مزایا و معایب نورپردازی LED

بازار جهانی روشنایی به دلیل پذیرش گسترده فناوری دیود ساطع کننده نور (LED) دستخوش یک تحول اساسی شده است. این انقلاب روشنایی حالت جامد (SSL) اساساً اقتصاد اساسی بازار و پویایی صنعت را تغییر داد. نه تنها اشکال مختلف بهره‌وری توسط فناوری SSL فعال شد، بلکه انتقال از فناوری‌های مرسوم به نورپردازی LED عمیقاً طرز فکر مردم را در مورد روشنایی نیز تغییر می‌دهد. فن‌آوری‌های نورپردازی معمولی عمدتاً برای رفع نیازهای بصری طراحی شده‌اند. با روشنایی LED، تحریک مثبت اثرات بیولوژیکی نور بر سلامت و رفاه مردم توجه روزافزونی را به خود جلب می کند. ظهور فناوری LED همچنین راه را برای همگرایی بین روشنایی و اینترنت اشیا (IoT) هموار کرد که دنیای جدیدی از امکانات را برای شما باز می کند. در اوایل، سردرگمی زیادی در مورد روشنایی LED وجود داشت. رشد بالای بازار و علاقه زیاد مصرف کنندگان، نیاز مبرمی به رفع تردیدهای پیرامون این فناوری و اطلاع عموم از مزایا و معایب آن ایجاد می کند.

ال ای دی ها چگونه کار می کنند؟

LED یک بسته نیمه هادی است که شامل یک قالب LED (تراشه) و اجزای دیگر است که پشتیبانی مکانیکی، اتصال الکتریکی، هدایت حرارتی، تنظیم نوری و تبدیل طول موج را فراهم می کند. تراشه LED اساساً یک دستگاه اتصال pn است که توسط لایه های نیمه هادی ترکیبی دوپ شده مخالف تشکیل شده است. نیمه هادی مرکب مورد استفاده رایج، نیترید گالیم (GaN) است که دارای یک شکاف نواری مستقیم است که احتمال بیشتری از نوترکیب تابشی را نسبت به نیمه هادی های با شکاف نواری غیرمستقیم می دهد. هنگامی که اتصال pn در جهت رو به جلو بایاس می شود، الکترون های باند رسانایی لایه نیمه هادی نوع n در سراسر لایه مرزی به محل اتصال p حرکت می کنند و با حفره هایی از نوار ظرفیت لایه نیمه هادی نوع p ترکیب می شوند. منطقه فعال دیود بازترکیب الکترون-حفره باعث می شود که الکترون ها به حالت انرژی کمتر سقوط کنند و انرژی اضافی را به شکل فوتون (بسته های نور) آزاد کنند. این اثر الکترولومینسانس نامیده می شود. فوتون می تواند تابش الکترومغناطیسی را با تمام طول موج ها منتقل کند. طول موج دقیق نور ساطع شده از دیود توسط شکاف باند انرژی نیمه هادی تعیین می شود.

نور تولید شده از طریق الکترولومینسانس در تراشه LED دارای یک توزیع طول موج باریک با پهنای باند معمولی چند ده نانومتر است. انتشار باند باریک باعث می شود نور یک رنگ مانند قرمز، آبی یا سبز داشته باشد. به منظور ارائه یک منبع نور سفید با طیف گسترده، عرض توزیع توان طیفی (SPD) تراشه LED باید گسترش یابد. الکترولومینسانس از تراشه LED به طور جزئی یا کامل از طریق فوتولومینسانس در فسفر تبدیل می شود. اکثر LED های سفید تابش طول موج کوتاه از تراشه های آبی InGaN و نور بازتابیده شده با طول موج بلندتر از فسفر را ترکیب می کنند. پودر فسفر در یک ماتریس سیلیکونی، اپوکسی یا سایر ماتریس‌های رزینی پراکنده می‌شود. ماتریکس حاوی فسفر بر روی تراشه LED پوشانده شده است. نور سفید همچنین می تواند با پمپاژ فسفرهای قرمز، سبز و آبی با استفاده از تراشه LED فرابنفش (UV) یا بنفش تولید شود. در این حالت، رنگ سفید به دست آمده می تواند به رندر رنگی برتر دست یابد. اما این رویکرد از راندمان پایینی برخوردار است زیرا تغییر طول موج بزرگ درگیر در تبدیل پایین نور UV یا بنفش با اتلاف انرژی استوکس بالا همراه است.

مزایای روشنایی LED

اختراع لامپ های رشته ای بیش از یک قرن پیش انقلابی در نور مصنوعی ایجاد کرد. در حال حاضر، ما شاهد انقلاب نورپردازی دیجیتال هستیم که توسط SSL فعال شده است. نورپردازی مبتنی بر نیمه هادی نه تنها طراحی، عملکرد و مزایای اقتصادی بی سابقه ای را ارائه می دهد، بلکه مجموعه ای از کاربردها و ارزش های پیشنهادی جدید را که قبلاً غیرعملی تصور می شد، ممکن می سازد. بازده حاصل از برداشت این مزایا به شدت از هزینه نسبتاً بالای نصب یک سیستم LED که هنوز در بازار تردید وجود دارد، بیشتر خواهد بود.

