Ako LED diódy fungujú

Domov > Magazín o LED svetlách a osvetlenie > Odborné > Ako LED diódy fungujú

Technologie LED

LED dióda je elektronická polovodičová súčiastka, ktorá obsahuje P-N přechod. Táto technológia je stará viac ako 40 rokov ale až teraz je ich výroba masovo rozširovaná. Jednak je technologicky úplne na inej úrovni, svetelný tok sa vyrovná alebo dokonca prekoná iná konvenčné svietidlá a náklady na výrobu sú stlačené na minimum. Ďalší vývoj však možno očakávať.

LED dióda vyžaruje svetlo práve vďaka P-N prechodu, ktorým prechádza elektrický proud. Oficiálny slovenský názov znie elektroluminiscenčná dióda. Slangovo ju však každý nazýva skôr ako ledka.

Oproti iným zdrojom svetla ako sú napríklad žiarovky, výbojky alebo žiarivky pracujú LED diódy s pomerne malými hodnotami výstupného napätia a prúdu.

Diódy sú väčšinou vybavené tzv. optickým prvkom pre lepší rozptyl svetla. Jedná sa o guľové vrchlíkmi z epoxidové pryskyřice. Podľa vlastností tohto prvku majú diódy bodové či rozptylové vlastnosti s rôznymi uhlami vyžarovania.

V nasledujúcich pár riadkoch nájdete opis zostavenie a funkciu LED diód. Kladný náboj je privádzaný vodičom cez anódu (1) LED diódy do vlákna (4). Druhá časť diódy je zapojená k vodivému rámu (7) vedúcemu z katódy (2) k zápornému pólu. O farbe vyžarovaného svetla rozhoduje chemické zloženie LED polovodiče (6). Epoxidová živica, v ktorej sa celé LED svetlo nachádza, má tri hlavné funkcie. Po prvé je navrhnutá tak, aby dovolila priechod maximálnemu množstvo svetla, ďalej upravuje uhol, pod ktorým sa svetlo šíri, a chráni LED pred vplyvmi okolia. Vďaka zapuzdrenie je LED dióda takmer nezničiteľná a neobsahuje žiadne voľne pohyblivé časti. Ako polovodičové zariadenia, ktoré reguluje priechod prúdu bez žeravenia vlákna, je zároveň tiež veľmi spoľahlivé.

Barvy LED diod

Poměrně dlouho trval vývoj LED diod emitující modré a vysoce svítivé bílé světlo. To z principu fungování LED nelze přímo vyzařovat. Starší bíle zářící ledky tak obsahovali trojici čipů mísící barvy tak aby bylo dosaženo vjemu bílého světla. Protože není možné přímo emitovat bílé světlo, využívají LED diody tzv. luminoforu. Některé průhledné LED emitují modré světlo, část tohoto světla je přímo na čipu transformována luminoforem na žluté světlo a díky míšení těchto dvou barev vzniká světlo bílé. Jiné typy bílých LED emitují ultrafialové záření, to je přímo na čipu luminoforem transformováno na bílé světlo.

LED umí vyzařovat jednobarevné světlo v rámci daného spektra. Takové světlo je označeno podle maximální vlnové délky (Ipk) a je měřená v nanometrech (NM).

Maximální vlnová délka je určená vlastnostmi materiálu, ze kterého se skládá LED čip. Výrobní tolerance  dosahuje hodnot ±10 NM, lidské oko je nejcitlivější vůči spektru mezi 565 a 600 NM a proto je jednodušší vnímat rozdíly barev u žlutých a oranžových LED než u ostatních barev.

LED prvky jsou vyráběny ze sloučenin galia a zpravidla obsahují jeden nebo více dalších materiálů (např. fosfor), které způsobují požadovanou barevnost světla. Rozdíly mezi jednotlivými LED světly se projevují také v intenzitě světla, které vyzařují.

 

Barevné RGB diody

Bílé světlo vzniká překryvem všech částí viditelného spektra. Lidské oko ovšem nepotřebuje všechny části spektra k tomu, aby vidělo světlo jako bílé. Stačí k tomu směs tří základních barev: červené, zelené a modré. Z této kombinace barev se dá namíchat jakákoliv jiná barva. RGB LED dioda je složena ze všech 3 barev a je proto možné pomocí této jediné společné diodě dosáhnout širokého spektra různých barev. Dosažení tohoto efektu vyžaduje důmyslnou konstrukci svítivého prvku při míšení a difúzi barev.

