Kategorie

LED články

Co je to LED dioda?

Co je to LED dioda?

LED dioda - elektronická součástka

Schéma diody

LED (Light Emitting Diode) (česky elektroluminiscenční dioda), nebo-li světlo vyzařující dioda. LED dioda je založena na optoelektrickém jevu polovodiče (diody) kdy při průchodu elektrickým proudem emituje světlo.
Dioda je polovodičová součástka, která propustí elektrický proud pouze jedním směrem. LED vyzařuje z obnaženého PN přechodu, a vede stejnosměrný proud pouze jedním směrem. Na rozdíl od žárovky dosahuje vysoké účinnosti, je mechanicky odolná, levná na výrobu, a proto je čím dál více využívána (kontrolky, displeje, osvětlení).

Základní typy LED diod

Typy základních LED diod

Trochu z historie

Nick Holonyak Jr. (narozen 1928) na Univerzitě Illinois v Urbana Champaign vyvinul první praktickou LED s viditelným spektrem v roce 1962. V česku se první elektroluminiscenční LED diody Tesla LQ-100 vyrábí ve druhé polovině 70. let.

Jak LED diody fungují?

Prochází-li PN přechodem světelné diody elektrický proud v propustném směru, přecházejí volné elektrony z části typu N (s přebytkem volných elektronů) do části typu P (s nedostatkem volných elektronů, s tzv. dírami). Když excitovaný volný elektron z části N zapadne do orbity atomu v polovodiči typu P, dostane se na nižší energetickou hladinu. Přebytečná energie je v podobě vlnění vyzářena mimo materiál (různými druhy záření, např. viditelné světlo, infračervené nebo ultrafialové záření). Při vhodné volbě příměsí v polovodičovém materiálu je v LED diodě na odhaleném PN přechodu přebytečná energie vyzářena ve viditelném spektru jako nekoherentní světlo s úzkým spektrem (úzký vlnový rozsah).

Pásmo spektra záření diody je závislé na chemických příměsích použitého polovodiče. LED jsou vyráběny s pásmy vyzařování od ultrafialových, přes různé barvy viditelného spektra, až po infračervené pásmo. Poměrně dlouho trval vývoj modré LED, která umožnila vznik moderních velkoplošných barevných obrazovek, a v té souvislosti i bílé vysoce svítivé LED, které se používají hlavně jako zdroje světla v různých svítilnách a světlometech a dále k podsvícení displejů z tekutých krystalů.

Protože není možné přímo emitovat bílé světlo, novější bílé LED využívají luminoforu. Některé průhledné LED emitují modré světlo, část tohoto světla je přímo na polovodiči luminoforem transformována na žluté světlo a díky mísení těchto barev vzniká bílá. Jiné typy bílých LED emitují ultrafialové záření, to je přímo na čipu luminoforem transformováno na bílé světlo.

Základní monokrystaly diod bývají překryty kulovými vrchlíky z epoxidové pryskyřice nebo akrylového polyesteru. Materiály, z nichž se LED vyrábějí, totiž mají poměrně vysoký index lomu a velká část vyzařovaného světla by se odrážela totálním odrazem zpět na rovinném rozhraní se vzduchem.

Tvar a rozvržení LED diody

Výhody LED diod oproti jiným zdrojům světla

Oproti jiným elektrickým zdrojům světla (žárovka, výbojka, doutnavka) mají LED tu výhodu, že pracují s poměrně malými hodnotami proudu a napětí. Z toho vyplývá jejich užití v displejích (ve tvaru cifer a písmen). Kombinací LED základních barev (červená, zelená, modrá) je možno získat i barevné obrazovky.

Konstrukčně představují LED součástku, v níž je kontaktovaný čip (nebo kombinace čipů) zastříknut materiálem s požadovanými optickými vlastnostmi (LED se vyrábějí v bodovém či rozptylném provedení, s různým vyzařovacím úhlem). Kontakty mohou být v provedení pro povrchovou montáž (SMD) nebo ve tvaru ohebných či poddajných přívodů. Sestavy více čipů LED v jednom pouzdře mohou mít samostatně vyvedeny kontakty na každý čip, společnou anodu či katodu, či antiparalelně, anebo mohou mít na čipu řídící elektroniku (např. LED měnící barvy či blikající).

