotão com uma energia aproximadamente igual á energia do BANDGAP do semicondutor.

Electrão livre

Lacuna livreBanda de Valência

Banda de Condução

Emissão de FotõesEPH = EG

Num cristal Semicondutor:

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Níveis de Energia




n c

EPH = h n

[m]1.9878 x10[J]E

-25

PH

n c

h = 6.626 x 10-34 J-s

Joules não é uma boa unidade de medida da energia do fotão;Metros também não o é, para medir o comprimento de onda…

c=3 x 108 m/s é a velocidade da Luz.

Comprimento de onda – Cor da Luz

v=Frequência (Hz)

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Energia do fotão




“Electrão – Volt” – Unidade de energia na electrónica quântica: 1 eV = 1.6 x 10-19 Joules.

[μμmλ1.24[eV]EPH

Micrometros – Unidade conveniente para medir comprimento de onda. [m] = [mm] x 10-6

Substituindo na expressão da energia do Fotão EPH, vem:

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Energia do fotão




Direct Bandgap- Significa que a BANDA DE CONDUÇÃO se situa directamente acima da BANDA DE VALÊNCIA em momentum espacial. Um semicondutor com “Direct Bandgap”, pode ser usado para emitir luz. Os semicondutores com “Indirect Bandgap”, tais como o silício cristalino, não o fazem tão eficientemente.

Indirect Bandgap- Significa que o nível mínimo da BANDA DE CONDUÇÃO, é desviada por um vector K (k-vector), determinada pela estrutura cristalina do material semicondutor.

BANDGAP- É a diferença de energia (em eV) entre o nível do topo da BANDA DE VALÊNCIA (BV) e o nível mais baixo da BANDA DE CONDUÇÃO (BC), nos isoladores e nos semicondutores.

Banda Proibida –É a zona espacial do Bandgap. (Entre a Banda de Valência e Banda de Condução).

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Princípio de funcionamento

Ao ser aplicada uma tensão que polariza directamente o LED, ocorre que muitos electrões não têm a energia suficiente para passarem da banda de valência para a banda de condução, ficando na zona interdita ou proibida. Como não podem permanecer nessa zona voltam à banda de valência tendo para esse efeito de perder energia, o que fazem emitindo luz (fotões).

Energia

Banda de valência

Banda proibida

Banda de condução

Luz

Electrão

Banda de valência

Banda de condução

Banda Proibida

Nível de Fermi

Lacuna

Electrão

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




p n+

Eg

eVo

EF

Ec

Ev

Ec

Ev

EF

eVo

Energia do electrão

Distância interna

hu EgEg

V

p n +

Diagrama das bandas de energia da junção (homojunção) p-n+ (altamente dopado com n- ). Sem qualquer polarização o potencial de barreira Vo impede os electrões de se movimentarem da parte superior n+.

Ao ser aplicada uma polarização, Vo é reduzida, permitindo os electrões, serem injectados na zona p-. Recombinações electrão lacuna acontecem na zona de difusão entre a junção (activa-zona proibida..), produzindo emissão de fotões.

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

Electrão na BCLacuna na BV

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s





❶A excitação dum átomo através de energia…

❷Causa um electrão saltar para um nível de energia superior…

O electrão regressa de novo á sua órbita, libertando energia sob a forma de fotão …Luz…

Produção de fotão

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Quando a corrente circula através do diodo, os electrões de carga negativa, movem-se num sentido enquanto que os buracos ou lacunas de carga positiva se movem no sentido oposto.

Os buracos circulam a um nível de energia mais baixo do que os electrões livres, portanto quando os electrões caiem nesse nível, perdem energia…

…Essa energia é libertada soba a forma de um fotão de Luz. A amplitude da “queda” do electrão, determina o nível de energia do fotão, que por sua vez determina a cor da luz. Uma maior “queda” produz um fotão com maior nível de energia, a que corresponderá uma luz com frequência mais elevada.


Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Produção de fotão




P N

CalorCamada Activa Camada barreira


Os electrões atravessam a junção P-N recombinando-se com cargas positivas(buracos) produzindo Luz (fotões). A cor da luz (λ),depende do material semicondutor e do seu Bandgap. Quanto maior Bandgap menor comprimento de onda (λ) da luz emitida.

Junção P-n

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Produção de luz


LUZ



Subtracto de suporte

Camada tipo N

Camada tipo P

Lacuna (Buraco)

Electrão

Fotão

Camada Activa (Bandgap)

Os fotões emitidos não têm todos a mesma direcção e a mesma fase… “Luz incoerente”!...

O LED produz luz pela combinação de cargas positivas e Negativas num cristal de Indium-Gallium-Nitride (InGaN).


Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Produção de luz




http://zeiss-campus.magnet.fsu.edu/tutorials/leddiagram/leddiagram.swf

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Produção de luz












A Luz não pode escapar para ângulos maiores que ϴc .

ϴc define um ângulo sólido = projecção da área de superfície: Ω=2π(1-cosϴ)

c

i

tC n

sin90nArcsin

2221 sinsin nnell Lei de Sn :

Extracção de Luz

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




Diferentes geometrias para aumentar a extracção de Luz

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Extracção de Luz;




Os diferentes elementos da tabela periódica (III-V) usados como semicondutores (Ex. Ga, As, In). Com a junção polarizada directamente emitem fotões de diferentes comprimentos de onda…

Comprimento de onda e a Cor.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




O comprimento de onda, e portanto a cor, depende do espaçamento entre as bandas do material semicondutor.

Encarnado: GaAlAsAzul: InGaNUV: InGaAs

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s





O primeiro LED comercial, foi o Led encarnado (R), mas para iluminação, temos que ter as 3 cores básicas das Luz – RGB. Só em 1995, o engenheiro Nakamura, nos laboratórios da Nichia Chemical Industries, desenvolveu de forma eficiente, os LEDs Azul (B) e o Verde (G) a partir de heteroestruturas de GaN, que veio possibilitar a construção de LEDs de luz branca.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s





Light Emitting Diode Color Variations

Color Name Wavelength(Nanometers)

SemiconductorComposition

Infrared 880 GaAlAs/GaAs

Ultra Red 660 GaAlAs/GaAlAsSuper Red 633 AlGaInP

Super Orange 612 AlGaInPOrange 605 GaAsP/GaPYellow 585 GaAsP/GaP

IncandescentWhite 4500K (CT) InGaN/SiC

Pale White 6500K (CT) InGaN/SiCCool White 8000K (CT) InGaN/SiCPure Green 555 GaP/GaPSuper Blue 470 GaN/SiCBlue Violet 430 GaN/SiCUltraviolet 395 InGaN/SiC

LEDs – Variação das Cores Combinações de materiais

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s





LEDs – Variação das Cores Combinações de materiais

Iluminação!.....Comprimento de onda e a Cor.




Lente (epoxy)

Copo ReflectorTerminal positivo

Junção

Tipo-P

Tipo-N

Terminal negativo

Electrão

Buraco

Copo Reflector

Fotão

Terminal Negativo

Estrutura interna do LED

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s




O Chip (die) (área activa do LED) está encapsulado num invólucro de plástico ou de cerâmica, que pode conter um ou mais chips.

O termo SSL (Solid State Lighting), é um termo comum usado na tecnologia LED para aplicações de iluminação. Refere-se a uma tecnologia em que a luz é emitida por electroluminiscência de dispositivos do estado sólido, contrapondo ás lâmpadas de filamentos (que usam irradiação térmica).

