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.

Farby LED diod

Pomerne dlho trval vývoj LED diód emitujúce modrej a vysoko svietivé biele svetlo. To z princípu fungovania LED nemožno priamo vyžarovať. Staršie bielo žiariace ledky tak obsahovali trojicu čipov miešajúca farby tak aby bolo dosiahnuté vnemu bieleho svetla. Pretože nie je možné priamo emitovať biele svetlo, využívajú LED diódy tzv. Luminoforu. Niektoré priehľadné LED emitujú modré svetlo, časť tohto svetla je priamo na čipe transformovaná luminoforom na žlté svetlo a vďaka miešaniu týchto dvoch farieb vzniká svetlo bielej. Iné typy bielych LED emitujú ultrafialové žiarenie, to je priamo na čipe luminoforom transformované na biele svetlo.

LED vie vyžarovať jednofarebné svetlo v rámci spektra. Takéto svetlo je označené podľa maximálnej vlnovej dĺžky (IPK) a je meraná v nanometroch (NM).

Maximálna vlnová dĺžka je určená vlastnosťami materiálu, z ktorého sa skladá LED čip. Výrobná tolerancia dosahuje hodnôt ± 10nm, ľudské oko je najcitlivejší na spektre medzi 565 a 600 NM a preto je jednoduchšie vnímať rozdiely farieb u žltých a oranžových LED než u ostatných farieb.

LED prvky sú vyrábané zo zlúčenín gália a spravidla obsahujú jeden alebo viac ďalších materiálov (napr. Fosfor), ktoré spôsobujú požadovanú farebnosť svetla. Rozdiely medzi jednotlivými LED svetlami sa prejavujú aj v intenzite svetla, ktoré vyžarujú.

 Barevné RGB diody

Biele svetlo vzniká prekrytím všetkých častí viditeľného spektra. Ľudské oko však nepotrebuje všetky časti spektra na to, aby videlo svetlo ako biele. Stačí k tomu zmes troch základných farieb: červenej, zelenej a modrej. Z tejto kombinácie farieb sa dá namiešať akákoľvek iná farba. RGB LED dióda je zložená zo všetkých 3 farieb a je preto možné pomocou tejto jedinej spoločnej dióde dosiahnuť širokého spektra rôznych farieb. Dosiahnutie tohto efektu vyžaduje dômyselnú konštrukciu svietivého prvku pri miešaní a difúziu farieb.

RGB je to farebný model, ktorý je založený na teórii pána Younga a Helmholz, trojfarebnej videnie a Maxwellove farebnom trojuholníku. Svoje korene ako štandard pre zobrazovanie farieb na internete má v rokoch 1953. Tento model sa používa u zobrazovacích zariadení na miešanie farieb. RGB LED dióda je zložená zo všetkých 3 farieb a je preto možné pomocou tejto jedinej spoločnej dióde dosiahnuť širokého spektra rôznych farieb. Rovnaký spôsob sa používa u monitorov a televízií. RGB diódy tak môžu meniť farbu vydávaného svetla.

Svietivost

Svetelný výkon závisí na mnohých veličinách, napríklad druh čipu, zapuzdrenie a účinnost doštičiek. Niektorí výrobcovia používajú na označenie intensity svetla termíny ako "super-bright" a "ultra-bright". Takéto označenia sú však subjektívne, pretože neexistuje priemyselný štandard pre označenie svietivosti LED. Množstvo svetla, ktoré LED vyžiari sa meria v milikandelách (mcd) a je rozdielne od merania vykonávaného na štandardných žiarovkách s vláknom.

Svietivosť je úmerná prechádzajúcemu prúdu (If) LED čipom; platí, že čím väčšie množstvo prúdu, tým väčšie množstvo produkovaného svetla. LED dióda je navrhnutá na priechod 20mA prúdu ale každé použitie má svoje obmedzenia. Čím vyšší prúd tým aj vyššie množstvo produkovaného tepla. Podobne, vyšší počet LED komponentov na čipe prispieva k teplotnému namáhaniu súčiastok. Nárast napätia znamená aj väčšie množstvo odpadového tepla. LED sú navrhnuté tak, aby si udržali svoju životnosť čo najdlhšie pri dodržiavaní prevádzkových parametrov.

Vyžarovací úhel

Vyžarovací uhol závisí od druhu LED čipe a šošovke z epoxidovej živice ktorá láme svetlo a tiež na umiestnenie LED diód v svietidle. Svetelný tok z LED je smerový a preto pre vyšší svetelný výkon sa svetlo sústredí do úzkeho lúča. Všeobecne sa dá povedať, že čím väčší je vyžarovací uhol, tým viac svieti svietidlo do strán.

Zapuzdrenie je navrhnuté tak, aby slúžilo ako zosilňovacou šošovka pre svetlo vychádzajúce z LED čipu. Na viditeľnosti vyžarovaného svetla sa podieľa tiež farba zapuzdrenie. Difúzny úprava umožňuje rozptyl svetla v celom zapuzdrenie. Nedifúznych a priesvitná LED zariadenia sa vyznačujú jasnejším svetlom a zároveň aj užším uhlom viditeľnosti oproti difúznym.

Životnosť

Ako zariadenie bez pohyblivých súčastí nie je u LED svetlá pravdepodobné zlyhanie keď sa používajú v rámci predpísaných parametrov.