1. بهره وری انرژی

یکی از توجیهات اصلی مهاجرت به روشنایی LED، بهره وری انرژی است. در دهه گذشته، بازده نوری بسته‌های LED سفید تبدیل شده با فسفر از 85 lm/W به بیش از 200 lm/W افزایش یافته است که نشان‌دهنده راندمان تبدیل برق به نوری (PCE) بیش از 60 درصد، در جریان کاری استاندارد است. چگالی 35 A/cm2. علیرغم بهبود در کارایی LED های آبی InGaN، فسفر (تطابق بازده و طول موج با پاسخ چشم انسان) و بسته (پراکندگی/جذب نوری)، وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) می گوید که فضای بیشتری برای PC-LED وجود دارد. بهبود کارایی و بازده نوری تقریباً 255 lm/W باید عملاً برای LED های پمپ آبی امکان پذیر باشد. راندمان نوری بالا بدون شک مزیت فوق العاده LED ها نسبت به منابع نور سنتی است - رشته ای (تا 20 lm/W)، هالوژن (تا 22 lm/W)، فلورسنت خطی (65-104 lm/W)، فلورسنت فشرده (46-87 lm/W)، فلورسنت القایی (70-90 lm/W)، بخار جیوه (60-60 lm/W)، سدیم فشار بالا (70-140 lm/W) ، متال هالید کوارتز (64-110 lm/W) و متال هالید سرامیکی (80-120 lm/W).

2. راندمان تحویل نوری

فراتر از پیشرفت های قابل توجه در کارایی منبع نور، توانایی دستیابی به راندمان نوری بالای لامپ با نورپردازی LED برای مصرف کنندگان عمومی کمتر شناخته شده است، اما طراحان نور بسیار مورد نظر هستند. تحویل موثر نور ساطع شده از منابع نور به هدف، یک چالش بزرگ طراحی در صنعت بوده است. لامپ های لامپ شکل سنتی نور را در همه جهات ساطع می کنند. این امر باعث می‌شود که بسیاری از شار نوری تولید شده توسط لامپ در داخل لامپ محبوس شود (مثلاً توسط بازتابنده‌ها، پخش‌کننده‌ها)، یا از نور در جهتی خارج شود که برای کاربرد مورد نظر مفید نباشد یا صرفاً برای چشم آزار دهنده باشد. لامپ های HID مانند متال هالید و سدیم فشار بالا معمولاً حدود 60 تا 85 درصد در هدایت نور تولید شده توسط لامپ به بیرون از لامپ کارایی دارند. غیرمعمول نیست که چراغ‌های فرورفته فرورفته و تروفرهایی که از منابع نور فلورسنت یا هالوژن استفاده می‌کنند، 40-50 درصد تلفات نوری را تجربه می‌کنند. ماهیت جهت دار روشنایی LED اجازه می دهد تا نور را به طور موثر تحویل دهد، و ضریب فرم فشرده LED ها اجازه تنظیم کارآمد شار نور را با استفاده از لنزهای ترکیبی می دهد. سیستم های روشنایی LED با طراحی خوب می توانند بازده نوری بیش از 90 درصد را ارائه دهند.

3. یکنواختی روشنایی

روشنایی یکنواخت یکی از اولویت‌های اصلی در طراحی‌های نورپردازی محیط داخلی و فضای باز یا فضای باز است. یکنواختی معیاری از روابط روشنایی در یک منطقه است. روشنایی خوب باید توزیع یکنواخت لومن ها را در سطح یا منطقه کاری تضمین کند. تفاوت های شدید درخشندگی ناشی از نور غیر یکنواخت می تواند منجر به خستگی بصری شود، عملکرد کار را تحت تاثیر قرار دهد و حتی یک نگرانی ایمنی ایجاد کند زیرا چشم نیاز به تطبیق بین سطوح با درخشندگی متفاوت دارد. انتقال از ناحیه با نور روشن به منطقه ای با درخشندگی بسیار متفاوت باعث از دست دادن انتقالی در حدت بینایی می شود که پیامدهای ایمنی زیادی در کاربردهای خارج از منزل که در آن ترافیک وسیله نقلیه درگیر است، دارد. در تأسیسات داخلی بزرگ، روشنایی یکنواخت به راحتی بصری بالا کمک می کند، امکان انعطاف پذیری مکان های کاری را فراهم می کند و نیاز به جابجایی چراغ ها را از بین می برد. این امر می تواند به ویژه در تاسیسات صنعتی و تجاری در ارتفاعات که هزینه و ناراحتی قابل توجهی در جابجایی لامپ ها به همراه دارد مفید باشد. لامپ‌هایی که از لامپ‌های HID استفاده می‌کنند، روشنایی بسیار بالاتری دارند که مستقیماً زیر چراغ روشنایی نسبت به مناطق دورتر از چراغ‌ها دارند. این منجر به یکنواختی ضعیف می شود (نسبت حداکثر/دقیقه معمولی 6:1). طراحان نور باید چگالی وسایل را افزایش دهند تا اطمینان حاصل شود که یکنواختی روشنایی حداقل نیاز طراحی را برآورده می کند. در مقابل، یک سطح ساطع کننده نور بزرگ (LES) که از مجموعه ای از LED های کوچک ایجاد شده است، توزیع نور را با یکنواختی کمتر از نسبت حداکثر 3:1 در دقیقه تولید می کند که به شرایط بصری بیشتر و همچنین کاهش قابل توجه تعداد تبدیل می شود. نصب در منطقه وظیفه

