Co je to LED dioda? Se slovem LED se setkáváme téměř každý den. LED je zkratka pro Light Emitting Diode, což lze přeložit jako "světelná dioda". LED je forma diody, která byla vyvinuta k výrobě světla.
Nejčastěji se s těmito třemi písmeny setkáte při nákupu televizoru nebo nového telefonu. V dnešní době jsou všechny zobrazovací terminály vybaveny LED podsvícením a LED světla osvětlují naše domovy.
Princip LED diod se zrodil již v roce 1907. Napsali jsme článek na toto téma: Stručná historie LED diod.
"Elektroluminiscenci, která je základem LED diod, poprvé objevil Henry Joseph Round v roce 1907. Ale až v roce 1962 inženýr Nick Holonyak využil tuto vědu k vytvoření LED diod, které produkují viditelné světlo, jak je známe." - Historie LED diod, stručná učebnice
Jak funguje světlo LED?
LED dioda funguje jako dioda PN. P = kladná (+) a N = záporná (-). Funguje na stejném principu, tj. protéká jí proud pouze jedním směrem a opačným směrem nemůže protékat žádný proud. Proč je to potřeba? Pokud se elektrony pohybují jedním směrem, vytvářejí proud, který se stává zdrojem světla v reakci.
Aby dioda LED fungovala, musí být napájena. To znamená, že na pin P je přivedeno napětí. Když se na přechodu diody setkají díry na straně P s elektrony na straně N, uvolní se energie a tyto fotony vytvoří světlo.
Jak se LED liší od klasické diody?
Nyní více o LED diodách, co je to LED dioda a jak se liší od PN-diody? Nijak zvlášť. Uvnitř je slitinový polovodič. Emisní spektrum (barva světla) závisí na stupni legování a materiálu, ze kterého je polovodič vyroben.
Největší rozdíl je samozřejmě v designu. Tradiční LED dioda má speciální polokulovou ochranu (platí pro všechny typy LED diod), která ji chrání před nárazy a dalšími vnějšími mechanickými vlivy. Výzkumem bylo zjištěno, že světlo uvolňuje strana P, takže v obvodech LED je strana P co nejpovrchnější a nejtenčí, aby bylo světlo co nejviditelnější.
Z tohoto důvodu je těleso na horní straně obvodu LED často vyrobeno z epoxidové pryskyřice nebo jiného průhledného materiálu, který lze použít k nasměrování fotonů požadovaným směrem.
Proč potřebuje LED dioda čelní rezistor?
Aby LED dioda svítila při odpovídajícím napětí, je obvykle nutné instalovat předřadný odpor. Jmenovitý proud, který LED dioda vyžaduje, může být v závislosti na výkonu LED diody od 20 mA do 5 A.
Příslušný čelní odpor se vypočítá takto: napětí - napětí požadované LED = napětí čelního odporu
Hodnota čelního odporu (OHMI) se získá vydělením získaného napětí (V) proudem (mA) požadovaným LED.
Například pokud máte napětí 24 V a chcete instalovat COB LED s prahovým napětím 19 V a požadavkem na proud 350 mA, proveďte následující výpočet:
Zbytkové napětí = 24 V - 19 V = 5 V
Přední odpor = 5 V / 350 mA = 5 V / 0,014 A = 357 Ohmů
Potřebný přední odpor 357 Ohmů.
Jaké jsou výhody světla LED?
Jednou z nejdůležitějších vlastností LED diod je jejich vysoká účinnost. Tradiční žárovka totiž při používání vyzařuje velké množství tepla, zatímco LED dioda naopak zůstává relativně chladná. To vše proto, že většinu světla produkuje ve spektru viditelném pro člověka a neplýtvá energií na zbytečné vlnové délky. Žárovky mají účinnost pouze 5 %, zatímco LED žárovky mohou mít účinnost až 90 %. Obvody LED jsou navíc mnohem menší, takže je lze umístit téměř kamkoli.
Jaké barvy mohou LED diody vytvářet?
Pro nastavení barvy a intenzity světla je třeba zvolit vhodný polovodičový materiál. Polovodič použitý ve směsi je rozhodující, protože jeho reakce s elektrodami ovlivňuje barvu světla. LED diody však nemusí nutně vyzařovat všechny barvy a je možné dosáhnout přesného spektra.
Nejběžnější barvy jsou červená, žlutá, zelená a oranžová. Je to proto, že se snadněji vyrábějí a jsou mnohonásobně levnější než modré a bílé LED diody, které se objevily v 90. letech.