Ilum

inaç

ão a

LED

s

LED ”Indicator”

Cátodo(-)

Ânodo(+)

Luz emitida

Lente (epoxy)

Ligação ao Ânodo

Copo Reflector Terminal

Positivo

Terminal Negativo GaN Tipo P

Região activa

GaN Tipo N

Fotão

Electrão

Buraco

Iluminação!.....Estrutura interna do LED




Phillips Lumiled Luxeon K2s

Cátodo

Invólucro Exterior

Dissipador Térmico

Fio de ligação

Base de Silício

Lente LED Chip

Calor

LED ”Illuminator”





Cátodo (Terminal)

Fios de Ouro

Dissipador LED Chip(InGaN)

Encapsulante de silicone

Calor

Lente de Plástico

Substrato deSilício









Ânodo

Lente

Cátodo

Dissipador ChipEstrutura de Alojamento

LigaçãoDiodo ESD

ESD- electrostatic discharge




CREE XML T6

White Z-LED - P4

Cree XLamp® 7090 power LEDLuxeon Emitter High

Power Cool White

High Power Led Emitter

[WW-P05A5SWUA]

High Power LED PCB

Acriche”,the World First Semiconductor Light Source


LuminusUp to 6000 lumens @ ~100 lm/W



LED ChipDetermina o brilho e a eficácia.

Sistema de FósforoDetermina a cor e a sua

estabilidade. Package

Protege o chip e o fósforo.Ajuda a extracção de luz e calor.Factor determinante do tempo de

vida útil do LED.

High Power LED Package


http://images.google.com/imgres?imgurl=http://store.nichia.com/ProductImages/rigel.jpg&imgrefurl=http://store.nichia.com/&h=72&w=110&sz=2&hl=en&start=12&usg=__U3LptTPLvfp4wThom4b3FFFO-sc=&tbnid=VYvijXJR5fohrM:&tbnh=56&tbnw=85&prev=/images?q=nichia+rigel&gbv=2&hl=en&sa=G

http://images.google.com/imgres?imgurl=http://dvd.cinecine.co.kr/goods_images/2007/02/P4.jpg&imgrefurl=http://www.amilite.co.kr/&h=345&w=460&sz=17&hl=en&start=35&usg=__XBFTVKm0N0NkzyvybgIGGW2wqfw=&tbnid=xZDgqsKBm5J9KM:&tbnh=96&tbnw=128&prev=/images?q=ssc+p4&start=21&gbv=2&ndsp=21&hl=en&sa=N

http://www.ledsmagazine.com/news/5/11/26/SeoulZ1



LED

LED chip

PCB

Dissipador

O CALOR é retirado do chip, para o ambiente.

Como o LED produz Luz?Iluminação!.....Refrigeração



QW: Incorporando cristais fotónicos nos LED’s de indium-gallium-nitride, aumenta-se a eficiência quântica interna e a quantidade de luz extraída. A Luz é produzida na região activa de poços quânticos (quantum Wells (QW).

LED+ Cristal Fotónico

Safira (n=1.7)

GaN (n=2.4)

Safira

n-GaN

p-GaN

Cristal Fotónico

QW(*) região Activa

Contactos Metálicos

Extracção de Luz Dirigida

Como o LED produz Luz?Iluminação!.....Estrutura interna do LED



A luz branca actual, tem uma tonalidade azulada, similar á luz das lâmpadas de vapor de mercúrio, usadas na iluminação pública. Na curva do spectrum mostrado acima, o pico da esquerda corresponde ao menor comprimento de onda () da componente azul do LED. O lóbulo da direita, de maior comprimento de onda, corresponde á emissão do Fósforo.

Os LEDs são dispositivos monocromáticos (uma cor).A cor é determinada pela amplitude da banda proibida (bandgap) do semicondutor usado para o seu fabrico; Encarnado, Verde, Amarelo e Azul, são os mais comuns. A Luz Branca contém todas as cores e não

pode ser criada só com um único LED. Na verdade a cor comum do LED Branco "white" é que não é realmente branco (varia com a Temperatura”).

