מהי תאורת לד

נורת לד (קרויה גם) היא מקור אורState Lighting Solid  אלקטרוני בצורת התקן מוליך (Semiconductor) למחצה אשר פולט אור במעבר של זרם חשמלי דרכו. אין בה גז וגם לא חוט להט, והיא אינה בנויה משפופרות זכוכית שבירה. משום כך היא שונה באופן מהותי ממקורות האור הקונבנציונליים – נורות ליבון, נורות פלואורסצנטיות, ונורות פריקה בגז.
לראשונה פותחה נורת לד אדומה בחברת "ג'נרל אלקטריק" בראשית שנות ה- 60של המאה ה- ,20ושימושה העיקרי היה כנורת סימון קטנה בתוך התקנים אלקטרוניים. נורת לד ירוקה  ונורת לד צהובה פותחו במהלך שנות ה- 70של אותה מאה, והותקנו בשעונים, במחשבונים,
בשלטי יציאה והכוונה, ובציוד אלקטרוני נוסף. בשנת 1990הוצגו לראשונה נורות לד בצבעים אדום, צהוב וירוק שתפוקתן האורית
הניבה 1לומן. היות שהצבעים אדום, ירוק וכחול (,RGB – Red )Green, Blueהם שלושת הצבעים הבסיסיים של האור, יכולות
נורות לד להפיק אור בכל צבע, לרבות לבן. לקראת סוף שנות ה- 90החלו נורות לד להחליף נורות ליבון והלוגן ביישומי תאורה
שביקשו לשלב אור בצבעים שונים. בשנים 2005-2000גדלה התפוקה האורית של נורות לד עד כ- 100לומן, והחלו להופיע
נורות לד בעלות אור לבן במיגוון גוונים – קר, חם, או גוון אור יום – של מקורות האור הקונבנציונליים. כיום מהוות נורות לד מקור
אור אשר עשוי לשמש כתחליף למקורות האור הקונבנציונליים ביישומים רבים. עם זאת, הן מצויות עדיין בשלבי פיתוח, ויעדים
רבים בתחום זה טרם מומשו. 

מבנה ואופן פעולה בסיסיים

לד היא דיודה פולטת אור ( .)LED – Light Emitting Diodeזהו התקן אלקטרוני מוליך למחצה אשר מתיר לזרם חשמלי לזרום בו
בכיוון אחד בלבד. הדיודה בנויה מחיבור של שני חומרים שונים במקצת, בצורה המכונה צומת .PNכמתואר באיור ,1החומר
האחד הוא חומר מסוג ,Pאשר מכיל מטען חיובי עודף (קרוי בשפה המקצועית ,)holesדבר המעיד על העדר אלקטרונים בו. 

החומר השני הוא מסוג ,Nאשר מכיל מטען שלילי עודף (אלקטרונים.) כאשר מופעל מתח חשמלי קדמי על התקן מוליך למחצה בעל צומת ,PNאלקטרונים נעים מאיזור Nלכיוון איזור ,Pואילו המטען החיובי ( )holesנע לכיוון איזור .Nכתוצאה מכך מתאחדים המטען השלילי והמטען החיובי בצומת, ונפלטת אנרגיה בצורת פוטונים. אלו הם החלקיקים היסודיים של הקרינה האלקטרומגנטית. למעשה, כל הדיודות פולטות פוטונים, אך לא כל הדיודות הן דיודות פולטות אור. החומר המשמש את הדיודה פולטת האור הוא חומר ייעודי שיגרום פליטת פוטונים באורכי גל בתחום הנראה לעין האנושית. חומרים מסוגים שונים מחוללים פליטת פוטונים באורכי גל שונים, דבר המתבטא כאור בגוונים שונים.

יצרני לד מציעים מיגוון של נורות לד בגוונים רבים, ובהם כחול, ירוק, אדום, חום-צהבהב (ענבר,) אדום- כתום, ועוד. נורת לד יכולה להפיק
גוון אור מסוים בהתאם להרכב החומרים של הנורה. אולם, כאשר משלבים כמה נורות לד בגוני אור שונים נוצרים גוונים נוספים ,