RGB je to barevný model, který je založen na teorii pana Younga a Helmholze, trojbarevném vidění a Maxwellově barevném trojuhelníku. Své kořeny jako standart pro zobrazování barev na internetu má v letech 1953. Tento model se používá u zobrazovacích zařízení k míchání barev. RGB LED dioda je složena ze všech 3 barev a je proto možné pomocí této jediné společné diodě dosáhnout širokého spektra různých barev. Stejný způsob se používá u monitorů a televizí. RGB diody tak mohou měnit barvu vydávaného světla.

Svítivost

Světelný výkon závisí na mnoha veličinách, například druh čipu, zapouzdření a učinnost waferů. Někteří výrobci používají k označení intensity světla termíny jako „super-bright“ a „ultra-bright“. Taková označení jsou však subjektivní, protože neexistuje průmyslový standard pro označení svítivosti LED. Množství světla, které LED vyzáří se měří v milikandelách (mcd) a je rozdílné od měření prováděného na standartních žárovkách se žhavicím vláknem.

Svítivost je úměrná procházejícímu proudu (If) LED čipem; platí, že čím větší množství proudu, tím větší množství produkovaného světla. LED dioda je navržena na průchod 20mA proudu ale každé použití má svá omezení. Čím vyšší proud tím i vyšší množství produkovaného tepla. Obdobně, vyšší počet LED komponent na čipu přispívá k teplotnímu namáhání součástek. Nárůst napětí znamená i větší množství odpadního tepla. LED jsou navrženy tak, aby si udržely svou životnost co nejdéle při dodržování provozních parametrů.

Vyzařovací úhel

Vyzařovací úhel závisí na druhu LED čipu a čočce z epoxidové pryskyřice která láme světlo a také na umístění LED diod ve svítidle. Světelný tok z LED je směrový a proto pro vyšší světelný výkon se světlo soustředí do úzkého paprsku. Všeobecně se dá říct, že čím větší je vyzařovací úhel, tím více svítí svítidlo do stran.

Zapouzdření je navrženo tak, aby sloužilo jako zesilovací čočka pro světlo vycházející z LED čipu. Na viditelnosti vyzařovaného světla se podílí také barva zapouzdření. Difúzní úprava umožňuje rozptyl světla v celém zapouzdření. Nedifuzní a průsvitná LED zařízení se vyznačují jasnějším světlem a zároveň i užším úhlem viditelnosti oproti difúzním.

Životnost

Jako zařízení bez pohyblivých součástí není u LED světla pravděpodobné selhání pokud jsou používána v rámci předepsaných parametrů.

V průměru se životnost pohybuje kolem 50 000 hodin. V naší nabídce naleznete výrobky, u kterých výrobce uvádí životnost mezi 30 000 a 90 000 hodin. Pokud si koupíte žárovku o životnosti 40 000 hodin a budete svítit 4 hodiny denně, žárovka by Vám měla vydržet až 27 let. Aby LED osvětlení vydrželo co nejdéle, je třeba zajistit optimální chlazení. Pokud si koupíte levnou žárovku, která nebude mít dostatečné chlazení a budete s ní svítit delší dobu, je pravděpodobné, že se životnost znatelně zkrátí. Stejně tak tomu je u ostatních LED světel. Při výběru je tedy nutné zamyslet se nad použitím LED osvětlení. Zejména při dlouhodobém svícení je nutné vybrat světlo, které bude správně chlazeno. Pokud si nebudete vědět s výběrem rady, neváhejte nás kontaktovat. Rádi Vám poradíme s jakoukoliv konkrétní realizací.

Většina výrobců udává životnost svých svítidel 50 000 hodin. Tato životnost je však udávána při nedosažitelné pracovní teplotě (například 25°). V reálu pak čipy pracují i při trojnásobné teplotě a jejich životnost se tak rapidně snižuje.