4. روشنایی جهت

به دلیل الگوی انتشار جهت و چگالی شار بالا، LED ها ذاتاً برای روشنایی جهت دار مناسب هستند. یک لامپ جهت دار نور ساطع شده از منبع نور را در یک پرتو هدایت شده متمرکز می کند که بدون وقفه از لامپ به ناحیه مورد نظر حرکت می کند. پرتوهای نور با فوکوس باریک برای ایجاد سلسله مراتب اهمیت از طریق استفاده از کنتراست، برای بیرون آمدن ویژگی‌های انتخابی از پس‌زمینه، و افزودن علاقه و جذابیت احساسی به یک شی استفاده می‌شوند. لامپ های جهت دار، از جمله نورافکن ها و نورافکن ها، به طور گسترده در کاربردهای نورپردازی تاکیدی برای افزایش برجستگی یا برجسته کردن یک عنصر طراحی استفاده می شوند. نور جهت دار همچنین در کاربردهایی استفاده می شود که در آن به پرتو شدید برای کمک به انجام کارهای بصری سخت یا ارائه روشنایی طولانی مدت نیاز است. محصولاتی که این هدف را انجام می دهند عبارتند از چراغ قوه، نورافکن، نورافکن، چراغ های رانندگی وسیله نقلیه، نورافکن استادیوم، و غیره. یک لامپ ال ای دی می تواند به اندازه کافی در خروجی نور خود تاثیر داشته باشد، چه بخواهد یک پرتو "سخت" بسیار خوب برای نمایش درام بالا ایجاد کند. LED های COB یا پرتاب یک پرتو بلند در فاصله دور با LED های پرقدرت.

5. مهندسی طیف

فناوری LED قابلیت جدیدی را برای کنترل توزیع توان طیفی منبع نور (SPD) ارائه می‌کند، به این معنی که ترکیب نور را می‌توان برای کاربردهای مختلف تنظیم کرد. قابلیت کنترل طیفی اجازه می دهد تا طیف حاصل از محصولات روشنایی مهندسی شود تا واکنش های بصری، فیزیولوژیکی، روانی، گیرنده نور گیاهی یا حتی آشکارساز نیمه هادی (یعنی دوربین HD) یا ترکیبی از این پاسخ ها را درگیر کند. راندمان طیفی بالا را می توان از طریق به حداکثر رساندن طول موج های مورد نظر و حذف یا کاهش بخش های آسیب دیده یا غیر ضروری از طیف برای یک کاربرد خاص به دست آورد. در کاربردهای نور سفید، SPD LED ها را می توان برای وفاداری رنگ تجویز شده و دمای رنگ همبسته (CCT) بهینه کرد. با طراحی چند کاناله و چند ساطع کننده، رنگ تولید شده توسط لامپ LED می تواند به طور فعال و دقیق قابل کنترل باشد. سیستم های اختلاط رنگ RGB، RGBA یا RGBW که قادر به تولید طیف کامل نور هستند، امکانات زیبایی شناختی بی نهایت را برای طراحان و معماران ایجاد می کنند. سیستم‌های سفید پویا از LED‌های چند CCT برای ایجاد نور گرم استفاده می‌کنند که ویژگی‌های رنگی لامپ‌های رشته‌ای را هنگام کم‌نور شدن تقلید می‌کند، یا برای ارائه نور سفید قابل تنظیم که امکان کنترل مستقل دمای رنگ و شدت نور را فراهم می‌کند. نورپردازی انسان محور مبتنی بر فناوری LED سفید قابل تنظیم یکی از شتاب‌های پشت سر بسیاری از آخرین پیشرفت‌های فناوری روشنایی است.

6. روشن/خاموش کردن

LED ها تقریباً فوراً با روشنایی کامل روشن می شوند (تک رقمی تا ده ها نانوثانیه) و زمان خاموش شدن آن در ده ها نانوثانیه است. در مقابل، زمان گرم شدن یا زمانی که لامپ طول می کشد تا به خروجی نور کامل خود برسد، لامپ های فلورسنت فشرده می تواند تا 3 دقیقه طول بکشد. لامپ های HID قبل از تامین نور قابل استفاده نیاز به یک دوره گرم شدن چند دقیقه ای دارند. بازگردانی داغ نسبت به راه اندازی اولیه برای لامپ های متال هالید که زمانی فناوری اصلی استفاده شده برای نورپردازی پرقدرت و نور افکن با قدرت بالا در تاسیسات صنعتی، استادیوم ها و میدان ها بود، نگرانی بسیار بیشتری دارد. قطع برق برای تاسیساتی با نورپردازی متال هالید می تواند ایمنی و امنیت را به خطر بیندازد زیرا فرآیند بازگردانی داغ لامپ های متال هالید تا 20 دقیقه طول می کشد. راه‌اندازی فوری و بازنگری داغ LED‌ها را در موقعیتی منحصربفرد قرار می‌دهند تا به طور موثر بسیاری از وظایف را انجام دهند. نه تنها برنامه های روشنایی عمومی از زمان پاسخ کوتاه LED ها سود زیادی می برند، بلکه طیف وسیعی از کاربردهای تخصصی نیز از این قابلیت بهره می برند. به عنوان مثال، چراغ‌های LED ممکن است با دوربین‌های ترافیکی هماهنگ باشند تا نور متناوب را برای تصویربرداری از وسیله نقلیه در حال حرکت فراهم کنند. LED ها 140 تا 200 میلی ثانیه سریعتر از لامپ های رشته ای روشن می شوند. مزیت زمان واکنش نشان می‌دهد که چراغ‌های ترمز LED در جلوگیری از برخورد از عقب مؤثرتر از لامپ‌های رشته‌ای هستند. یکی دیگر از مزایای LED ها در عملکرد سوئیچینگ، سیکل سوئیچینگ است. طول عمر LED ها تحت تأثیر تعویض مکرر قرار نمی گیرد. درایورهای LED معمولی برای برنامه‌های روشنایی عمومی برای 50،{12}} چرخه سوئیچ رتبه‌بندی می‌شوند، و غیر معمول است که درایورهای LED با کارایی بالا ۱۰۰،000، 200،000 یا حتی 1 میلیون را تحمل کنند. چرخه های سوئیچینگ عمر LED تحت تأثیر چرخه سریع (تغییر فرکانس بالا) قرار نمی گیرد. این ویژگی باعث می‌شود چراغ‌های LED برای روشنایی پویا و برای استفاده با کنترل‌های روشنایی مانند سنسورهای اشغال یا نور روز مناسب باشند. از سوی دیگر، روشن/خاموش مکرر ممکن است عمر لامپ های رشته ای، HID و فلورسنت را کاهش دهد. این منابع نور معمولاً تنها چند هزار چرخه سوئیچینگ در طول عمر نامی خود دارند.