V priemere sa životnosť pohybuje okolo 50 000 hodín. V našej ponuke nájdete výrobky, pri ktorých výrobca uvádza životnosť medzi 30 000 a 90 000 hodín. Ak si kúpite žiarovku o životnosti 40 000 hodín a budete svietiť 4 hodiny denne, žiarovka by Vám mala vydržať až 27 rokov. Aby LED osvetlenie vydržalo čo najdlhšie, je potrebné zabezpečiť optimálne chladenie. Ak si kúpite lacnú žiarovku, ktorá nebude mať dostatočné chladenie a budete s ňou svietiť dlhšiu dobu, je pravdepodobné, že sa životnosť podstatne skráti. Rovnako tak tomu je u ostatných LED svetiel. Pri výbere je teda nutné zamyslieť sa nad použitím LED osvetlenia. Najmä pri dlhodobom svietenia je nutné vybrať svetlo, ktoré bude správne chladené. Ak si nebudete vedieť s výberom rady, neváhajte nás kontaktovať. Radi Vám poradíme s akoukoľvek konkrétnej realizáciou.

Väčšina výrobcov udáva životnosť svojich svietidiel 50 000 hodín. Táto životnosť je však udávaná pri nedosiahnuteľné pracovnej teplote (napríklad 25°). V reáli potom čipy pracujú aj pri trojnásobnej teplote a ich životnosť sa tak rapídne znižuje.

Zapojení LED

Na rozdiel od iných svetelných zdrojov, u ktorých nezáleží na polarite vstupného napätia a tým pádom pracujú na striedavom napätí, LED zapojené nesprávnym smerom nefungujú. Ak je napätie na P-N prechodu zapojených správne, nazývame zapojenie diódy v priepustnom smere. Ak je zapojená opačne, neprechádza cez ňu žiadny prúd a hovoríme, že je zapojená v závernom smere. V posledných rokoch sa na trhu začínajú objavovať tzv. AC COB diódy, fungujúci na striedavé napätie. V tomto prípade je rozsvietená len polovica periódy. Rozsvícejí sa a zhasínajú s frekvenciou striedavého zdroja. U tohto riešenia však môže vznikať stroboskopický efekt.

 

Regulace jasu LED diod

U LED diód platí pravidlo: čím vyšší prúd do nich pustíme, tým jasnejšie svieti. Najčastejšie je dióda nastavená pomocou predradného odporu. k regulácii jasu je možné použiť aj jednoduchý regulátor s tranzistorom.

 

Video o fungování LED diod v anglickém jazyce

ODPORÚČANIA pre práci s LED zariadeniami

Nasledujúce informácie sú myslené ako odporúčania a eshop 123LED nenesie právnu zodpovednosť za prípadné závady.

Statická elektrina a prúdový náraz

Statická elektrina a prúdový náraz poškodzujú LED. Odporúča sa používať protistatický náramok alebo rukavicu pri manipulácii s LED svetlami. Všetky zariadenia, vybavenie a nástroje musia byť uzemnené.

Príprava na spájkovanie

Vodiče by mali byť zahnuté aspoň 3mm od epoxidového zapuzdrenie svetla. Ohyb sa vykonáva na pevnom podklade kliešťami.

Osazenie

Vodiče by mali byť upravené tak, aby zodpovedali pripraveným otvorom v doske s plošnými spojmi. Tým sa zamedzí prípadnému preťaženiu.

LED je vhodné podložiť a upevniť do požadovanej pozície. Epoxidové zapuzdrenie by sa nemalo dotýkať dosky, aby nedošlo k mechanickému namáhaniu LED. Časť, ktorá obsahuje šošovku by nikdy nemala byť pripevnená lepidlom k plastu alebo kovu.

Spájkovanie 

Ako minimálna vzdialenosť medzi jednotlivými LED sa odporúčajú 3mm.

Pre tvrdé spájkovanie je možné, že bude potrebné LED upevniť do správnej pozície, zároveň je nutné vyvarovať sa mechanickému zaťaženiu. Po pripájanie sa neodporúča LED ohýbať.

Čistenie

Zabráňte kontaktu s korozívnymi chemikáliami ktoré môžu poškodiť povrch LED a spôsobiť odfarbenie. Pre všetku údržbu používajte izopropyl alkohol.

Vhodnosť čistenie LED ultrazvukom závisí od nastavenia oscilátora a spôsobu pripojenia LED. Malo by sa vykonávať len v prípade, že nespôsobí poškodenie.

Skladovanie

Vodiče LED sú potiahnuté striebrom a v prípade vystavenia plynom ako sírovodík môže dôjsť k odfarbeniu vodičov. Je vhodné uchovávať LED vo vlhkuvzdorném, uzatvárateľnom balení s absorbčným materiálom vnútri.

Zapojenie LED

Uistite sa, že vodiče sú zapojené správne s ohľadom na ich dĺžku a polaritu.

Dĺžku vodičov obmedzte na minimum.

Výber zdroja a uzemnenie sa odvíja od množstva prechádzajúceho prúdu v inštalácii.

Rozptyl tepla

Pri inštalácii viacerých LED na menšiu plochu je nutné počítať s odpadovým teplom. Ak existuje možnosť, že okolitá teplota bude prekračovať 60`C, je vhodné zvážiť možnosti chladenia. Ďalej existujú obmedzenia týkajúce sa maximálneho množstva prúdu ktoré je možné privádzať do zariadenia.

Zaobcházenie s LED

Povrch LED je možné v prípade nutnosti ľahko zotrieť za použitia izopropyl alkoholu. Naopak drhnutím môže dôjsť k mechanickému poškodeniu šošovky.

Kde všude jsou LED diody využívány

• Indikátory
• Svetlomety automobilov
• Dopravné svetla a značenie
• Podsvietenie LCD diplejov
• Veľkoplošné obrázky
• Svietidla a osvetlenie
• Optické vlákna
• Spotrebiče
• Diaľkové ovládanie