V následující tabulce jsou uvedeny polovodičové materiály používané k dosažení určité barvy světla:
| Vlnová délka (NM) | Barva | VF @ 20MA | Materiál |
| < 400 | Ultrafialové záření | 3.1 - 4.4 | Nitrid hliníku (AlN) |
| Nitrid hliníku a galia (AlGaN) | |||
| Nitrid hliníku a galia (AlGaInN) | |||
| 400 - 450 | Fialová | 2.8 - 4.0 | Nitrid galia india (InGaN) |
| 450 - 500 | Modrá | 2.5 - 3.7 | Nitrid galia india (InGaN) |
| Karbid křemíku (SiC) | |||
| 500 - 570 | Zelená | 1.9 - 4.0 | Fosfid galia (GaP) |
| Fosfid hliníku a galia (AlGaInP) | |||
| Fosfid galia hlinitého (AlGaP) | |||
| 570 - 590 | Žlutá | 2.1 - 2.2 | Fosfid arsenidu galia (GaAsP) |
| Fosfid hliníku a galia (AlGaInP) | |||
| Fosfid galia (GaP) | |||
| 590 - 610 | Oranžová | 2.0 - 2.1 | Fosfid arsenidu galia (GaAsP) |
| Fosfid hliníku a galia (AlGaUInP) | |||
| Fosfid galia (GaP) | |||
| 610 - 760 | Červená | 1.6 - 2.0 | Arsenid galia hlinitého (AlGaAs) |
| Fosfid arsenidu galia (GaAsP) | |||
| Fosfid hliníku a galia (AlGaInP) | |||
| Fosfid galia (GaP) | |||
| > 760 | Infračervený | < 1.9 | Arsenid galia (GaAs) |
| Arsenid hliníku a galia (AlGaAs) |
Tabulka ukazuje, že stejný polovodičový materiál je vhodný pro několik různých barev a výrobce rozhoduje, který materiál použije. Rozhodujícími faktory jsou dostupnost a cena, které se liší.
Jak jsou LED diody konstruovány?
Nyní, když víme, jak LED dioda funguje, si řekneme něco více o tom, jak funguje po částech. Každá LED se skládá z následujících částí:
- katoda
- anodi
- polovodičový obvod
- reflektor
- difuzér
Každá z těchto součástí je důležitá pro fungování světla LED. Hlavními částmi uvnitř LED diody jsou katoda a anoda. Co tyto části v LED diodě dělají?
Při přivedení napětí na zařízení přecházejí elektrony z katody (-) na anodu (+). V důsledku toho se elektrony setkávají na přechodu PN a obsazují tam volná místa (díry). V důsledku toho se elektrony přesunou na novou energetickou hladinu a uvolní se fotony. Jak jsem již uvedl, fotony jsou směrovány nahoru pomocí reflektoru a difuzoru (např. epoxidové pryskyřice).
Jak se liší různé technologie LED?
Pokud hovoříme o hlavních typech LED světel, jsou to samozřejmě LED světla pro všeobecné osvětlení a LED světla pro značení, která se obvykle používají v elektronických zařízeních.
LED diody lze také rozlišovat podle výrobního procesu na různé technologie:
DIP-LED
Prvním komerčním typem LED diod byly diody DIP-LED. Jedná se o poměrně jednoduché a nepříliš účinné kontrolky. Jsou však poměrně levné. Mají válcovou čočku, jejíž velikost je obvykle poměrně velká ve srovnání se samotným LED obvodem.
SMD LED
LED diody SMD byly vynalezeny po LED diodách DIP. Tradiční LED světla se montují na povrch a SMD přinesly řešení. Jsou mnohem plošší a používají se pouze pro povrchovou montáž. Montáž se vždy provádí proti tepelně vodivému materiálu. SMD je nejrozšířenější formou LED diod používaných v osvětlení (do roku 2023) a vývoj SMD ještě zdaleka není u konce.
COB LED
Nejnovější světla LED nyní obsahují obvod LED s technologií COB (Chip On Board). Název přímo naznačuje, že LED dioda, nebo spíše několik LED diod, je namontována přímo na základní desce. Jsou velmi malé. Kromě malých rozměrů mají výhodu v tom, že svítí velmi rovnoměrně a jsou dobře chráněny proti oxidaci vrstvou luminoforu.
Díky těmto výhodám se používaly například v automobilovém průmyslu k výrobě světlometů. Od té doby se rozšířily v LED svítidlech a LED pásech.
FILAMENT LED
Dalším novým způsobem výroby obvodů LED je vlákno (drát). Díky tomuto LED obvodu lze světlo šířit všemi směry. Jeho hlavní výhodou je vzhled, protože vypadá jako vlákno, podobně jako u žárovek. Proto se s vláknovými LED diodami setkáváme hlavně v LED žárovkách, které nahrazují žárovky.
Zde jsme odpověděli na často kladenou otázku "Co je to LED dioda?".
*1 Zdroj: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d7/PnJunction-LED-E.svg/640px-PnJunction-LED-E.svg.png
*2 Zdroj: https://www.electronics-notes.com/articles/electronic_components/diode/light-emitting-diode-led-technology-how-does-led-work.php
*3 Zdroj: https://en.wikipedia.org/wiki/LED_circuit
Zde je několik dalších informací, které si můžete přečíst na našem blogu:
Zde si také můžete přečíst často kladené dotazy k našim produktům: https://ledstore.fi/faq
Technologie LED ve světlech LED: proč jsou světla LED nejlepším řešením pro domácí osvětlení
Přečtěte si tvrzení, kde se zabýváme nebezpečím LED diod: na čem je založeno nebezpečí LED diod?
Přečtěte si další časté dotazy: Často kladené dotazy o LED diodách
Psali jsme také o kvalitě světla (na Rakentaja.fi): co je to podání barev?