7. قابلیت کم نور کردن

توانایی تولید خروجی نور به روشی بسیار پویا به LED ها کاملاً کنترل کم نور می شود، در حالی که لامپ های فلورسنت و HID به خوبی به کاهش نور واکنش نشان نمی دهند. کم نور کردن لامپ های فلورسنت استفاده از مدارهای گران قیمت، بزرگ و پیچیده را برای حفظ شرایط تحریک و ولتاژ گاز ضروری می کند. کم نور کردن لامپ های HID منجر به عمر کوتاه تر و خرابی زودرس لامپ می شود. لامپ های متال هالید و سدیم فشار بالا را نمی توان زیر 5{3}} درصد توان نامی کم نور کرد. آنها همچنین به سیگنال‌های کم‌نور بسیار کندتر از LED پاسخ می‌دهند. کم نور LED را می توان از طریق کاهش جریان ثابت (CCR) که بیشتر به عنوان کم نور آنالوگ شناخته می شود، یا با اعمال مدولاسیون عرض پالس (PWM) روی LED، AKA Dimming دیجیتال انجام داد. کم نور آنالوگ جریان درایو را که به LED ها می گذرد کنترل می کند. این پرکاربردترین راه حل کم نور برای کاربردهای روشنایی عمومی است، اگرچه LED ها ممکن است در جریان های بسیار کم (زیر 10 درصد) عملکرد خوبی نداشته باشند. کاهش نور PWM چرخه وظیفه مدولاسیون عرض پالس را برای ایجاد یک مقدار متوسط ​​در خروجی آن در یک محدوده کامل از 100 درصد تا 0 درصد تغییر می دهد. کنترل کم نور LED ها اجازه می دهد تا روشنایی را با نیازهای انسان هماهنگ کنید، صرفه جویی در انرژی را به حداکثر برسانید، ترکیب رنگ و تنظیم CCT را فعال کنید و عمر LED را افزایش دهید.

8. قابلیت کنترل

ماهیت دیجیتالی LED ها ادغام یکپارچه حسگرها، پردازنده ها، کنترلرها و رابط های شبکه را در سیستم های روشنایی برای اجرای استراتژی های مختلف روشنایی هوشمند، از نورپردازی پویا و روشنایی تطبیقی ​​گرفته تا هر آنچه که IoT در آینده به ارمغان می آورد، تسهیل می کند. جنبه دینامیکی نورپردازی LED از تغییر رنگ ساده تا نمایش نور پیچیده در صدها یا هزاران گره نوری قابل کنترل جداگانه و ترجمه پیچیده محتوای ویدیویی برای نمایش در سیستم‌های ماتریس LED متغیر است. فن آوری SSL در قلب اکوسیستم بزرگ راه حل های روشنایی متصل است که می تواند از برداشت نور روز، سنجش اشغال، کنترل زمان، قابلیت برنامه ریزی تعبیه شده و دستگاه های متصل به شبکه برای کنترل، خودکارسازی و بهینه سازی جنبه های مختلف نور استفاده کند. انتقال کنترل روشنایی به شبکه‌های مبتنی بر IP به سیستم‌های روشنایی هوشمند و مملو از حسگر اجازه می‌دهد تا با دستگاه‌های دیگر در شبکه‌های اینترنت اشیا تعامل داشته باشند. این امکان را برای ایجاد طیف گسترده ای از خدمات جدید، مزایا، عملکردها و جریان های درآمدی که ارزش سیستم های روشنایی LED را افزایش می دهد، باز می کند. کنترل سیستم های روشنایی LED با استفاده از انواع پروتکل های ارتباطی سیمی و بی سیم از جمله پروتکل های کنترل روشنایی مانند 0-10V، DALI، DMX512 و DMX-RDM، پروتکل های اتوماسیون ساختمان مانند BACnet، LON، KNX قابل اجرا است. و EnOcean، و پروتکل‌هایی که بر روی معماری مش به طور فزاینده محبوبی مستقر شده‌اند (مانند ZigBee، Z-Wave، Bluetooth Mesh، Thread).

9. انعطاف پذیری طراحی

اندازه کوچک LED ها به طراحان وسایل برقی اجازه می دهد تا منابع نور را به شکل ها و اندازه های مناسب برای بسیاری از کاربردها بسازند. این ویژگی فیزیکی به طراحان آزادی بیشتری برای بیان فلسفه طراحی خود یا ترکیب هویت برند قدرت می دهد. انعطاف‌پذیری ناشی از ادغام مستقیم منابع نور، امکان ایجاد محصولات نورپردازی را فراهم می‌کند که ترکیبی کامل بین فرم و عملکرد را حمل می‌کنند. چراغ‌های LED را می‌توان برای محو کردن مرزهای بین طراحی و هنر برای کاربردهایی که در آن نقطه کانونی تزئینی دستور داده می‌شود، ساخت. آنها همچنین می توانند برای پشتیبانی از سطح بالایی از یکپارچگی معماری و ترکیب در هر ترکیب طراحی طراحی شوند. روشنایی حالت جامد باعث ایجاد روندهای جدید طراحی در سایر بخش ها نیز می شود. امکانات طراحی منحصر به فرد به سازندگان خودرو اجازه می دهد تا چراغ های جلو و عقب متمایز طراحی کنند که ظاهری جذاب به خودروها می بخشد.

