Co je LED technologie?

Označení LED vzniklo zkratkou z anglického názvu light-emitting diode (světlo vyzařující dioda) a jedná se o elektronickou polovodičovou součástku obsahující přechod P-N (oblast na rozhraní příměsového polovodiče typu P a N). Prochází-li přechodem polovodiče elektrický proud v propustném směru, přechod vyzařuje (emituje) nekoherentní světlo s úzkým spektrem. Díky použitým materiálům může vyzařovat i jiné druhy záření než jen viditelné spektrum světla. Tento jev vyzařování je způsoben elektroluminiscencí.

Pásmo spektra záření diody je závislé na chemickém složení použitého polovodiče (přechodu P-N). LED diody jsou vyráběny s pásmy vyzařování od ultrafialových (UV používané například ve světelných efektech, které nahrazují konvenční UV zářivky), přes různé barvy viditelného spektra, až po infračervené pásmo (IR používané pro neviditelné spektrum např. osvětlení bezpečnostních kamer či dálkové ovládání).

Výhody použití LED

• Produkují více světla na watt energie než žárovky, což je užitečné v zařízeních napájených bateriemi nebo v úsporných zařízeních.
• Mohou vyzářit světlo v požadované barvě bez použití barevných filtrů.
• Jejich pouzdro může být navrhnuto k soustředění světla na určité místo.
• Světelné tepelné (žárovky) a fluorescenční (zářivky) zdroje většinou potřebují k soustředění světla vnější optickou soustavu.
• V zařízeních, kde je nutná funkce „stmívání“ nemění svou barvu při snížení napájecího proudu, naopak žárovky při snížení napájení vydávají žlutější světlo.
• Jsou odolnější vůči nárazům.
• Jsou ideální na použití v zařízeních, kde dochází k častému vypínání a zapínání, klasické žárovky mohou při častém zapínání a vypínaní shořet.
• Mají extrémně dlouhou životnost. Jeden z výrobců LumiLeds USA vypočítal odhadovanou dobu životnosti jejich LED mezi 100 000 a 1 000 000 hodin. U zářivek je obvyklý údaj 30 000 hodin, u běžných žárovek 1000 - 2000 hodin, přičemž u vysoce výkonných žárovek použitých ve světelných efektech je životnost pouze 15 - 75 hodin.
• Velice rychle se rozsvítí. Rozsvícení LED diody trvá v řádu mikrosekund. LED používané například ve videostěnách mohou mít tyto doby i mnohonásobně kratší – základní obrazovka tak zvládne s přehledem obnovovací frekvenci 400 Hz, u klasických vakuových obrazovek je to pouze 50 Hz.
• Jsou velice malé a snadno mohou být osazeny do desky plošných spojů.
• Neobsahuji rtuť (na rozdíl od zářivek).


Technické detaily

Podle výkonu lze LED diody rozdělit na miliwatt LED s výkonem do 1 W a power LED s výkonem nad 1 W. Dalším kritériem je rozdělení na SingleChip LED (pole emitující světlo je umístěno na malém čipu, svítícím svou specifickou barvou) a MultiChip LED (pro dosažení požadovaného výkonu lze tyto čipy složit vedle sebe). Například chceme-li vyrobit 3W LED, můžeme spojit tři 1W čipy vedle sebe, nebo použít „pravý“ 3W čip, jehož výroba je však komplikovanější a proto je samozřejmě i dražší.

Srdcem každé LED diody je čip, jehož kvalitu, výkon a životnost ovlivňuje celá řada faktorů při jeho výrobě. Pouhý údaj o výkonu nevypovídá nic o skutečné svítivosti a také životnost je různá. Díky tolerancím při výrobě jsou finální produkty při výstupní kontrole výrobci řazeny do tří kvalitativních tříd A, B a C. Výrobky ve třídě A jsou perfektní, ve třídách B a C se mohou vyskytnout některé z následujících vad – nepřesný úhel světelného paprsku, špatné centrování světelného zdroje, odchylky v barvě, nižší svítivost nebo nepřesné umístění kontaktů. Protože výrobci světelných zdrojů nakupují LED diody různých kvalitativních tříd, mohou se jejich výrobky cenově lišit až o 50%.

Dalším důležitým parametrem je vyzařovací úhel LED diody. Ten je závislý na kvalitě použitého vnitřního (první čočka) a sekundárního optického systému (druhá čočka) a také reflektoru za LED diodou, které poskytují vysoký jas a přesný vyzařovací úhel. Pro profesionální použití, především při míchání RGB barev, je také velmi důležitá shodná barva použitých LED diod. Perfektně povrchově zpracované reflektory, zaručující vysokou svítivost a jsou dražší, stejně jako kvalitní vnitřní a sekundární optické systémy, poskytující vysoký jas a přesný vyzařovací úhel.

Životnost

Životnost LED diody je závislá na její celkové kvalitě, okolní teplotě a u výkonnějších LED diod také na konstrukci světelného zařízení z hlediska jeho chlazení. Běžný údaj „LED dioda má životnost až 100 000 hodin“ nemusí být vždy pravdivý. V případě nedokonalého chlazení nebo použití méně kvalitních LED čipů může být skutečná životnost pouze několik stovek hodin.

V ideálních podmínkách mají LED diody následující životnosti:
• výkon do 100 mW – 80 000 až 100 000 hodin (11 let nepřetržitého provozu)
• výkon do 500 mW – 60 000 až 80 000 hodin
• výkon 1 W – 30 000 až 70 000 hodin
• výkon 3 W – 20 000 až 50 000 hodin

Je nutné poznamenat, že údaj o průměrné životnosti počítá s tím, že v provozu bývá současně jen cca 50 % LED diod a že některá z použitých LED diod může fungovat jen velmi krátkou dobu, zatímco jiná může výrazně překročit dobu své udávané průměrné životnosti.
Podobně také výrobci LCD displejů pro počítače a televizory, které fungují na téměř shodném principu, udávají, že „vyhasnutí některých pixelů není závadou a nelze jej tedy reklamovat“.

Dalším faktorem ovlivňujícím kvalitu LED diod je ztráta svítivosti, udávaná v procentech původního výkonu po určitém počtu provozních hodin např. 70% po 20 000 hodinách. Méně kvalitní LED diody ztrácí svou původní svítivost již po cca 1 000 hodinách.

Běžné současné LED zobrazovače používají pro RGB míchání barev prvky, složené ze tří LED diod - červené, modré a zelené - umístěných ve vzdálenosti cca 2 cm. Pozorovatel u těchto velkých „stěn“ může rozeznat jednotlivé barvy použitých LED diod. Nejnovější generace velkých zobrazovačů používají dokonalejší tříčipové LED diody, které výslednou smíchanou RGB barvu vyzařují z jedné čočky.

Je tedy jasné, že pro běžného zákazníka není snadné rozpoznat kvalitu LED diod, použitých v konkrétním výrobku, přestože se vyšší kvalita téměř vždy odráží ve vyšší ceně.