LED diody jsou různých barev, velikostí a výkonů. LED dioda od svého počátku prochází obrovským technickým pokrokem. V dnešní době se LED diody používají téměř všude a postupem času se LED TECHNOLOGIE začaly používat i jako hlavní osvětlení. LED technologie pro osvětlování je sice založená na stejném principu jako LED dioda, ale již nevyužívá křemíkového polovodiče k vyzařování světla. LED osvětlení je dnes na vysoce vyspělé úrovni, kde se využívá drahých kovů a kamenů jako je například syntetický safír k vyzařování světla. Safír je totiž mnohem čistější proto vyzáří světla mnohem více než obyčejný křemík a také je toto světlo mnohem kvalitnější v porovnání v CRI (Color range index). Není to samozřejmě pouze drahými kameny, je to také samotnou strukturou LED čipu a v neposlední řadě i "gelem" neboli pryskyřicí, která doslova "ladí" světlo které LED čip vyzařuje.

Nejen použití kvalitní polovodičové části LED čipu, ale také použití kvalitního gelu pro LED čip jsou nejdůležitějšími předpoklady kvalitního LED čipu pro osvětlení. Tyto SMD LED čipy si každý výrobce vyrábí sám, podle svých kritérií a požadavků, a proto jsou kvalitní LED čipy jednou z nejdůležitějších částí jakéhokoli LED produktu pro osvětlení.

Výhody použití LED

- Asi 10× větší účinnost (svítivost/výkon) než žárovky, asi 2× větší než zářivky (nejmodernější přes 180 lm/W)
- Vyzařují světlo v požadované barvě bez použití složitých barevných filtrů
- Pouzdro může být navrženo k usměrnění světla na určité místo
- Při funkci „stmívání“, nemění svou barvu při snížení napájecího proudu, na rozdíl od žárovek, které při snížení napájení vydávají žlutější světlo
- Jsou odolné vůči nárazům a vibracím
- Jsou odolné vůči chladu
- Nevadí časté vypínání a zapínání, na rozdíl od žárovek, halogenek, zářivek které mohou při častém zapínání a vypínaní snadno shořet
- Extrémně dlouhá životnost. Jeden z výrobců vypočítal odhadovanou dobu životnosti jejich LED mezi 100 000 a 1 000 000 hodin
- U zářivek je obvyklý údaj 8 000 – 12 000 hodin a u typických žárovek 1 000 – 2 000 hodin
- Nejčastější příčinou jejich selhání je postupný úbytek jasu, na rozdíl od žárovek, u kterých se nejčastěji přeruší vlákno
- Velice rychle se rozsvítí. Typický červený LED indikátor se rozsvítí v řádu mikrosekund
- Jsou velice malé a snadno mohou být osazeny do desky plošných spojů
- Neobsahují rtuť (na rozdíl od zářivek)
- U LED žárovek je výhodou možnost častého vypínání a zapínání bez obav z prasknutí tepelného vlákna jako u klasických žárovek
- Různorodost LED žárovek je jejich velkou výhodou, díky které je lze instalovat a využívat skutečně velmi široce

Sami pro své produkty používáme jen kvalitní značkové čipy, jako jsou: CREE, PHILIPS, SAMSUNG, BRIDGELUX, EPISTAR, Sanan apod.

Kde se LED produkty používají

LED diody a LED světla mají obrovské využití jak v domácnostech, komerčních projektech tak v průmyslu. V podstatě se používají již všude. Domov, průmysl, obchody. Architektonická osvětlení.
Indikátory stavu na všech typech zařízení, dopravní světla a značení. Světelný zdroj pro systémy automatické kontroly, kde je vyžadováno jasné, soustředěné a homogenní světlo. Značení nouzových východů. Světla na motocyklech a kolech. Hračky a pomůcky pro rekreační sporty. Světla na železničních přejezdech atd.