Nápověda k článkům 3
Víte, jak funguje LED a OLED dioda?
 1.3.2013 LED dioda se stává stále užívanějším zdrojem osvětlení
ve všech velikostech a účelech použití – od světélka na klíče po
pouliční lampy. Je proto užitečné vědět, jak toto zařízení funguje.
Nejprve je třeba si shrnout, co je to polovodič a jak
funguje dioda.
Polovodič je pevná látka, která sama o sobě není
elektricky vodivá, ale dodáme-li jí zvenčí energii, například
elektrickou, tepelnou nebo světelnou, nebo změníme-li její složení
příměsí jiného prvku, může se vodivou stát. Vodivost polovodiče si lze
nejjednodušeji představit tak, že dodáním energie zvenčí se z atomu
uvolní elektron a na jeho místě vznikne kladně nabitá díra, která je
vzápětí zaplněna jiným elektronem, který pak přeskakuje dále.
Tímto způsobem se při nepřetržitém dodávání energie
„pohybují“ navzájem opačnými směry elektrony a díry a vzniká elektrický
proud. Volné elektrony a volné díry jsou tedy nosiči elektrického
náboje.
Podobný efekt jako dodání energie zvenčí může u
některých polovodičů způsobit i příměs cizího prvku.
Mezi polovodiče patří například křemík, germanium, selen
nebo některé soli. Většina polovodičů jsou krystalické látky, existují
však i amorfní polovodiče (nekrystalické – některá skla).
Polovodiče obsahující prvky s převahou elektronů se
nazývají polovodiči typu N (negativní). Polovodiče obsahující prvky s
menším počtem elektronů, tedy s převahou děr, se nazývají polovodiče
typu P (pozitivní). Připojíme-li polovodiče ke zdroji elektrického
napětí, pohybují se elektrony směrem od záporného pólu ke kladnému a
díry opačným směrem.
Pokud spojíme polovodiče typu P a typu N, zaplní se na
jejich rozhraní v určité šíři volné díry volnými elektrony a vzniká
tzv. vyprázdněná oblast, která neobsahuje žádné nosiče elektrických
nábojů (volné elektrony nebo díry). Při tomto jevu se uvolňuje energie.
Vyprázdněná oblast brání zbylým volným nosičům nábojů (elektronům nebo
dírám) pronikat přes rozhraní.
Připojíme-li kladný pól elektrického zdroje k polovodiči
typu P a záporný pól k polovodiči typu N, zúží se vyprázdněná oblast až
na milióntiny metru a přes rozhraní může procházet elektrický proud.
Hovoříme o zapojení v propustném směru. Při opačném zapojení (kladný
pól k N a záporný k P), se vyprázdněná oblast rozšiřuje a přechod
nábojů se ztíží, až je zcela nepropustné. Hovoříme o zapojení v
závěrném směru.
Tato oblast na rozhraní polovodičů typu P a N, nazývaná
přechod P-N, tedy propouští elektrický proud pouze jedním směrem.
Polovodiče typu P a N vytvářející přechod P-N tvoří
polovodičovou diodu. LED diodou (z anglického „light emitting diode“ –
dioda vyzařující světlo) se pak nazývá taková polovodičová dioda, u níž
při zapojení v propustném směru má energie vyzářená na přechodu P-N
formu světla. Značku LED v elektrotechnických schématech ukazuje
obrázek.
Základem LED diody je polovodičový čip připojený ke zdroji elektrického
napětí. Kolem něj je vrstva materiálu (například pryskyřice), která
dává vyzařovanému světlu potřebné optické vlastnosti (bodové nebo
rozptýlené světlo, s různým úhlem osvětlení). Jak plyne z principu
polovodičové diody, na rozdíl od žárovky, kde nezáleží na směru
průchodu elektrického proudu, musí být LED dioda zapojena pouze v
propustném směru. Zatímco tedy žárovka může používat stejnosměrný i
střídavý proud, LED dioda může používat pouze stejnosměrný proud. Pro
připojení ke zdroji střídavého proudu (například v běžné zásuvce) proto
musí být LED svítidlo vybaveno usměrňovačem.
