Čo je a ako funguje LED dióda

Čo je a ako funguje LED dióda
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  1329 zobrazení
1
 0
Rádioamatérov almanach

LED dióda je elektronická polovodičová súčiastka, ktorá obsahuje P-N prechod. Táto technológia je už stará viac ako 40 rokov ale až posledných asi desať rokov je ich výroba rozšírená masovo. 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.

Sadu 375 ks 3 mm a 5 mm LED diód si môžte kúpiť aj na tomto odkaze - klikni

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.

Schématická značka LED diódy.

Diódy sú väčšinou vybavené tzv. optickým prvkom pre lepší rozptyl svetla. V minulosti sa jednalo sa o šosovku z epoxidovej živice, teraz je táto šošovka súčasťou tvarovaného púzdra diódy. 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 polovodiča (6). Epoxidová živica, v ktorej sa celé teleso LED diódy nachádza, má tri hlavné funkcie. 

  • je navrhnutá tak, aby dovolila priechod maximálnemu množstvo svetla,
  • 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 zariadenie, ktoré reguluje priechod prúdu bez žeravenia vlákna, je zároveň tiež veľmi spoľahlivé.

Konštrukcia štandardnej diódy LED.

Farby LED diód

Pomerne dlho trval vývoj LED diód emitujúcej modré a vysoko svietivé biele svetlo, nakoľko to z princípu fungovania LED nemožno priamo vyžarovať. Staršie bielo žiariace LED diódy tak obsahovali trojicu čipov "miešajúcu farby" tak aby bolo dosiahnuté vnemu bieleho svetla. Pretože nie je možné priamo emitovať biele svetlo, využívajú LED diódy tzv. Luminofor. 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 biele svetlo. 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 ± 10 nm, 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 sa prejavujú aj v intenzite svetla, ktoré vyžarujú.

Farebné RGB diódy

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 Helmholza, trojfarebnom videní a Maxwellovom 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 diódy dosiahnuť širokého spektra rôznych farieb. Rovnaký spôsob sa používa u monitorov a televíziorov. RGB diódy tak môžu meniť farbu vydávaného svetla.

Svietivosť

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 uhol

Vyžarovací uhol závisí od druhu LED čipu a šošovke z epoxidovej živice ktorá láme svetlo a tiež na umiestnenie LED diód napríklad 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 pri LED dióde pravdepodobné zlyhanie keď sa používajú v rámci predpísaných parametrov.

V priemere sa životnosť pohybuje okolo 50 000 hodín. V  ponuke výrobcov 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.

Väčšina výrobcov udáva životnosť  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.

Sadu 375 ks 3 mm a 5 mm LED diód si môžte kúpiť aj na tomto odkaze - klikni

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 200.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo
PCBWay Promo
PCBWay Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Webwiki Button