É um LED Azul de Nitrito de Gallium, pigmentado com Fósforo que, quando excitado pela Luz do LED Azul, emite luz de um largo espectro, que adicionada á luz Azul, dá uma luz aproximadamente branca.

1,2

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0300 400 500 600 700 800

White LED Spectrum

Resp

osta

Rel

ativ

a

Comprimento de onda (λ) em nm.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s

LED branco




Espectro do LED

Os LEDs brancos têm uma grande componente Azul, devido á maneira como são construídos.

Luminescência Fosforescência

LED Azul circundado por fósforo Amarelo.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s


LED branco



Benefícios da luz Natural… A luz solar excita todos os três tipos de cones no olho humano…(Cones são as

células sensíveis à cor)… No entanto são mais sensíveis ao verde e amarelo.

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s


LED branco



A pupila permanece mais aberta, perdendo percepção em profundidade e detalhe…

As fontes artificiais de luz têm falta de Azul…

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s


LED branco



GaN+GaP = GaAs (1+x)Px

Resposta espectral do olho humano.

eV

GaP = 2.26eV GaAs = 1.42eV

Indirect ----------- > Direct

GaP= indirecto mas quando ligado com GaAs, o bandgap

ficará directo a x = 0.45

Transição do bandgap correspondente ao de próximo IR até laranja-

vermelho, parte do espectro visível.

1.997eV

GaAs (1+x) Px

Iluminação!..... Como o LED produz Luz?

LED branco

Ilum

inaç

ão a

LED

s

http://images.google.co.uk/imgres?imgurl=http://animaha.com/media/eye.jpg&imgrefurl=http://www.animaha.com/archives/2004_12.html&h=180&w=267&sz=15&tbnid=WZsjGJ0DIHEJ:&tbnh=72&tbnw=108&hl=en&start=1&prev=/images?q=eye&svnum=10&hl=en&lr=



Temperatura das cores:


LED branco

Ilum

inaç

ão a

LED

s



RGB- Mistura Aditiva de Cores

RedGreenBlue


LED branco

Ilum

inaç

ão a

LED

s



CMY- Mistura subtractiva de Cores

CMYKCianMagentaYellowBlack


LED branco

Ilum

inaç

ão a

LED

s



470 525 590 630 700430 470 525 590 630

Há outros tipos de LEDs “Brancos” que são fabricados com vários “chips” de LEDs de diferentes cores, reunidos num único encapsulamento. Esta técnica não tem tido grande sucesso, conduzindo a mudanças de cor, dependente do ângulo de visão, pelo que o balanceamento das cores não é realmente o melhor.

Blue Peak Red Peak

Green Peak

470 800525 590 630

Blue LED Spectrum

Combined Spectrum

Phosphor Emission

Red+Blue+Green LEDs

Ajuste dinâmico da cor; Cor excelente (Rendering); Cor cintilante (Gamut).

UV LED+RGB Phosphor

Phosphor Emission

Blue LED+Yellow Phosphor

UV LED Spectrum

Ajuste dos brancos por meio do fósforo;

Cor excelente (Rendering);Simplicidade de criar

Branco.

Simplicidade de criar branco;

Cor excelente (Rendering).

Há várias Tecnologias para criar LEDs Brancos, cada qual com as suas vantagens e inconvenientes!...

Combined Spectrum


LED branco Tecnologias

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Multi chip RGB

Blue Peak Red Peak

Green Peak

470 800525 590 630

Red+Blue+Green LEDs

Ajuste dinâmico da cor; Cor excelente (Rendering); Cor cintilante (Gamut).

Melhor eficiência (Teórica)

Led Verde c/baixa eficiência (80 lm/W)

Custo elevado – 5% do mercado.



Ilum

inaç

ão a

LED

s



Vantagens: Excelente CRI. Alta eficiência Lúmenes/Watt. Temperatura da cor pode ser afinada pelo ajuste das três cores separadamente. Mais eficiente em comparação com LED branco á base de fósforos.