LED dioda vyzařuje světlo v poměrně úzké části spektra –
tedy, jednoduše řečeno, jednobarevné. Barva světla vyzařovaného LED
diodou, tedy jeho vlnová délka, závisí na chemickém složení polovodiče.
LED diody jsou vyráběny s různými vlnovými délkami od ultrafialových,
přes různé barvy viditelného spektra až po infračervené. Poměrně dlouho
trval vývoj modré LED diody. Jakmile však byly k dispozici LED v celém
barevném spektru, otevřela se před tímto zdrojem světla velká škála
příležitostí k praktickému využití včetně moderních velkoplošných
barevných obrazovek.
Jednoduchý nebyl ani vývoj bílé LED, které se dnes
používají hlavně jako zdroje světla v různých svítilnách, lampách a
reflektorech i k podsvícení displejů z tekutých krystalů. Jak jsme si
právě vysvětlili, jedna LED dioda neumí vyrobit bílé světlo, protože to
vzniká smícháním základních barev světelného spektra. Starší LED
svítidla proto obsahovala diody různých barev, jejichž světlo se ve
svítidle mísilo. Současné bílé LED diody využívají polovodičového čipu
ve spojení s luminoforem, tedy látkou schopnou světlo zachycovat a opět
vyzařovat. Barva světla vyzařovaná polovodičem je u těchto LED jiná,
než barva (nebo několik barev) světla následně vyzařovaných
luminoforem. Tyto barvy se mísí přímo na čipu a výsledkem je bílé
světlo.
Na rozdíl od žárovek však světlo LED svítidla při
„stmívání“, tedy zeslabování – nebo naopak při zesilování – svoji barvu
nemění. Navíc se po připojení ke zdroji napětí rozsvítí velmi rychle
(řádově mikrosekundy) a nevadí jim časté zapínání a vypínání.
Oproti žárovce nebo jiným zdrojům světla (například
zářivce) má LED dioda také významnou výhodu v tom, že pracuje s poměrně
nízkým napětím (desetiny voltu až jednotlivé volty) a malým proudem
(řádově miliampéry nebo jejich desítky). LED svítidla jsou proto
energeticky velmi úsporná – v porovnání s klasickou žárovkou mají při
stejné spotřebě energie cca desetkrát větší svítivost.
Díky své jednoduché konstrukci jsou LED kromě toho velmi
odolné vůči vnějším vlivům a mají velmi dlouhou životnost (100 a
vícenásobky oproti žárovkám).
Všechny tyto vlastnosti jim dávají rozmanité uplatnění.
Úspornost, rychlost rozsvícení a omezené barevné spektrum zpočátku
vedly k jejich využití hlavně jako kontrolních indikátorů, teprve
později se z nich staly všestranné zdroje světla – viz články v naší
rubrice Osvětlení.
Kromě nutnosti používat stejnosměrný proud jsou hlavní
nevýhodou LED vyšší pořizovací náklady, závislost na teplotě prostředí
(při vyšších teplotách je nutno chladit), bodový charakter jejich
světla i omezené barevné spektrum, které kladou nároky na konstrukci
prakticky využitelných svítidel vybavených LED diodami.
Technologie LED dále vedla ke konstrukci OLED – organických LED diod.
Jsou to LED diody, kde mezi anodou z průhledného materiálu a anodou z
kovu nebo jiné průhledné látky je několik vrstev organické látky. Tyto
vrstvy přenášejí elektrony a díry a spojují se ve vyzařovací vrstvě
uprostřed. Při střetávání kladných a záporných elektrických nábojů ve
vyzařovací vrstvě vzniká světlo o velké intenzitě.
