Käyttämäsi selain on vanhentunut. Suosittelemme, että päivität selaimesi ensin uusimpaan mahdolliseen versioon.

Mitkä LED:in ominaisuudet vaikuttavat LED-taulun laatuun ja miksi?

Julkaistu 26.10.2020

LED eli Light Emitting Diode on nimensä mukaan diodi. Diodi päästää virtaa kulkemaan vain toiseen suuntaan ja diodin kynnysjännite UD vaihtelee LED-komponentin tuottaman värin mukaan. LED vaatii tietyn kynnysjännitteen ylittymisen, jotta valoa emittoituu puolijohteissa. Eri värien aikaansaamiseksi käytetään tiettyjä puolijohteita. Komponentin valmistajan speksistä näkee tarkat kullekin värille määritellyt jännitearvot ja aallonpituudet. Karkeasti punaisen ja vihreän LED:in kynnysjännite on 2 voltin luokkaa ja sinisen 4 volttia. LED toimii parhaiten tietyllä ominaisvirralla. LED:in läpi kulkema virta asetetaan vakioksi esim. etuvastuksen avulla. LED-näytöissä käytetyt LED-komponentit käyttävät tyypillisesti 5-20mA virtoja. Erittäin tarkoissa näytöissä, joissa on pienikokoiset LED-komponentit, virrat ovat 2-10mA. Ilman etuvastusta (kuvassa R1) LED-komponentti ottaa liikaa virtaa ja sen elinikä jää lyhyeksi. LED-näytöissä tätä tehtävää hoitaa LED-ajuri IC.

 

 

LED-komponentin virran rajoittaminen etuvastuksella

LED:IN KIRKKAUDEN SÄÄTÄMINEN

LED:in kirkkauden säätäminen jännitettä säätämällä on lähes mahdotonta sen puolijohderakenteesta johtuen. Valoa emittoituu vain, kun tietty kynnysjännite ylitetään. Virtaa muuttamalla saadaan LED:in valotehoa säädettyä, mutta näin tehtäessä LED:in lähettämän valon väri eli aallonpituus muuttuu. LED:in läpi kulkeman virran pienentäminen, kasvattaa valon aallonpituutta. Parempi tapa LED:in kirkkauden säätöön on ajuri IC-piiri (LED-ajuri, LED-driver), jonka avulla LED:iä voidaan himmentää pulssinleveysmodulaatiota (PWM) hyväksikäyttäen. Pulssinleveysmodulaatiossa syöttövirta on vakio, mutta ledille syötettyä virtaa katkotaan niin suurella nopeudella, että silmä ei kykene havaitsemaan välkyntää. Tämä havaitaan ledin himmentymisenä. Ihmissilmä ei havaitse yli 120Hz taajuuksia, mutta näyttöjä kuvattaessa välkyntä saattaa näkyä. Tämän takia näytöissä käytetään huomattavastikin korkeampia taajuuksia. PWM tyyppisen tekniikan käyttäminen on LED-komponentilla mahdollista, sillä LED syttyy ja sammuu lähes viiveettömästi, eikä LED:in käyttöikään vaikuta sytytyskertojen määrä. LED:in kytkentävaste on 20 nanosekunnin luokkaa. Tämä mahdollistaa suuretkin virkistystaajuudet itse näytöissä.

 

Kuva lediin syötetyn virran katkomisesta joka saa ledin näyttämään himmeämmältä

 

KÄYTTÖIKÄ JA HYÖTYSUHDE

LED:in oletettu käyttöikä on 100 000 tuntia, jonka valmistaja on määritellyt tietyllä lämpötilalla. Käytännössä se jää kuitenkin tätä pienemmäksi. Käyttöikä tarkoittaa, että valotehosta on jäljellä noin 50 - 70 prosenttia. LED ikääntyy nopeammin korkeissa lämpötiloissa ja suuressa kosteudessa. Tämä näkyy LED-näytön nopeampana kirkkauden hiipumisena. Vaikka yleisesti ajatellaan, että LED on energiatehokas niin noin 30% siihen johdetusta sähköenergiasta saadaan muutettua valoksi. 70% muuttuu lämmöksi. Tämän takia LED-näytöissä pitää kiinnittää huomiota lämmön tehokkaaseen poistumiseen LED-komponentista. Huomattavaa on kuitenkin, että perinteisessä hehkulampussa vain 2% sähköenergiasta muuttuu valoksi. Tähän verrattuna LED on hyötysuhteeltaan todella tehokas.

KIRKKAUS

Ledien kirkkaudesta käytetään yleensä mittayksikköä kandela (cd), sekä millikandelaa (mcd). Tuhat millikandelaa on yksi kandela. Näytöissä käytettyjen RGB LED:ien arvot liikkuvat luokassa 200-1500 mcd. RGB LED-komponentin vihreä väri on valoteholtaan voimakkain ja sininen heikoin. Valoteho putoaa eniten ikääntymisen myötä punaisella värillä. Tämä näkyy näytön ikääntyessä värien vääristymisenä. Mitä fyysiseltä kooltaan isompia LED-komponentteja käytetään, sitä isompi on myös yleensä näytön valoteho.

LED-LINSSI JA KATSELUKULMA

Toinen LED-komponentin fyysinen ominaisuus on valokeila eli se kuinka leveä tai kapea valonsäde on. Itse puolijohde tuottaa hyvin pistemäistä valoa. Tätä päästään muuttamaan LED linssillä, joka on liimattu LED-komponentin päälle. Ilman linssiä, LED puolijohteesta saatava valoteho jäisi olemattomaksi. LED-komponentin valokeilan leveys määrittää koko LED-näytön katselukulman. Tyypillinen horisontaalinen katselukulma LED-näytölle on 120 astetta.

KONTRASTI

Hyvä kontrasti saadaan LED-näytöllä aikaiseksi käyttämällä LED-komponenttia, jonka runko ja/tai myös linssi on musta. LED:ien ympärillä olevan maskin tulee myös olla mahdollisimman musta. Näin saadaan aikaan suuri kontrasti eli mustan ja valkoisen välinen ero on mahdollisimman suuri. Tämä asia tulee huomioida, jos halutaan kuvalta hyvää väritoistoa esimerkiksi videon toistossa.