Vlastnosti a možnosti použití luminiscenčních diod
 |
| Vlastnosti a možnosti použití luminiscenčních diod Ing. Jan Holub, FK technics Elektroluminiscenční diody LED (Light Emitting Diode) se v posledních letech ve stále větší šíři používají v nejrůznějších oblastech techniky. Za své rozšíření vděčí především rostoucí světelné účinnosti, která se u špičkových LED pohybuje na úrovni srovnatelné s halogenovými žárovkami. Současně se celosvětově investuje do hromadné výroby těchto prvků, a proto jejich cena neustále klesá. LED je elektronický prvek, který generuje světelné záření při průchodu proudu polovodičovým přechodem, používá tedy jiný fyzikální princip než žárovky nebo výbojky a má mnoho vlastností, kterými se od klasických zdrojů světla odlišuje. Polovodičový přechod vždy vyzařuje velmi úzké spektrum, záření je v podstatě monochromatické. Dnes jsou však na trhu prvky již všech potřebných barev, včetně infračervených a ultrafialových, např. pro dálkové ovládání nebo prohlížení bankovek ve zkoušečích. Bílé světlo lze získat dvěma způsoby. Podobně jako v barevných obrazovkách je možné použít tři čipy různých barev (červené, zelené a modré) a z nich tzv. aditivním míšením „namíchat„ bílou. Takto se vytvářejí body zobrazovacích panelů i zdroje bílého světla složené ze tří barev. Výhodou uvedeného způsobu je kromě možnosti stavby zobrazovacích panelů i možnost řídit intenzitu jednotlivých barevných složek, a tedy ovlivnit barevný tón. Na trhu jsou prvky se třemi čipy v jednom pouzdru i LED v jednotlivých barvách vhodných pro skládání bílé. Obě řešení se používají a z hlediska principu jsou shodná. Dalším způsobem je použití modrého čipu, který se uvnitř pouzdra ještě opatří vrstvou aktivní hmoty, která na principu podobném luminoforu v zářivkách nebo obrazovkách částečně převede modré záření na jiné vlnové délky viditelného spektra. Výsledným efektem je téměř bílá barva. V následujících odstavcích jsou shrnuty významné vlastnosti LED, kterými se odlišují od klasických světelných zdrojů a díky nimž nacházejí stále širší oblast uplatnění. Život je u barevné LED 100 000 hodin, bílá LED obvykle dosahuje života 50 000 hodin, přičemž v průběhu této doby intenzita světla poněkud klesá. V zařízeních s LED se tedy nepočítá s výměnou světelného zdroje po celou dobu provozu. Odolnost proti otřesům je velká a stejná jako u jiných elektronických součástek. Záleží tedy především na způsobu a kvalitě montáže vzhledem k aplikaci. Perspektivní je použití ve všech typech mobilních prostředků a v dopravní technice. Provozní teplota je relativně nízká. LED nevyvíjí významné množství tepla, i když konstruktéři u intenzivně svítících LED již řeší problémy s chlazením čipů. Vyzařované teplo je v podstatě nulové. To je výhoda při osvětlování předmětů citlivých na teplo nebo teplem rychleji degradujících (potraviny). UV záření není díky použitým principům vyzařováno barevnými ani bílými diodami LED, protože světlo je vyzařováno v úzkém intervalu vlnových délek. Výjimkou jsou ultrafialové LED, kde je toto záření naopak žádoucí. Napájecí napětí je vždy bezpečné, světelný zdroj sám o sobě tedy nevyžaduje ochranu před nebezpečným napětím. Stmívatelnost – v podstatě vždy se k napájení používá elektronika, intenzita světla se obvykle reguluje pulsní šířkovou modulací a elektroniku je třeba rozšířit o příslušné obvody. Obvyklé stmívače dostupné na trhu nelze použít, avšak řešení je technicky zvládnuto. Barva světla je při použití více typů LED nastavitelná a je nezávislá na teplotě. Úhlová šířka vyzařovaného světelného svazku je u běžně dostupných LED od 10 do 100 stupňů. Malých úhlů svazku lze dosáhnout bez použití vnějších reflektorů již samotnou optikou pouzdra. Tvar světelného zdroje – skládáním z více prvků lze snadno dosáhnout téměř libovolného tvaru zdroje světla. Citlivost na statickou elektřinu – zejména intenzivně svítící bílé, modré, zelené a modrozelené LED je nutné zpracovávat na pracovišti chráněném proti výskytu statického náboje. Případné poškození součástky se podobně jako u některých polovodičových prvků projeví nikoliv bezprostředně, ale zkrácením jejich života. Luminiscenční dioda se používá již déle než dvacet let. Od počátku byla využívána v elektronice k indikaci provozních stavů. Jako výkonnější světelný zdroj se používá teprve v posledních asi pěti letech. Přesto existují dosud značné rezervy, možnosti dalšího použití LED jsou obrovské. Podobně jako u kompaktních zářivek pro úspornou náhradu klasických žárovek byly vyvinuty celé řady tzv. LED-žárovek*), tj. prvků s paticí žárovky, které mají za úkol tuto žárovku nahradit. I přes zatím vyšší cenu je ekonomického efektu dosaženo omezením následné údržby a výměny žárovek. Budoucnost použití LED je však pravděpodobně v zařízeních s trvale zabudovanými světelnými zdroji bez možnosti výměny. Významné, ale zatím jen omezeně využité možnosti jsou v dopravní technice, kde kromě ceny brání širšímu použití LED i legislativa, která zatím nestačila zcela reagovat na úplně odlišné charakteristiky tohoto prvku. Jsou však již dlouho známy populární blikačky cyklistů, které se léta používají, ačkoliv byly podle platných předpisů dlouho nepřípustné. Běžnou aplikací v dopravě jsou tzv. třetí brzdová světla a zadní skupinové svítilny automobilů. Použití v hlavních světlech na svou dobu teprve čeká, ale vzorky již byly předvedeny. Podobně vhodné je použití LED na všech obtížně přístupných místech. LED nevyzařuje ultrafialové záření ani teplo a je možné s ní osvětlovat citlivé materiály jako potraviny, papír, textil apod. S výhodou lze také využít malé rozměry těchto zdrojů. Byly vyvinuty LED s vlnovou délkou pro dopravní signalizaci, návěstidla se však u nás zatím neobjevila. Použití v dopravních značkách je ale stále běžnější. Pro účely osvětlení se LED osazují do panelů a pokusně již bylo realizováno i uliční svítidlo. Běžnou záležitostí jsou reklamní poutače a zobrazovací panely, jejichž jas i rozlišovací schopnost trvale rostou. Stále běžnější, oblíbenější a dostupnější jsou ruční svítilny. Moderním prvkem je kombinované solární svítidlo malého výkonu s bezúdržbovým akumulátorem, mnohdy hermeticky uzavřené třeba pro zabudování do dlažby. Na trhu se objevují také úsporná noční svítidla, kde LED nahradila původně používanou doutnavku. Očekává se nástup LED do nouzových svítidel. Na trh již byla uvedena i první stolní svítidla. FK technics *) Tento obchodní název, který je údajně chráněnou značkou jedné firmy, je technicky naprosto nesprávný a zavádějící a jsme přesvědčeni, že nemůže být nikdy jako technický termín zaveden. Má asi stejné oprávnění jako termín výbojková žárovka pro výbojky se závitem E27 a E40 na počátku éry výbojek, který mimo jiné způsobil zničení výbojek v některých nových instalacích, protože se zapomnělo na předřadníky – pozn.red. |