OLED se používají především v displejích a jiných
zobrazovacích zařízeních, jejichž konstrukce je velmi různorodá s
ohledem na účel použití. Technologie OLED však také umožňuje nanést
průhlednou OLED v mikroskopické vrstvě na průhlednou podložku, a to i
velkých rozměrů, a vytvářet tak průhledná svítidla nejrůznějších tvarů
– viz článek Průsvitné umělecké osvětlení z OLED v rubrice Osvětlení.
Tato mnohotvárnost OLED spolu s vysokou energetickou účinností je
jejich hlavní předností.
Hlavním nedostatkem OLED jsou jednak vyšší pořizovací
náklady a jednak vlastnosti organických materiálů, jako přirozené
stárnutí a menší odolnost proti poškození, které omezují životnost OLED
svítidel.
redakce Proelektrotechniky.cz Bonus: vtip o LED  Přečtěte si také:
 21.3.2024 Ve
dnech 19. a 20. 3. proběhly, opět jako doprovodný program veletrhu
AMPER, v areálu brněnského výstaviště dvě odborné konference pořádané
provozovateli tohoto portálu: 9. ročník
konference Smart city v praxi a 4. ročník konference Efektivní
elektromobilita v organizacích.
Konference byly zaměřeny na moderní technologie v mobilitě, energetice
a dalších oblastech, včetně problematiky strategického řízení a
financování. Konferencí se dohromady zúčastnilo na 130 odborníků z řad
veřejných služeb, municipalit, dopravců, škol a dalších relevantních
organizací. 
 2.3.2024 Srdečně
Vás zveme na konferenci
„Efektivní elektromobilita v organizacích IV“, která se
koná 20. března 2024
na výstavišti v Brně jako doprovodný program veletrhu AMPER 2024.
Konference je určena odborné veřejnosti z řad průmyslu a ostatních
relevantních organizací, správcům jejich vozového parku, městským
službám, příp. dalším zájemcům o tuto problematiku, či školám. Obsah
konference bude zaměřen na aktuální novinky v oblasti elektrických
vozidel a dopravních systémů pro města a průmysl,
správy vozového parku, nabíjecí infrastruktury, softwarové/informační
podpory a autonomní mobility a také na ekonomiku a financování
elektromobility v organizacích.
 2.3.2024 Srdečně Vás
zveme na již 9. ročník
konference „Smart city v praxi IX“, která se koná 19. března 2024 na
výstavišti v Brně jako doprovodný program veletrhu AMPER 2024.
Konference je svým obsahem zaměřena zejména na představitele
municipalit a městských služeb a pokrývá širokou škálu moderních
technologií a jejich uplatnění pro dosahování sociálních a ekonomických
cílů měst. Program konference bude zahrnovat průřezové problémy –
strategie smart city, ekonomika a rozvoj měst, nové technologie pro
smart city – prezentace průmyslových partnerů konference, zahrnující
nové produkty pro smart city a praktické zkušenosti z jejich aplikací,
a také příklady dobré praxe ve městech a obcích.
 9.12.2020
Nástup technologie LED znamenal poměrně zásadní změnu v konstrukci
svítidel a na tuto změnu nedokázali zavedení výrobci reagovat s
dostatečnou pružností. Naopak se pootevřela dvířka pro spoustu nových
firem, které se do výroby svítidel s LED vrhly doslova po hlavě.
Problém je, že technologie LED vypadá na první pohled velice jednoduše,
bohužel na druhý pohled skrývá mnohá úskalí a k úspěšné konstrukci
těchto svítidel je nutné znát a respektovat řadu fyzikálních zákonů.
Naneštěstí prakticky všechny nové technologie přitahují „zlatokopy“,
kteří zde tuší zlatou žílu a o co méně znají fyzikální zákony, o to
lépe dovedou prodat i vysavač na samotě bez elektřiny. Díky tomu je náš
trh zaplaven LED svítidly, která vykazují zásadní konstrukční
vady
 7.10.2020 Elektrická energie je v dnešní době nezbytnou součástí našeho
soukromého i veřejného života. Spotřeba elektřiny je proto opakující se
každodenní záležitost, která navíc obvykle roste úměrně s počtem
spotřebičů i s životní úrovní obyvatel. S řešením přichází česká
společnost ENERTIG TECHNOLOGIES s.r.o.