לדוגמא, שילוב של נורות לד בגוונים אדום, ירוק וכחול בתוך התקן אחד, למשל גוף תאורה יחיד, בלוויית בקרה על העוצמות
של כל אחד מהם, יכול להפיק מיליוני גוונים נוספים. אשר לגוון אור לבן, קיימות שתי שיטות עיקריות להפקתו באמצעות נורות לד:
• תערובת נכונה של אור בגוונים אדום, ירוק וכחול ( )RGBיוצרת אור לבן.
• שימוש בלד יחיד המפיק אור באורכי גל קצרים, כגון כחול או אולטרה סגול ( ,)UVבשילוב של ציפוי זרחני צהוב, יוצר אור לבן.
אמנם, השימוש בשילוב של צבעים בשיטת RGBלשם יצירת אור לבן טוב לקביעת גוון מדויק של אור ולהשגת יעילות אורית גבוהה
יחסית, אך פעולה זו אינה טבעית, והיא מתבטאת )CRI – Color Rendering Index( במקדם מסירת צבע נמוך של הנורה.
מנגד, הפקת אור לבן באמצעות חומר זרחני מתבטאת במקדם מסירת צבע גבוהה יותר, ולא פחותה מזו של מקורות האור הקונבנציונליים.
יתרה מזאת, טכנולוגיה זו – הפקת אור לבן באמצעות חומר זרחני – מניבה יעילות אורית גבוהה יותר מזו של שילוב צבעים ( .)RGBלכן, זו גם השיטה השכיחה יותר להפקת אור לבן באמצעות נורת לד.

מבחינים בין שני סוגים בסיסיים של נורות לד –

.)Illuminator type LED( ,) והארהIndicator type LED( אינדיקציה עלותן של נורת לד מסוג אינדיקציה היא נמוכה, והן משמשות
בעיקר למטרות אינדיקציה בפנלים של תצוגה והתקנים אלקטרוניים. נורות לד מסוג הארה (קרויות גם בשמות – SMD
HP LED , אוSurface-mount LED, HB LED – High-Brightness LED
)- High Power LEDהן התקנים בעלי הספק חשמלי גבוה יותר,
אשר מסוגלים להפיק אור בעוצמות זהות לאלו של מקורות האור
הקונבנציונליים או אף גבוהות מהן.
שטף אור, יעילות אורית ו"משך חיים שימושי" שטף האור של הנורה, היעילות האורית, ומשך חייה הם מאפיינים
בסיסיים של כל מקור אור, והם שזורים זה בזה ומשפיעים זה על
זה בכמה אופנים. לדוגמא, שטף האור של מקור אור משתנה עם
הזמן לאורך החיים של מקור האור, ואילו היעילות האורית נקבעת
כתלות בשטף האור הנפלט מהנורה.
כאשר בוחנים נורות לד בהשוואה למקורות האור הקונבנציונליים,
חשוב לעמוד על טיבם של המאפיינים הללו, תוך הבחנה מהותית
וחשובה בין מקורות אור קונבנציונליים לבין נורות לד – נורה
לעומת התקן תאורה (גוף תאורה). למעשה, כאשר אנו בוחנים
את המאפיינים של מקורות האור הקונבנציונליים, אנו מתייחסים
לנתונים של מקור האור (נורה) באופן נפרד מנתוני גוף התאורה
(התקן התאורה) שבו מותקנת הנורה. לעומת זאת, כאשר בוחנים
את המאפיינים של מיתקן תאורת לד, אנו חייבים להתייחס
לנתונים של כל המכלול – נורת לד בתוך גוף תאורה, כולל
עדשות, אלקטרוניקה (דרייברים,) ומבנה גוף התאורה עצמו.
שטף אור ויעילות אורית
לגוף התאורה שבו מותקנת נורת לד יש השפעה רבה על
תיפקודה של הנורה, בהיבטים של טמפרטורה אופפת, מסנני
צבע, עדשות למיניהן ועוד, ולכן הוא נבנה כחלק אחד עם נורת
הלד שבתוכו. לפיכך, יש להתייחס לנתוני תפוקת אור של המכלול
השלם של שניהם, ולמעשה להתעלם מנתונים בודדים של הנורה
לבדה (למעשה הרכיב האלקטרוני,) אשר נכונים אך ורק לבדיקות
המעבדה לגבי הרכיב. בניגוד למקורות אור קונבנציונליים,
שלגביהם מפרסמים יצרני מקור האור (הנורה) נתונים ביחס
למקור האור, יצרני גופי התאורה מפרסמים נתונים פוטו-מטריים
ונתוני נצילות של גוף התאורה, כך שעל המשתמש הסופי לחשב
את תפוקת האור הכוללת של גוף התאורה כתלות בנצילותו.
לעניין זה חשוב להבחין בין שני מושגים נפוצים, אשר אנשי
מקצוע בענף נוטים לא להבחין בהבדלים ביניהם – יעילות אורית,
ונצילות. יעילות אורית (לומן פר ואט) מבטאת את היחס בין כמות
האור (לומן) שנקבל ממקור אור או מגוף תאורה לבין האנרגיה
חשמלית נדרשת במבוא (ואט) כדי להפיקו. לעומת זאת, נצילות
מבטאת כמה אור מופק מגוף התאורה ביחס לאור שמפיק מקור
האור המותקן בו, והיא מתוארת באחוזים.
אשר ליעילות האורית של תאורת לד, חשוב לא לשכוח במאזן היעילות גם את ספק המתח (דרייבר) של הלד,
שנצילותו היא כ-% ,85דהיינו כ-% 15מהאנרגיה החשמלית במבוא ,אובדת (בצורת חום) רק במעבר דרך הדרייבר.
בשנים האחרונות חל שיפור ניכר ביעילות האורית של נורות לד, לרבות במכלולים שלמים של גופי תאורת לד. איכותם הולכת ומשתפרת במידה רבה,
בעיקר כיוון שיצרני גופי התאורה המסורתיים החלו לשלב טכנולוגיה זו בגופי התאורה, אולם עדיין ניתן למצוא בשווקים עדות להופעת יצרני גופי תאורת
לד חדשים רבים וחסרי ניסיון רב בענף התאורה, דבר המתבטא בגופי תאורה לוקים בחסר.