Desvantagens: Dificuldade de conseguir “puro” Branco. Variação de cor de “lâmpada” para lâmpada.

Multi chip RGB


LED branco Tecnologias A luz branca pode ser formado por mistura de luzes de cores diferentes, o método mais

comum é a utilização de vermelho, verde e azul (RGB). Por isso, o método é chamado de LEDs brancos multicolor (por vezes referido como LEDs RGB). Porque estes necessitam de circuitos electrónicos para controlar o processo de mistura e difusão de cores diferentes, e porque os LEDs de cores individuais têm tipicamente padrões de emissão ligeiramente diferentes (conduzindo a variações de cor em função da direcção), mesmo se feitos como uma unidade única, estes são raramente usado para produzir luz branca. No entanto, este método é particularmente interessante em muitos usos, devido à flexibilidade da mistura de cores diferentes, e, em princípio, este mecanismo também tem maior eficiência quântica para produzir luz branca.

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Espectro do LED RGB



Ilum

inaç

ão a

LED

s



Branco

Chip LED Azul

Fósforo

Calor

470 525 590 630 700

Blue LED Spectrum

Combined Spectrum

Phosphor Emission

Blue LED+Yellow Phosphor

Simplicidade de criar branco;Falta espectro verde e encarnadoCor excelente (Rendering).CRI <80.Actualmente 160 L/w.


LED branco (Pseudo)Tecnologia: LED Azul + Fósforo Amarelo

Ilum

inaç

ão a

LED

s





Chip LED Azul

Fósforo remoto

Camara de Reflexão

Luz Reflectida

Luz Branca

http://player.vimeo.com/video/37590070Abrir este LinkIlum

inaç

ão a

LED

s

http://player.vimeo.com/video/37590070









Ilum

inaç

ão a

LED

s



Branco

CalorChip LED

Azul

Fósforo


LED branco (Pseudo)

Tecnologia: LED Azul + Fósforo Verde e vermelho (Sialon)

Ilum

inaç

ão a

LED

s




LED branco (Pseudo) Tecnologias: LED Azul + Fósforo

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Vantagens: Estabilidade de temperatura da cor. Maior facilidade de criar do que LED RGB. CRI aceitável.

Desvantagens: Menor eficiência. Menos Lúmenes/Watt. Emissão de espectro. Menor durabilidade que outros tipos de LEDs.


LED branco (Pseudo) Tecnologia: LED Azul + Fósforo

Ilum

inaç

ão a

LED

s



430 470 525 590 630

UV LED+RGB Phosphor

Phosphor Emission

UV LED Spectrum

Ajuste dos brancos por meio do fósforo;

Cor excelente (Rendering);Simplicidade de criar

Branco.

CRI 90Combined Spectrum

Branco

Calor

Chip UV LED

Fósforo


LED branco Tecnologia: LED UV + Fósforo RGB

Ilum

inaç

ão a

LED

s




LED branco Outras Tecnologias

Dicromáticas

Tricromáticas

Tetracromáticas

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Switch100W-537×367

A Switch LED, apresentou em 2011 a primeira Lâmpada LED dos seu género, equivalente a 100W, fornecendo 1700 lúmenes, para uso comercial e residencial.

Lâmpadas a LED‘s Equivalente a 100W incandescente


LED branco

Ilum

inaç

ão a

LED

s

http://crispgreen.com/2011/06/introducing-the-worlds-first-100w-equivalent-led-bulb/switch100w2-537x379/

http://crispgreen.com/2011/06/introducing-the-worlds-first-100w-equivalent-led-bulb/switch100w2-537x379/




Óptica (Difusor)

Óptica (Fósforo Remoto)

LEDs (Chips)

Casquilho

Dissipador Térmico

Driver (Interno)

Encapsulante Térmico para circuito de

potência

PCB

Reflector Interface Térmico


LED branco

Ilum

inaç

ão a

LED

s



LRP-38:12 watts,500 lúmenes,Temperatura de cor 2700K.92 CRI,Durabilidade: 50.000 horas

CREE Introduz em Maio, 2009


LED branco

Ilum

inaç

ão a

LED

s

http://www.lightbulbemporium.com/cree-led-lighting.asp



Eficácia do LED - Relação entre a luz de saída (em lúmenes) e potência de entrada (em watts). Quanto maior número de lm / W melhor LED.

