Přečtěte si: Trh elektrických autobusů prožívá „velký třesk“, omezují ho finance: zpráva z konference „Elektrické autobusy pro město VI“




Pozvánky na akce


Stalo se








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:

Projekt Hi-Q-LED překonává „zelenou mezeru“ ve světelném výkonu LED

28.11.2014 Konvenční LED světelné zdroje vykazují významný pokles světelné výkonnosti, měřené v lm/W, u vlnových délek nad 500 nm, resp. v rozmezí cca 500 až 580 nm – tedy v té části barevného spektra, kde se nachází převážně zelená barva. Tento jev bývá někdy nazýván „zelenou mezerou“ – green gap. V rámci německého projektu Hi-Q-LED, jehož výsledky byly představeny odborné veřejnosti jeho koordinátorem, společností Osram Opto Semiconductors, v listopadu 2014, se podařilo najít na tento problém odpověď v podobě dvou koncepcí LED emitujících zelené světlo. 


37 m2 světla: největší světelná textilie na světě představena v Drážďanech

9.7.2014 Společnost Royal Philips představila na začátku července 2014 největší světelnou textilii na světě v drážďanském nákupním středisku Centrum Galerie. Její plocha je 37 m2. O světelné textilii společnosti Philips jsme na našem portále psali již dříve. V provedení, prezentovaném na mezinárodním veletrhu Light+Building na přelomu března a dubna 2014, má textilie tloušťku 120 mm 


LED technologie pomáhají rostlinné výrobě

27.5.2014 Společnost Royal Philips a americká komerční pěstitelská firma Green Sense Farms (GSF), sídlící v oblasti Chicaga, zahájily v květnu 2014 společný vývojový projekt, směřující k optimálnímu využití LED technologií pro rostlinnou výrobu uvnitř budov. Cílem projektu je vyvinout programy LED osvětlení „na míru“ každé z pěstovaných rostlin, tak aby se co nejvíce zvýšil pěstitelský výnos. 


LED osvětlení šetří energii tramvají v Innsbrucku

29.4.2014 Provozovatel městské dopravy v rakouském Innsbrucku, podnik IVB, seznámil v dubnu 2014 širokou odbornou veřejnost s tramvajemi Bombardier Flexity, jejichž vnitřní i vnější osvětlení je zajišťováno LED světelnými zdroji. První z těchto tramvají byla uvedena do provozu na konci března 2014. 


LED osvětlení v pařížském chrámu Notre Dame

14.3.2014 Po ukázce využití LED svítidel pro osvětlení vatikánské Sixtinské kaple se přednosti této světelné techniky předvedly v březnu 2014 v další světové památce, pařížském chrámu Notre Dame. 400 LED svítidel od výrobce Royal Philips zde umělecky zvýrazňuje neopakovatelné rysy gotické architektury a zároveň snížilo elektrický výkon osvětlení z původních 140 kW na pouhých 30 kW – tedy spotřeba elektrické energie na osvětlení chrámu klesla o téměř 80 %. 


Světelný koberec: očekávaná letošní novinka ve světelné technice

16.1.2014 Zajímavým inovativním produktem ve světelné technice, jehož uvedení na trh se letos očekává, je světelný koberec, kombinující kobercovou tkaninu s LED svítidly. Strategické partnerství pro vývoj a výrobu tohoto produktu ohlásily v listopadu 2013 světový výrobce osvětlovací techniky Royal Philips a známý výrobce podlahových krytin Desso. 


OLYMP: OLED stejně účinné jako LED

8.7.2013 OLYMP jako akronym pro „Organic Light emitting sYstems based on energy and cost-efficient Materials and Processes“, tedy „organické světloemitující systémy založené na energeticky a nákladově efektivních materiálech a procesech“, je název projektu, který začátkem července 2013 představila odborné veřejnosti společnost OSRAM GmbH.


Osram Topled: Účinné bílé osvětlení do dopravních prostředků

3.4.2013 Jednou z oblastí, kde nacházejí LED svítidla stále větší uplatnění, je interiérové osvětlení v dopravních prostředcích – vlacích, autobusech, tramvajích, letadlech i osobních lodích. Společnost Osram Semiconductors nabízí k tomuto účelu novou generaci svítidel Osram Topled a Osram Mini Topled  


Osvětlovací věž s palivovými články

14.2.2013 Britský výrobce Youngman představil 11. února 2013 zcela inovační přístup k pojízdné osvětlovací technice: pojízdnou osvětlovací věž Ecolite-H2, vybavenou LED svítidly, pro něž elektřinu vyrábí palivový článek. 

 

Biologicky účinné osvětlení pomáhá leteckým cestujícím

17.12.2012 Lidé cestující letadly na dlouhé vzdálenosti dobře vědí, jaké problémy s biologickými hodinami dokáže způsobit překonávání časových pásem a s ním související nepřirozené změny světla odpovídajícího různým obdobím dne. 



Naše tipy



















Copyright © 2012 – 2017 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services