משך חיים שימושי" ( )Useful Lifeשל נורת לד
משך החיים הנקוב של מקורות האור הקונבנציונליים מבטא נקודת זמן ממוצעת שבה כשלו % 50מכמות הנורות הנבדקות במדגם הבדיקה. בניגוד להגדרת משך החיים הנקוב של מקורות
האור הקונבנציונליים, משך החיים של נורות לד מוגדר כ"משך חיים שימושי," וזאת בעזרת המושגים המופיעים בספרות, אשרLumen Depreciation אוLumen Maintenance-המקצועית כ הופכיים זה לזה אך משמעותם זהה, כדלהלן:
– Lumen Maintenanceמבטא את אחוז שטף האור הנותר של הנורה (ביחס לשטף האור ההתחלתי שלה) לאחר משך שעות מסוים.
לדוגמא, משך חיים נקוב של 10,000שעות עבור L90 מבטא, כי לאחר 10,000שעות יהיה שטף האור של הנורה %90
מהשטף ההתחלתי.

סיכום

על אף שזו טכנולוגיה חדישה יחסית, תאורת לד הולכת ומבססת את מעמדה במרבית יישומי התאורה, החל מאינדיקציה וסימון וכלה בהארת פנים וחוץ.
טכנולוגיה זו כבר משתווה לטכנולוגיה של מקורות האור הקונבנציונליים בפרמטרים שונים, כגון יעילות אורית, ידידותיות לסביבה, וכדאיות טכנו-כלכלית, ולעיתים אף עולה עליה.
בין היתרונות הבולטים של תאורת לד ניתן לציין: יעילות אורית גבוהה ביחס לתאורת ליבון והלוגן, ולעיתים אף ביחס לתאורה פלואורסצנטית; מקור אור נקודתי אשר מאפשר להשתמש בו בצורה יעילה יותר ליישומים השונים; צבע אור אחיד ומגוון; משך חיים שימושי ארוך ביחס לזה של מקורות האור הקונבנציונליים אינה פולטת קרינה בתחום התת-אדום ( )IRולא בתחום העל- סגול ( ;)UVנטולת כספית, ונחשבת ידידותית לסביבה.
חרף ההתקדמות הטכנולוגית העצומה שלהן, נורות לד עדיין אינן מהוות תחליף מלא לכל יישומי התאורה. יתרה מזאת,

 

הפיתוח המהיר של הטכנולוגיה והגידול העצום בממדי השווקים העוסקים בהתקני תאורת לד הולידו גם חסרונות וכשלים הקיימים בענף זה, ובהם: טרם הסתיימה כתיבת התקנים הרלבנטיים; חוסר ניסיון של יצרני התקני תאורת לד, אשר מתבטא במוצרי שוק שאינם עומדים בציפיות המשתמשים; עלות גבוהה יחסית של ההתקנים, ועוד.