Color Rendering Index (CRI) – Índice de Reprodução de Cor (IRC) – É a habilidade de uma fonte de luz para reproduzir fielmente a cor dos objectos iluminados, em referência a uma fonte de luz ideal (sol ou lâmpada incandescente).

Correlated Color Temperature (CCT) - Temperatura de Cor Correlacionada (TCC) -Temperatura de um radiador negro ideal, que irradia luz, comparável ao tom da fonte de luz que o ilumina.

Standardized color sample set to define CRI

Parâmetros dos LEDs


Ilum

inaç

ão a

LED

s



LEDTVs Monitores LED:Os televisores actuais comercializados como "TVs de LED" não são efectivamente LED

TVs. Eles são TVs de LCD que utilizam LEDs para a retroiluminação. Os LCDs a LEDs são energeticamente eficiente em comparação com os "regulares" LCDs(CFLs) e plasmas, que ainda não são tão eficientes como os de OLEDs. No que respeito à diferença entre o LED e OLED, o último, usa materiais que incluem carbono ("orgânica") para criar a luz, quando é percorrido por uma corrente . Numa explicação extremamente simplista e generalizada, os LEDs são como pequenas lâmpadas, enquanto os OLEDs são “superfícies” emissoras de luz. A verdadeira “LED TV", uma TV que usa os LEDs para a própria imagem, é um protótipo da Sony Cristal LED. Se esta tecnologia passar da fase de protótipo, teremos notícias no futuro, daqui até lá algo semelhante só os ecrãs gigantes em estádios e publicitários exteriores…


Ilum

inaç

ão a

LED

s



LEDs TV:

Sessões de treino, onde os funcionários precisam de reter uma grande quantidade de informação visual.

Eventos de lançamento de produto, pois o vídeo de alta definição, som e recursos de exibição de fotos, transmitem a mensagem.

Reuniões de directoria.Em sessões de reuniões de associações.No corredor ou halls de entrada de reuniões e / ou de hotel, para os participantes

poderem acompanhar os médias sociais, através de vídeo streaming vindo do evento.

Painéis publicitários, informativos, etc.

Os Painéis de LEDs são ideais para:


Ilum

inaç

ão a

LED

s



LEDs TV: Pixéis

Longa duração.Melhor cor.Melhor contraste.Uso outdoor.Dimensão escalável.

os monitores reais de LEDs, as são uma escolha mais nova e potencialmente melhor se você estiver a procura no mercado de um novo monitor para seu computador ou televisão. Tendo em conta que os monitores LCD são feitos com luzes fluorescentes ou LEDs de backlight, os monitores de LED com diodos LED, têm inúmeras vantagens que só pode fazer um monitor LED com um investimento superior pode dar…

Iluminação!.. Como é que os LEDs são diferentes?