Zapojení LED

Na rozdíl od jiných světelných zdrojů, u kterých nezáleží na polaritě vstupního napětí a tím pádem pracují na střídavém napětí, LED zapojené nesprávným směrem nefungují. Pokud je napětí na P-N přechodu zapojeno správně, nazýváme zapojení diody v propustném směru. Pokud je zapojena opačně, neprochází skrz ní žádný proud a říkáme, že je zapojena v závěrném směru. V posledních letech se na trhu začínají objevovat tzv. AC COB diody, fungující na střídavé napětí. V tomto případě je rozsvícena jen polovina periody. Rozsvícejí se a zhasínají s frekvencí střídavého zdroje. U tohoto řešení však může vznikat stroboskopický efekt.

 

Regulace jasu LED diod

U LED diod platí pravidlo: čím vyšší proud do nich pustíme, tím jasněji svítí. Nejčastěji je dioda nastavena pomocí předřadného odporu. k regulaci jasu je možné použít i jednoduchý regulátor s tranzistorem.

 

Video o fungování LED diod v anglickém jazyce

Doporučení pro práci s LED zařízeními

Následující informace jsou myšleny jako doporučení a eshop LED Solution nenese právní zodpovědnost za případné závady.

Statická elektřina a proudový náraz

Statická elektřina a proudový náraz poškozují LED. Doporučuje se používat protistatický náramek nebo rukavici při manipulaci s LED světly. Veškerá zařízení, vybavení a nástroje musí být uzemněny.

Příprava k pájení

Vodiče by měly být zahnuté alespoň 3 mm od epoxidového zapouzdření světla. Ohyb se provádí na pevném podkladě kleštěmi.

Osazení

Vodiče by měly být upraveny tak, aby odpovídaly připraveným otvorům v desce s tištěnými spoji. Tím se zamezí případnému přetížení.

LED je vhodné podložit a upevnit do požadované pozice. Epoxidové zapouzdření by se nemělo dotýkat desky, aby nedošlo k mechanickému namáhání LED. Část, která obsahuje čočku by nikdy neměla být připevněna lepidlem k plastu nebo kovu.

Pájení

Jako minimální vzdálenost mezi jednotlivými LED se doporučují 3mm.

Pro tvrdé pájení je možné, že bude zapotřebí LED upevnit do správné pozice, zároveň je nutné vyvarovat se mechanickému zatížení. Po připájení se nedoporučuje  LED ohýbat.

Čištění

Zamezte kontaktu s korozivními chemikáliemi které mohou poškodit povrch LED a způsobit odbarvení. Pro veškerou údržbu používejte izopropyl alkohol.

Vhodnost čištění LED ultrazvukem závisí na nastavení oscilátoru a způsobu připojení LED. Mělo by být prováděno jen v případě, že nezpůsobí poškození.

Skladování

Vodiče LED jsou potaženy stříbrem a v případě vystavení plynům jako sirovodík může dojít k odbarvení vodičů. Je vhodné uchovávat LED ve vlhkuvzdorném, uzavíratelném balení s absorbčním materiálem uvnitř.

Zapojení LED

Ujistěte se, že vodiče jsou zapojeny správně s ohledem na jejich délku a polaritu.

Délku vodičů omezte na minimum.

Výběr zdroje a uzemnění se odvíjí od množství procházejícího proudu v instalaci.

Rozptyl tepla

Při instalaci více LED na menší plochu je nutné počítat s odpadním teplem. Existuje-li možnost, že okolní teplota bude překračovat 60`C, je vhodné zvážit možnosti chlazení. Dále existují omezení týkající se maximálního množství proudu které je možné přivádět do zařízení.

Zacházení s LED

Povrch LED je možné v případě nutnosti lehce setřít za použití izopropyl alkoholu. Naopak drhnutím může dojít k mechanickému poškození čočky.

Kde všude jsou LED diody využívány

  • Indikátory
  • Světlomety automobilů
  • Dopravní světla a značení
  • Podsvícení LCD diplejů
  • Velkoplošné obrazoky
  • Svítilny a osvětlení
  • Optické vlákna
  • Spotřebiče
  • Dálkové ovládání
Prevádzkovateľ tohto webu LED Solution s.r.o., ako správca osobných údajov, spracováva súbory cookies pre analytické účely a cielenú reklamu. Prechádzaním tohto webu vyjadrujete súhlas s týmto postupom. Viac o súboroch cookies nájdete tu.