 2.7.2020 Rozvody
pro ovládání světel jsou rutinní záležitostí, kterou řeší dnes
a denně každá odborná elektroinstalační firma. V nejjednodušším
provedení nejde o nic jiného než o spínání jednoho či více světelných
okruhů kontaktními vypínači. Situace se komplikuje s nástupem dvou
dalších požadavků, a to regulace jasu (stmívání) a popřípadě regulace
jasu automatické.
 1.6.2020 Podle
nedávných odborných studií (podrobnosti viz pod
odkazem na konci článku) stráví v dnešním moderním světě lidé v průměru
více než 90 % svého času uvnitř budov. Postrádají tak důležitý přírodní
prvek pro svůj život: přirozené denní světlo. To přitom významně
ovlivňuje u lidí náladu, řádný spánek, celkový pocit pohodlí, a
následně i zdraví. Řešit jeho nedostatek může pomoci moderní světelná
technika. Příkladem je technologie NaturalConnect od společnosti
Signify (dříve Philips Lighting), s níž byla odborná veřejnost
seznámena v květnu 2020.
 22.5.2020 Kybernetická
bezpečnost je výzvou pro stále se rozvíjející informační technologie a
automatizované systémy, zasahující prakticky do všech oblastí lidské
činnosti. Ve velké míře se týká technologií využívajících internet
věcí, mezi něž patří i „chytré“ osvětlení – vnitřní i vnější. Prvním dodavatelem propojeného osvětlení, certifikovaným v
oblasti kybernetické bezpečnosti podle normy IEC 62443-4-1, se stala v
květnu 2020 společnost Signify, dříve Philips Lighting.
 19.3.2020 Jako
konzultanti občas řešíme, zda je užitečné pořizovat tzv. ekologické
veřejné osvětlení a čím by se měla měřit prospěšnost takového osvětlení
pro chytré město. Odpovědi ale nejsou jednoduché.
 18.3.2020
Pro vývoj světové populace je charakteristický růst
měst, a s nimi i městského obyvatelstva. S rostoucí osvětou a
hospodářskou prosperitou zároveň roste zájem o zdravý životní styl. K
němu neodmyslitelně patří i čerstvé ovoce a zelenina, pokud možno v
„bio“ kvalitě bez zbytečného chemického ošetření, které si náročný
obyvatel města přeje mít denně na stole. Řešením tohoto požadavku jsou
umělé pěstírny umístěné co nejblíže místům spotřeby. Největší evropský
projekt takovéto umělé pěstírny byl odborné veřejnosti představen na
začátku března 2020.
 24.1.2020
Při své práci navštěvujeme různá města a všímáme si moderních
technologií, která tato města využívají. Přitom často objevíme
působivá, ale ne vždy šťastná řešení veřejného osvětlení. Rozhodli jsme
se proto o naše zkušenosti podělit s Vámi čtenáři na několika
příkladech českých měst. Smyslem této reportáže není někoho hanět nebo
chválit, nýbrž ukázat, v čem je problém a v čem je vtip.
 22.1.2020 Je známo, že
různé barvy světla mají bezprostřední vliv na vývoj rostlin. Tento fakt
se úspěšně využívá pro umělé pěstování rostlin a je v této souvislosti
výzvou pro dodavatele příslušných světelných zdrojů. Zároveň se však
objevuje i při poněkud zjednodušeném a tendenčním pohledu na barevné
odstíny ve veřejném osvětlení. Produktová
informace společnosti OSRAM v lednu 2020 ohledně nových svítidel pro
umělé pěstírny dala podnět naší
redakci k následujícímu zamyšlení na toto téma.
|