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Source: 2011 DOE SSL Multi-Year Program Plan

Eficácia Típica dos LEDs Comparada com as Tecnologias de Iluminação Convencionais no Mercado em 2011

Product Type Typical Luminous Efficacy (in lm/W)

LED cool white package 130LED warm white package 93LED A19 lamp (warm white) 64LED PAR38 lamp (warm white) 52.5High intensity discharge (high watt) Lamp and ballast

120111

Linear fluorescentLamp and ballast

118108

High intensity discharge (low watt)Lamp and ballast

10497

Compact fluorescent lamp 63Halogen 20Incandescent 15

Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



Qualidades

Efi. energética

Cor/Temperatura

Controlo Luminosidade

Fluxo Luminoso (Lúmens)

400-500800-1000

1100-13001600-1800

Durabilidade **Custo Energético Anual***

Custos Operacionais

Comparação entre as tecnologias de iluminação disponíveisTecnologia Tradicional

Incandescente

Muito Baixa

Quente

Reg.Completa40W60W75W100W1000 horas (aprox. 1 ano).Aprox. 5€

Halogénio

Baixa

Quente

Reg.Completa28-29W41-43W51-53W70-72W3000 horas (aprox. 3 ano).

Aprox. <4€

Compactas Fluorescentes (CFL’s)

Quente/Fria

Alta

Parcial (mas há CFL’s especiais reguláveis)

9-11W13-16W18-23W25-30W8000 horas (aprox. 8 ano).Aprox. 1,5€

Diodos Emissores de Luz (LED’s)

Muito Alta

Quente/FriaParcial (mas há LED’s especiais reguláveis)

9W12,5W

Eficiência…

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Iluminação!.....



Ilum

inaç

ão a

LED

s

Iluminação!.....



Em Dezembro de 2009, a eficiência luminosa do LED branco era até 186 lúmenes por watt, e alguns produtos comerciais, em seguida, começaram a oferecer aos clientes produtos com fluxo luminoso total de 139 lúmenes, a eficiência luminosa de 132 lúmenes/Watt… - Mas… muito caros!...

Source: The industry, PIDA finishing (10/2009) LED luminous efficiency in the laboratory and commercial progress

Projecções do U.S. Bureau of Energy (DOE) para 2015 – LEDs poderiam alcançar a eficiência luminosa de 188 lúmenes /watt, e a luz quente (± 3000ºK), a eficiência de 138 lúmenes por watt … em 2012, essas metas já foram ultrapassadas…

Alvo ….280lm/W Evolução…..

Ilum

inaç

ão a

LED

s

Iluminação!.....



0

50

100

150

200

1920 1940 1960 1980 2000 2020

Lum

inou

s Ef

ficie

ncy

(lum

ens

/ wat

t)

Incandescent

Source: Lumileds

LED

White LED

Fluorescent

HalogenReflector

Previsão na evolução da eficiência dos LEDs.Iluminação!.....

Ilum

inaç

ão a

LED

s



HIDLinear

Fluorescentes

020406080

100120140160180200

2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012

CW

Lum

ens/

wat

t

CFL

3 anos

~2 anos

? anos186 LPW

161 LPW

131 LPW

R&D Anúncios

Incandescentes

Previsão na evolução da eficiência dos LEDs.

Iluminação!.....

LED

High Volume Production

XR-E

XR-E

XP-E XP-G



Dúvidas?

Mon

itore

s, D

ispl

ays



Bibliografiashttp://www.prof2000.pt/users/lpa

© 1999 S.O. Kasap, Optoelectronics (Prentice Hall)

www.ecse.rpi.edu

www.lightemittingdiodes.org/

http://www.solidstatelightingdesign.com/

http://www.iar.unicamp.br/lab/luz/ld/Livros/Luminotecnica.pdf

http://www.dfisica.ubi.pt/~hgil/FotoMetria/Iluminacao.1.html

Perils & Possibilities (2011)Rob Kaulfuss Prof. of EconomicsMiddlesex Community College

http://www.omslighting.com/ledacademy/442/download

http://www.explainthatstuff.com/how-oleds-and-leps-work.html

http://www.ledonoled.com/en/technology.html

http://www.universaldisplay.com/

http://www.acuitybrandsoled.com/oleds/oled-technology/

http://www.moree.de/bilder/Gifs/2009_11_04%20RGB%20Bulb/Gif-animation.gif

iluminacao 6_ledlamps

Technology