10. دوام

یک LED نور را از یک بلوک نیمه هادی ساطع می کند - به جای یک لامپ یا لوله شیشه ای، همانطور که در لامپ های رشته ای، هالوژن، فلورسنت و HID قدیمی که از رشته ها یا گازها برای تولید نور استفاده می کنند، صدق می کند. دستگاه‌های حالت جامد معمولاً روی یک برد مدار چاپی با هسته فلزی (MCPCB) نصب می‌شوند که اتصال آن معمولاً توسط سرنخ‌های لحیم‌شده انجام می‌شود. بدون شیشه شکننده، بدون قطعات متحرک و بدون شکستن رشته، سیستم های روشنایی LED در برابر ضربه، لرزش و سایش بسیار مقاوم هستند. دوام حالت جامد سیستم های روشنایی LED دارای ارزش های مشهودی در کاربردهای مختلف است. در داخل یک مرکز صنعتی، مکان هایی وجود دارد که چراغ ها از لرزش بیش از حد ماشین آلات بزرگ رنج می برند. لامپ های نصب شده در کنار جاده ها و تونل ها باید لرزش های مکرر ناشی از عبور وسایل نقلیه سنگین با سرعت بالا را تحمل کنند. لرزش یک روز کاری معمولی چراغ های کار نصب شده بر روی وسایل نقلیه ساختمانی، معدنی و کشاورزی، ماشین آلات و تجهیزات را تشکیل می دهد. لامپ های قابل حمل مانند چراغ قوه و فانوس های کمپینگ اغلب در معرض ضربه های قطره هستند. همچنین کاربردهای زیادی وجود دارد که در آن لامپ های شکسته برای سرنشینان خطر ایجاد می کنند. همه این چالش ها نیازمند یک راه حل روشنایی ناهموار است، که دقیقا همان چیزی است که نورپردازی حالت جامد می تواند ارائه دهد.

11. عمر محصول

طول عمر طولانی به عنوان یکی از برتری های نورپردازی LED برجسته است، اما ادعای عمر طولانی صرفاً بر اساس معیار طول عمر بسته LED (منبع نور) می تواند گمراه کننده باشد. عمر مفید یک بسته ال ای دی، یک لامپ ال ای دی یا یک چراغ ال ای دی (لوازم نور) اغلب به عنوان نقطه ای در زمان ذکر می شود که خروجی شار نور به 70 درصد خروجی اولیه یا L70 کاهش یافته است. به طور معمول، LED ها (بسته های LED) دارای طول عمر L70 بین 30،{4}} و 100،000 ساعت (در درجه Ta=85) هستند. با این حال، اندازه‌گیری‌های LM-80 که برای پیش‌بینی عمر L70 بسته‌های LED با استفاده از روش TM{10}} استفاده می‌شوند، با بسته‌های LED که به‌طور پیوسته تحت شرایط عملیاتی به خوبی کنترل شده کار می‌کنند (مثلاً در یک محیط کنترل‌شده دما) انجام می‌شود. و با جریان درایو DC ثابت عرضه می شود). در مقابل، سیستم‌های LED در کاربردهای دنیای واقعی اغلب با فشار بیش از حد الکتریکی، دمای محل اتصال بالاتر و شرایط محیطی سخت‌تر به چالش کشیده می‌شوند. سیستم های LED ممکن است تعمیر و نگهداری لومن تسریع شده یا خرابی زودرس کامل را تجربه کنند. به طور کلی، لامپ های LED (لامپ ها، لوله ها) دارای طول عمر L70 بین 10،{14}} و 25،000 ساعت هستند، لامپ های LED یکپارچه (مانند چراغ های بلند، چراغ های خیابان، چراغ های پایین) دارای طول عمر بین 30، 000 ساعت و 60،{20}} ساعت. در مقایسه با محصولات روشنایی سنتی - رشته ای (750-2،000 ساعت)، هالوژن (3،000-4،000 ساعت)، فلورسنت فشرده (8،{27}} ,000 ساعت)، و متال هالید (7،500-25،000 ساعت)، سیستم‌های LED، به‌ویژه لامپ‌های یکپارچه، عمر مفید بیشتری را ارائه می‌کنند. از آنجایی که چراغ‌های LED عملاً نیازی به تعمیر و نگهداری ندارند، کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری همراه با صرفه‌جویی در مصرف انرژی ناشی از استفاده از چراغ‌های LED در طول عمر طولانی‌شان، مبنایی برای بازگشت سرمایه (ROI) بالا فراهم می‌کند.

12. ایمنی فوتوبیولوژیکی

ال ای دی ها منابع نوری ایمن هستند که از نظر فتوبیولوژیکی مناسب هستند. آنها هیچ تشعشع مادون قرمز (IR) تولید نمی کنند و مقدار ناچیزی از اشعه ماوراء بنفش (UV) (کمتر از 5 uW/lm) ساطع می کنند. لامپ های رشته ای، فلورسنت و متال هالید به ترتیب 73 درصد، 37 درصد و 17 درصد توان مصرفی را به انرژی مادون قرمز تبدیل می کنند. آنها همچنین در ناحیه UV طیف الکترومغناطیسی منتشر می کنند - رشته ای (70-80 uW/lm)، فلورسنت فشرده (30-100 uW/lm) و متال هالید (160-700 uW/lm) . در شدت بالا، منابع نوری که نور UV یا IR ساطع می کنند ممکن است خطرات فوتوبیولوژیکی برای پوست و چشم ایجاد کنند. قرار گرفتن در معرض اشعه ماوراء بنفش ممکن است باعث آب مروارید (کدر شدن عدسی معمولی شفاف) یا فوتوکراتیت (التهاب قرنیه) شود. قرار گرفتن کوتاه مدت در معرض سطوح بالای تابش IR می تواند باعث آسیب حرارتی به شبکیه چشم شود. قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دوزهای بالای اشعه مادون قرمز می تواند باعث ایجاد آب مروارید شیشه ای شود. ناراحتی حرارتی ناشی از سیستم روشنایی رشته‌ای برای مدت طولانی در صنعت مراقبت‌های بهداشتی آزاردهنده بوده است، زیرا چراغ‌های جراحی معمولی و چراغ‌های جراحی دندان‌پزشکی از منابع نور رشته‌ای برای تولید نور با وضوح رنگ بالا استفاده می‌کنند. پرتوی با شدت بالا که توسط این لامپ ها تولید می شود، مقدار زیادی انرژی حرارتی را ارائه می دهد که می تواند بیماران را بسیار ناراحت کند.

