Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

Mikroelektronika (a pn-átmenet működése), Fizika.

A kötelező előtanulmányi rend az adott szak honlapján és képzési programjában található.

A tantárgy célkitűzése, hogy mélyebb ismereteket adjon a mai legmodernebb fényforrások, a teljesítmény LED-ek, mint speciális félvezető eszközök vonatkozásában. Olyan, a működés főbb jellemzőire, a gyártás, a konstrukció, a megbízhatóság és az élettartam alapvető vonatkozásaival, valamint az alkalmazások termikus, elektromos és optikai környezetének a kialakításával kapcsolatos ismeretek kerülnek átadásra, amelyek elengedhetetlenek a LED-es fényforrásokkal kialakított világítástechnikai megoldások rendszerszintű tervezéséhez, üzemeltetéséhez. Ismertetésre kerülnek a LED-ekkel kapcsolatos legfontosabb szabványok (termék szabványok, minősítéssel kapcsolatos szabványok). A tárgy hasznos kiegészítője a BME-n oktatott egyéb, világítástechnikai vonatkozású tantárgyak által átadott ismereteknek.

A tárgy a különbözőképpen szerelt LED-ekre, mint alapvető alkatrészekre tekint. A tantárgy keretén belül ismertetésre kerülő tananyag négy részre osztható. Az első rész a fény és a különböző fényforrások jellemzőivel foglalkozik azon a szinten, hogy segítse a LED-ek, mint fényforrások legfontosabb tulajdonságainak megértését. Legnagyobb hangsúlyt a LED-ek és LED-es alkalmazások kialakításának fizikai és konstrukciós kérdései kapják. Az egyes részterületekhez kapcsolódóan ismertetjük a legfontosabb ipari szabványokat. A következő anyagrész az egyes alkalmazási területeket ismerteti a LED-ekkel szemben támasztott követelmények hangsúlyozásával. Különös hangsúlyt fektet a tárgy a LED-ek működését leginkább befolyásoló termikus problémák területére.

Heti bontásban:

1. hét:           A fény és az emberi látás alaptulajdonságai. Fénytechnikai alapfogalmak (optikai teljesítmény, fényáram, fényerősség, térszög, megvilágítás, fénysűrűség). A fényforrások fajtái, fejlődéstörténete: hőmérsékleti sugárzók (izzólámpák), gázkisülő lámpák, fénycsövek, szilárd-test fényforrások (LED-ek, OLED-ek) áttekintése.

2. hét:           A LED, mint pn-átmenet működésének áttekintése. Rekombinációs folyamatok, feszültség-áram karakterisztika: ideális dióda modell LED-ekre, a soros ellenállás. Különböző LED-ek spektrális teljesítményeloszlása: kvázi monkormatikus LED-ek, fényporos fehér LED-ek.

3. hét:           LED-ekben alkalmazott különböző vegyület félvezető anyagrendszerek. LED-ek hatásfoka. Nagy hatásfokot biztosító LED konstrukciók.

4. hét:           LED-ek laboratóriumi minősítő mérsei (fénytechnikai tulajdonságok mérése, termikus tulajdonságok mérése). A vonatkozó legfrisebb ajánlások, szabványok áttekintése (CIE, JEDEC). A LED-ek működésének hőmérsékletfüggése, LED-ek multi-domain modellezése mérések alapján.

5. hét:            LED-ek gyártósori mérése, osztályozása (binning). LED-ek tokozása, szereléstechnikai kérdései: level 1, 2, 3, 4 rendszerek: LED chip, tokozott LED chip, hordozóra szerelt tokozott LED chip, hűtőbordára szerelt hordozón lévő tokozott LED chip. LED adatlapok és egyéb alkalmazástervezést segítő gyártói információk.

6. hét:           LED-ek megbízhatósági kérdései: öregedési vizsgálatok és élettartam predikció (LM80 és TM21 szabványok), főbb meghibásodási mechanizmusok.

7. hét:           LED-es alkalmazások termikus környezetének kialakítása (hűtőbordák, termikus határfelületi anyagok), LED-es megoldások lámpatest szintű termikus vizsgálata, CFD modellezés és szimuláció.

8. hét:           Klasszikus fényforrásokat helyettesítő LED lámpák (retrofit alkalmazások). LED-ek, mint fényforrások különböző alkalmazási területei: autoipari alkalmazások, beltéri világítás, kültéri világítás, TV backlight, speciális alkalmazások (pl. múzeumvilágítás), az alkalmazási területek által támasztott speciális követelmények a LED-ekkel szemben.

9. hét:           LED modulok. A Zhaga szabvány. LED-es világítási rendszerek gyakorlati megismerése üzemlátogatás során (GE)

10. hét:     LED-es fényforrások elektromos környezetének kialakítása (pl. a fényáram szabályozásának a kérdései, LED meghajtók). A közvetlen AC táplálású LED-ek.

11. hét:     LED-es világítástechnikai megoldások vizuális komfortja (színvisszadás, színhűség, káprázás). LED-es világítástechnikai megoldások fotobiológiai hatásai (a kék fény hatásai).

12. hét:     Organikus LED (OLED) fényforrások áttekintése: konstrukció, működés, modellezés, alkalmazás

13. hét:     Laboratóriumi bemutató (integráló gömb, goniofotométer, termikus mérőállomás)

14. hét:     Tartalék

Heti 2 óra előadás. Az egyik előadás alkalmával laboratóriumi bemutatóra kerül sor. A LED-es világítási rendszerek gyakorlati alkalmazási kérdéseivel foglalkozó előadása gyárlátogatás keretén belül történik.

a. Egy zárthelyi írása az utolsó héten.

b. Az tárgy sikeres teljesítésének feltételei: zárthelyi legalább elégséges megoldása.

c. A félévközi jegy a zárthelyin elért pontszám alapján.

A hallgató feladata az önálló felkészülés a következő témákból:

• LED-ek laboratóriumi minősítő mérései (fénytechnikai tulajdonságok mérése, termikus tulajdonságok mérése). A vonatkozó legfrissebb ajánlások, szabványok áttekintése (CIE, JEDEC). A LED-ek működésének hőmérsékletfüggése, LED-ek multi-domain modellezése mérések alapján.

• LED-es alkalmazások termikus környezetének kialakítása (hűtőbordák, termikus határfelületi anyagok), LED-es megoldások lámpatest szintű termikus vizsgálata, CFD modellezés és szimuláció.

A szükséges tudás a következő könyv megfelelő fejezeteinek feldolgozásával megszerezhető: Clemens Lasance - András Poppe: Thermal Management for LED Applications, Springer (2014) (Elérhető e-book formában is.)

A tárgyból 1 pót ZH-t iratunk a pótlási időszakban. Pót-pót ZH főszabály szerint nincs.

Az előadóval történt egyeztetést követően folyamatos.

1)   E. Fred Schubert: Light-emitting diodes (2. kiadás), Cambridge University Press (2006).

2)   Clemens Lasance - András Poppe: Thermal Management for LED Applications, Springer (2014) (Elérhető e-book formában is.)

3)   Poppe Kornélné – Dr. Borsányi János: Világítástechnika I. BMF KVK 2024 Budapest (2003).

4)   Világítástechnikai Kislexikon, Világítástechnikai Társaság (2001)

5) A Világítástechnikai Társaság 2012/13-as és 2014/15-ös évkönyvének válogatott írásai