ELEKTRO 8-9/201269výměna zkušenostíLED – fakta a mýty1. Úvod – od počátků až k „bílým“ LEDSvětloemitující dioda je zatím v podstatě jediný používaný světelný zdroj v pevné fázi. K emitování světla dochází na polovodičovém přechodu, styku dvou polo-vodičových materiálů. Jeden materiál je pomocí příměsí o elektrony obohacen, dru-hý je o elektrony ochuzen a při průchodu elektrického proudu nastává rekombinace elektronů a děr. Rekombinací elektron přechází do nižšího energetického stavu a přeby-tek energie je vyzářen v po-době fotonů, tedy světa.Tento princip, zvaný elek-troluminscence, byl objeven již v roce 1907, ale první světloemitující dioda (LED--Light Emitting Diode) byla vyvinuta až v roce 1962 Nic-kem Holonyakem jr. na Uni-versity of Illinois. Poměrně dlouho byly LED využívány jen k indikaci, protože jejich výkony byly velmi malé a navíc se dařilo vyrábět LED vyzařující jen v červené, žluté a zelené barvě. Tepr-ve v roce 1995 se podařilo vyrobit první modře svítící LED, což konečně umož-nilo dosáhnout bílého svět-la. V zásadě se ke genero-vání bílého světla používa-jí dvě metody, z nichž první je založena na skládání svět-la červené, zelené a modré LED (RGB) (obr. 1). Tato metoda se s výhodou používá v aplikacích, kde je vhodné mít možnost měnit teplotu chromatičnosti světla, což je v tomto případě umožněno změnou poměrů jednotlivých slo-žek o různých vlnových délkách. Nevýhodou je menší měrný světelný tok, tj. počet jedno-tek světelného toku (lumen) na jeden watt pří-konu světelného zdroje (lm·W–1).Druhá metoda využívá modré LED, na je-jichž čip je nanesena vrstva luminoforu, pře-vádějící část paprsků modré barvy na červené a žluté (obr. 2). Tato metoda je v současnos-ti při osvětlování nejpoužívanější a dosahu-je největších měrných světelných toků (v la-boratoři až 254 lm·W–1). Její nevýhodou je nutnost třídit LED podle barevné teploty, pro-tože technologie nanášení luminoforu nedo-voluje dosáhnout přesně požadované teploty chromatičnosti.2. Specifika LEDDiody LED jsou skutečně přelomovou tech-nikou v osvětlování. Jak už to ale u přelomo-vých technologií bývá, vyžadují podstatně odliš-ný přístup ke konstrukci svítidel a jiné znalosti ve srovnání se svítidly osazenými konvenčními zdroji (žárovky, zářivky, výbojky). Tyto rozdí-ly lze pro přehlednost rozdělit do tří kategorií.2.1 LED vyžadují zcela odlišný způsob napájení pomocí zdroje konstantního prouduV současnosti je napájení LED řešeno v podstatě výhradně elektronickými obvody, využívajícími techniku spínaných zdrojů. Na-pájecí zdroj by měl mít nejméně tak dlouhou dobu života jako zdroj světla (v tomto přípa-dě LED). Na trhu se ale nachází mnoho jak svítidel, tak samostatně prodávaných napáje-cích zdrojů (obvykle východní provenience), které používají součástky (především elektro-lytické kondenzátory), jejichž střední doba ži-vota v daném zapojení je 5 000 až 6 000 h. Účinnost nejlepších síťových napájecích LED zdrojů se blíží hodnotám 93 až 94 %. Zdroje s výkonem nad 24 W musí být povinně vy-baveny korekcí účiníku (Power Factor Cor-rector) a výsledný účiník by měl být lepší než 0,95. Postupně jsou, s ohledem na jejich ma-sové použití, korektory účiníku vybavovány i napájecí obvody světelných zdrojů s menším příkonem. U elektronických napájecích zdro-jů není hlavním problémem ani tak fázový posuv mezi napětím a proudem zátěže jako odběr proudu zátěží jenom v určité části peri-ody střídavého napájecího napětí (účiník daný cosinem fázového posunu je vlastně speciál-ní případ pro harmonické průběhy napájecí-ho napětí i proudu). Anglická odborná litera-tura rozlišuje mezi účiníkem u harmonických průběhů (displacement power factor, často i zkráceně a nepřesně jen power factor) a ne-harmonických průběhů (true power factor).2.2 Pro správnou a spolehlivou funkci vyžadují LED dobře vyřešený odvod teplaPřestože jsou LED jedním z nejúčinnějších zdrojů světla, přibližně dvě třetiny jejich pří-konu se stále přeměňují na teplo. Toto teplo je nutné pomocí chladiče odvést z polovodičo-vého přechodu do okolního prostředí, protože světelný tok LED silně závisí na teplotě přechodu (obr. 3). Podobně je na teplotě polo-vodičového přechodu závis-lá i střední doba života LED (obr. 4). Přestože tyto údaje lze najít v katalogu každého serióznějšího výrobce LED, je trh zaplaven svítidly se zcela nedostatečným chlazením, je-jich deklarovaná střední doba života je 100 000 h; k tomu zbývá jen miniaturním pís-mem dodat, že při chlazení tekutým dusíkem.Ing. Jakub Černoch300 400 500 600 700 800 intenzita vlnová délka (nm)4 0003 0002 0001 0000Obr. 1. Vytváření bílého světla skládáním z červeného, modrého a zeleného intenzita vlnová délka (nm)300 400 500 600 700 8004 0003 5003 0002 5002 0001 5001 0005000Ce: YAGGaN nebo InGaNObr. 2. Vytváření bílého světla s pomocí luminoforu (oblast označená Ce:YAG je generována luminoforem)Obr. 3. Chování zdroje LED při zapojení všech diod do série a proudu IF = 350 mA25 50 75 100 125 150 teplota přechodu (°C) relativní světelný tok (%)10095908580757065605550