به ناچار، بحث ایمنی فتوبیولوژیکی اغلب بر خطر نور آبی متمرکز می‌شود، که به آسیب فتوشیمیایی شبکیه چشم ناشی از قرار گرفتن در معرض تابش در طول موج‌های عمدتاً بین 400 نانومتر و 500 نانومتر اشاره دارد. یک تصور اشتباه رایج این است که LED ها ممکن است بیشتر خطر نور آبی را ایجاد کنند زیرا اکثر LED های سفید تبدیل شده به فسفر از یک پمپ LED آبی استفاده می کنند. DOE و IES روشن کرده اند که محصولات LED با توجه به خطر نور آبی تفاوتی با سایر منابع نوری که دمای رنگ یکسانی دارند ندارند. ال‌ای‌دی‌های تبدیل‌شده با فسفر حتی تحت معیارهای ارزیابی دقیق، چنین خطری را ایجاد نمی‌کنند.

13. اثر تشعشع

ال ای دی ها انرژی تابشی را فقط در قسمت مرئی طیف الکترومغناطیسی از حدود 400 نانومتر تا 700 نانومتر تولید می کنند. این ویژگی طیفی به چراغ های LED مزیت کاربردی ارزشمندی نسبت به منابع نوری می دهد که انرژی تابشی خارج از طیف نور مرئی تولید می کنند. اشعه ماوراء بنفش و IR از منابع نور سنتی نه تنها خطرات فوتوبیولوژیکی را به همراه دارد، بلکه منجر به تخریب مواد نیز می شود. اشعه ماوراء بنفش برای مواد آلی بسیار مضر است زیرا انرژی فوتون تابش در باند طیفی UV به اندازه کافی بالا است تا مسیرهای بریدگی پیوند مستقیم و اکسیداسیون نور را ایجاد کند. اختلال در نتیجه یا تخریب کروموفور می تواند منجر به زوال و تغییر رنگ مواد شود. کاربردهای موزه نیاز به فیلتر کردن تمام منابع نوری دارند که UV بیش از 75 uW/lm تولید می کنند تا آسیب جبران ناپذیری به آثار هنری به حداقل برسد. IR همان نوع آسیب فتوشیمیایی ناشی از اشعه ماوراء بنفش را ایجاد نمی کند، اما همچنان می تواند به آسیب کمک کند. افزایش دمای سطح یک جسم ممکن است منجر به تسریع فعالیت شیمیایی و تغییرات فیزیکی شود. تشعشعات IR در شدت های بالا می تواند باعث سخت شدن سطح، تغییر رنگ و ترک خوردن نقاشی ها، خراب شدن محصولات آرایشی و بهداشتی، خشک شدن سبزیجات و میوه ها، ذوب شدن شکلات و شیرینی ها و غیره شود.

14. ایمنی در برابر آتش و انفجار

خطرات آتش‌سوزی و قرار گرفتن در معرض از ویژگی‌های سیستم‌های روشنایی ال‌ای‌دی نیستند، زیرا یک LED نیروی الکتریکی را از طریق الکترولومینسانس در یک بسته نیمه‌رسانا به تابش الکترومغناطیسی تبدیل می‌کند. این برخلاف فناوری‌های قدیمی است که با گرم کردن رشته‌های تنگستن یا با برانگیختن یک محیط گازی نور تولید می‌کنند. خرابی یا عملکرد نامناسب ممکن است منجر به آتش سوزی یا انفجار شود. لامپ های متال هالید به ویژه در معرض خطر انفجار هستند زیرا لوله قوس کوارتز در فشار بالا (520 تا 3100 کیلو پاسکال) و دمای بسیار بالا (900 تا 1100 درجه) کار می کند. خرابی لوله قوس غیرفعال ناشی از شرایط پایان عمر لامپ، خرابی بالاست یا استفاده از ترکیب نامناسب لامپ و بالاست ممکن است باعث شکستن لامپ بیرونی لامپ متال هالید شود. قطعات کوارتز داغ ممکن است مواد قابل اشتعال، غبارهای قابل احتراق یا گازها/بخارهای انفجاری را مشتعل کنند.

15. ارتباط نور مرئی (VLC)

ال ای دی ها را می توان با فرکانس سریعتر از آنچه چشم انسان تشخیص دهد روشن و خاموش کرد. این قابلیت روشن/خاموش نامرئی، برنامه جدیدی را برای محصولات روشنایی باز می کند. فناوری LiFi (Light Fidelity) در صنعت ارتباطات بی سیم مورد توجه قابل توجهی قرار گرفته است. از دنباله های "روشن" و "خاموش" LED ها برای انتقال داده ها استفاده می کند. در مقایسه با فن‌آوری‌های ارتباطی بی‌سیم فعلی با استفاده از امواج رادیویی (به عنوان مثال، Wi-Fi، IrDA، و بلوتوث)، LiFi پهنای باند گسترده‌تر و سرعت انتقال قابل‌توجهی بالاتر را وعده می‌دهد. LiFi به دلیل فراگیر بودن نور، به عنوان یک اپلیکیشن جذاب اینترنت اشیا در نظر گرفته می شود. هر چراغ LED می تواند به عنوان یک نقطه دسترسی نوری برای ارتباطات داده های بی سیم استفاده شود، تا زمانی که درایور آن قادر به تبدیل محتوای جریان به سیگنال های دیجیتال باشد.

16. روشنایی DC

ال ای دی ها دستگاه های ولتاژ پایین و جریان محور هستند. این طبیعت به نور LED اجازه می دهد تا از شبکه های توزیع جریان مستقیم ولتاژ پایین (DC) استفاده کند. علاقه فزاینده‌ای به سیستم‌های ریزشبکه DC وجود دارد که می‌توانند به طور مستقل یا در ارتباط با یک شبکه شهری استاندارد کار کنند. این شبکه های برق در مقیاس کوچک، رابط های بهبود یافته ای را با ژنراتورهای انرژی تجدیدپذیر (خورشیدی، باد، پیل سوختی و غیره) فراهم می کنند. برق DC موجود در محل، نیاز به تبدیل توان AC-DC در سطح تجهیزات را که مستلزم اتلاف انرژی قابل توجهی است و یک نقطه خرابی رایج در سیستم های LED دارای برق متناوب است، حذف می کند. روشنایی LED با راندمان بالا به نوبه خود استقلال باتری های قابل شارژ یا سیستم های ذخیره انرژی را بهبود می بخشد. همانطور که ارتباطات شبکه مبتنی بر IP شتاب بیشتری می گیرد، Power over Ethernet (PoE) به عنوان یک گزینه ریزشبکه کم مصرف برای ارائه توان DC ولتاژ پایین روی همان کابلی که داده های اترنت را ارائه می دهد، ظاهر شد. نورپردازی LED مزایای آشکاری برای استفاده از نقاط قوت نصب PoE دارد.

17. عملیات دمای سرد

نورپردازی LED در محیط های با دمای سرد عالی است. یک LED توان الکتریکی را از طریق الکترولومینسانس تزریقی به توان نوری تبدیل می کند که وقتی دیود نیمه هادی بایاس الکتریکی فعال می شود. این فرآیند راه اندازی به دما وابسته نیست. دمای پایین محیط اتلاف گرمای اتلاف تولید شده از LED ها را تسهیل می کند و در نتیجه آنها را از افتادگی حرارتی (کاهش توان نوری در دماهای بالا) معاف می کند. در مقابل، عملکرد دمای سرد یک چالش بزرگ برای لامپ های فلورسنت است. برای راه اندازی لامپ فلورسنت در یک محیط سرد به ولتاژ بالا برای راه اندازی قوس الکتریکی نیاز است. لامپ های فلورسنت همچنین مقدار قابل توجهی از خروجی نور نامی خود را در دماهای زیر صفر از دست می دهند، در حالی که لامپ های LED در محیط های سرد بهترین عملکرد را دارند - حتی تا -50 درجه. بنابراین لامپ های LED برای استفاده در فریزر، یخچال، تاسیسات سردخانه و کاربردهای فضای باز مناسب هستند.

18. اثرات زیست محیطی

لامپ های ال ای دی اثرات زیست محیطی بسیار کمتری نسبت به منابع روشنایی سنتی دارند. مصرف کم انرژی به انتشار کربن کم ترجمه می شود. LED ها فاقد جیوه هستند و در نتیجه عوارض زیست محیطی کمتری در پایان عمر ایجاد می کنند. در مقایسه، دفع لامپ‌های فلورسنت و HID حاوی جیوه شامل استفاده از پروتکل‌های دقیق دفع زباله است.

معایب و چالش های نورپردازی LED

از مزایای فراوان نورپردازی LED هیجان زده نشوید. در حالی که این فناوری قطعاً یک دستاورد برجسته در تاریخ روشنایی الکتریکی است، اما مشکلات خود را ایجاد می کند. صنعت روشنایی با چالش بزرگی روبرو است که قبلاً هرگز با آن دست و پنجه نرم نکرده بود. روشنایی حالت جامد فلسفه طراحی و مهندسی را تغییر داد. سیستم‌های روشنایی دیگر روشن‌کننده‌های گنگ نیستند، بلکه به الکترونیک قدرت تبدیل شده‌اند. به عبارت دیگر، طراحی سیستم های روشنایی به طور بی سابقه ای پیچیده است. ال ای دی ها منابع نور نیمه هادی خود گرم شونده، حساس به جریان و نورانی هستند. این امر باعث ایجاد بزرگترین نگرانی در مورد روشنایی LED می شود - عملکرد و قابلیت اطمینان یک سیستم LED به شدت به یک کار چند بعدی متکی است. معیارهای بسته LED تنها یکی از جنبه های طراحی جامع و مهندسی سیستم های یک سیستم روشنایی LED است. بسیاری از عوامل وابسته به هم دیگر از جمله مدیریت حرارتی، تنظیم جریان درایو و کنترل نوری وارد عمل می شوند.

کارشناسان صندلی راحتی اغلب فهرستی طولانی از معایب روشنایی LED را تهیه می کنند. و برای هیجان انگیز کردن داستان، هرگز فراموش نمی کنند که ذکر کنند که نور LED می تواند خطرات نور آبی را ایجاد کند. نور سفید اساساً مخلوطی از طول موج های باندهای رنگی مختلف است. تمام سفیدپوستان با ظاهر رنگی یکسان، صرف نظر از منابع نوری که نور از آن ساطع می شود، تقریباً نسبت طول موج های آبی در سراسر طیف مرئی یکسان هستند. ظاهر رنگ نور سفید ممکن است با داشتن دمای رنگ همبسته (CCT) مشخص شود. محتوای آبی یک منبع نور به طور کلی با CCT آن مطابقت دارد. هر چه CCT بیشتر باشد نسبت طول موج های آبی بیشتر است. در شرایط روشنایی و روشنایی یکسان، تابش آبی از یک محصول LED 3000 K به اندازه یک لامپ رشته ای 3000 K است و تابش آبی از یک محصول LED 6000 K به اندازه لامپ فلورسنت 6000 K است. مانند سایر منابع نور، خطر نور آبی به ندرت برای LED های سفید نگران کننده است. توانایی مهندسی ترکیب طیفی نور سفید مزیت بزرگ فناوری LED است. با روشنایی LED، هر ترکیب طیفی نور که به طور مثبت به سلامت و رفاه انسان کمک می کند، می تواند تولید شود. نورپردازی محور انسان، یک روند فناوری اصلی که باعث رشد صنعت روشنایی می شود، از قابلیت تنظیم CCT سیستم های LED برای تنظیم میزان تابش آبی برای طیف سالم نور سفید بهره می برد.

در واقع، نورپردازی LED تنها چند معایب ذاتی دارد.

شناخته شده ترین ضعف روشنایی LED این است که LED ها یک محصول جانبی تولید می کنند - گرما. ال ای دی ها دستگاه های گرمایش فروش نامیده می شوند زیرا به جای تابش گرما به شکل انرژی مادون قرمز، گرما را در بسته دستگاه تولید می کنند. حدود نیمی از انرژی الکتریکی تغذیه شده به یک LED به گرما تبدیل می شود که باید از طریق یک مسیر حرارتی فیزیکی هدایت و همرفت شود. عدم حفظ دمای اتصال دستگاه کمتر از حد تعیین شده ممکن است سینتیک مکانیسم های خرابی مانند تولید نقص اتمی و رشد در ناحیه فعال دیود، کربن شدن و زرد شدن کپسول کننده و تغییر رنگ محفظه بسته پلاستیکی را تسریع کند. فراتر از حداکثر دمای نامی محل اتصال، عمر مفید یک LED به ازای هر 10 درجه سانتیگراد افزایش دمای اتصال بین 30 تا 50 درصد کاهش می یابد.

ناشناخته ترین و همچنین بزرگترین ضعف نورپردازی LED این است که LED ها الکترونیک قدرت ظریفی هستند. آنها در مورد غذای خود بسیار حساس هستند - جریان درایو. برای LED ها، حساسیت بالای آنها به جریان رو به جلو یک شمشیر دو لبه است. این به سیستم های روشنایی قابلیت کنترل بالاتری می دهد، اما همچنین تنظیم جریان درایو را بسیار چالش برانگیز می کند. یک تغییر بسیار کوچک در جریان درایو باعث نوسان خروجی نور می شود. LED ها دستگاه های DC هستند، با این حال اغلب باید با منبع تغذیه AC تغذیه شوند. سرکوب ناقص شکل موج متناوب پس از یکسوسازی ممکن است منجر به یک موج باقی مانده (تغییر دوره ای باقیمانده) در خروجی جریان از درایور به LED شود. این ریپل باعث می شود که LED ها با فرکانس دو برابر ولتاژ خط ورودی یعنی 100 هرتز یا 120 هرتز سوسو بزنند. وابستگی متقابل الکتریکی و حرارتی LED ها نیز به تنظیم بار پیچیدگی می بخشد. با افزایش دمای محل اتصال، ولتاژ رو به جلو کاهش می یابد، توان الکتریکی تحویل شده به LED نیز کاهش می یابد. از طرف دیگر، هر چه جریان درایو بیشتر باشد، گرمای اتلاف تولید شده در قالب نیمه هادی بیشتر می شود. رانندگی بیش از حد آنچه که یک LED برای آن رتبه بندی می شود ممکن است منجر به خرابی زودهنگام LED به دلیل فرار حرارتی شود. با این وجود، مخرب ترین تهدید برای LED ها ناشی از فشارهای بیش از حد الکتریکی (EOS) است. یک EOS زمانی اتفاق می‌افتد که جریان یا ولتاژ درایو از حداکثر مقادیر نامی قطعه بیشتر شود. منابع احتمالی زیادی برای فشارهای بیش از حد الکتریکی وجود دارد که شامل تخلیه الکترواستاتیکی (ESD)، جریان هجومی یا انواع دیگر نوسانات گذرا برق می شود. بنابراین آسیب پذیری LED ها در برابر انواع مختلف تنش های الکتریکی نیاز به تنظیم دقیق جریان درایو دارد.

سومین نقطه ضعف این است که LED ها چگالی شار بالایی دارند. منابع نور متمرکز نور جهت دار به طور بالقوه می توانند تابش خیره کننده ایجاد کنند. درخشندگی زیاد در میدان دید باعث تداخل بینایی (نور ناتوانی) یا ایجاد احساس سوزش یا درد (نور خیره کننده ناراحتی) می شود. اپتیک های اضافی برای کاهش تابش خیره کننده را می توان در طراحی لامپ ها گنجاند، اما اغلب منجر به تلفات نوری بالا می شود.

آخرین اما نه کم‌اهمیت، افزایش پیچیدگی طراحی سیستم منجر به هزینه اول بالاتر محصولات LED در مقایسه با محصولات روشنایی قدیمی می‌شود. این امر بهینه سازی هزینه را به بخش مهمی از فرآیند طراحی لامپ تبدیل می کند. زمانی که فشار هزینه بر عملکرد و قابلیت اطمینان محصولات بیشتر باشد، جریانی از مشکلات به وجود می آید.