Elektrika.cz, portál o silnoproudé elektrotechnice, elektroinstalace, vyhlášky, schémata zapojení.

FRAENKISCHE: Návod ...

Nepochybuji o tom, že o chráničkách kabelů uložených v zemi ví mnozí. Pokud ...

OPP#4 Musí ...

Musí revizní technik upozornit na absenci přepěťových ochran? Je ...
 
Oddíly
reklama
Bleskovky
23.05.2017 Adresný systém elektrické požární signalizace. EBL512 G3 je analogová a adresná ústředna pro detekci požáru a elektrickou požární signalizaci pro budovy. Přední panel a velký displej činí obsluhu uživatelsky velmi přívětivou. Systém EBL512 G3 splňuje nejpřísnější požadavky kladené na detekci ohně a vyhlašování poplachu.
22.05.2017 V Brně vznikl nový studijní obor KYBERNETICKÁ BEZPEČNOST! Obor vzniká ve spolupráci s odborníky z praxe, budoucími zaměstnavateli v oblasti kybernetické bezpečnosti, kteří se rovněž budou podílet přímo na výuce. Absolventi oboru najdou uplatnění při zavádění a řízení kybernetické bezpečnosti v organizaci, na pozici bezpečnostního technika informačních technologií, technika datového centra, technika ...
19.05.2017 Vyhodnocovací jednotka pro optické vláknové senzory. Kompaktní jednotka pro měření, vyhodnocování a logování statických nebo pomalých dějů detekované optovláknovými FBG nebo FP senzory. Výhodou je možnost umístění vyhodnocovací jednotky až několik km od ...
18.05.2017 Nechybí vám u prodejního místa označení EET? Dle zákona č. 112/2016 o evidenci tržeb dle §25 musí být na každém místě, kde se uskutečňují evidované tržby, dostatečně viditelně a čitelně umístěno oznámení s přesně definovaným zněním. Proto vznikly čtyři verze tohoto oznámení, v plastu a samolepce vždy ve dvou velikostech. Toto oznámení je určenou pouze pro běžný režim EET, pokud byste požadovali text pro ...
17.05.2017 Záložní zdroje k otopným systémům série V-PI. Jde o sérii záložních zdrojů, primárně určených k napájení oběhových čerpadel otopných systémů a ventilátorů krbových vložek během výpadků elektrické sítě. V normálním režimu je napájení oběhových čerpadel připojeno do sítě a zařízení pouze kontroluje stav akumulátoru a ...
16.05.2017 Systém KES – M nabízí spolehlivé vedení kabelů a jejich následné připojení k ucpávkám s těsností do 2,5 baru. Propojení, např. mezi dvěma budovami nebo kabelovými kanály, je provedeno pomocí spirálových chrániček Hateflex zakončených připojovacími objímkami vyrobených z nerezu a gumy EPDM. Chráničky Hateflex jsou velmi flexibilní, UV odolné a zevnitř opatřeny povlakem z Hytonu pro šetrné ...
Vybrané zdarma funkce
Které tři funkce nových videopořadů chcete zdarma?
Celý záznam
Sestřih záznamu
Stopáž záznamu
Audioverze záznamu
Textový přepis záznamu
Souvislosti záznamu
Diskutovat k záznamu
Výsledky budou zveřejněny později

[ Výsledky | Hlasování ]
Hlasů : 560
Bazar
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Nabídka, prodám ....
Osobní nástroje
FUTURE okénko - V nejbližších dnech se zde dočtete ...
  • Každý si předváděcí místnost představí po svém. Pokud mluvíme o PLC, respektive o Foxtrotu, pak nás asi všechny napadne spostu blikajících LEDek v rozvaděči. Ano i to je součástí showroomu, nového prezentačního místa v Brně. TECO využilo partnerství s ...
  • Jiří Ptáček představuje ASSET HEALTH CENTER ... Systém sbírá a vyhodnocuje parametry zařízení např. u transformátoru může hlídat stav oleje, izolace a na základě vstupních dat, které projdou datovým modelem, vlastně vyhodnotí, jakým způsobem ...

Technologie LED od L po D


Document Actions
Technologie LED od L po D
LED se stává často skloňovaným pojmem v souvislosti s moderním osvětlováním. Přitom ještě před několika lety bylo osvětlování "LEDkami" pouze záležitostí futuristického designu či utopickou sci-fi. Co tedy stojí za úspěchem této technologie a čemu vděčí světloemitující diody (LED) za svůj dramatický vývoj? Na tyto otázky se pokusíme odpovědět v následujících odstavcích ...
Komerční sdělení, ze dne: 26.07.2010
reklama

Abychom pochopili, proč jsou "LEDky" poslední dobou tolik propagovány, podíváme se nejprve trochu do historie a na technologii jako takovou. Základním stavebním kamenem pro funkci LED (light-emitting diode) je elektroluminiscence. Tento fyzikální jev lze jednoduše popsat jako vznik fotonu rekombinací elektronu s dírou, jinými slovy přímá přeměna energie na (viditelné) světlo. Objev tohoto jevu je připisován H. J. Roundovi z roku 1907. První funkční LED byla představena v roce 1955, kdy Rubin Braunstein předvedl infračervenou emisi na GaAs (polovodič, gallium arsenid). Konečně v roce 1962 objevil Nick Holonyak červenou diodu, což můžeme chápat jako samotný počátek LED pro osvětlování. Avšak cesta za diodou s bílým světlem byla ještě dlouhá - trvala několik desetiletí.


Luxeon Rebel, výkonová dioda společnosti Philips Lumileds Lighting Company

Nepředbíhejme, začněme hezky od začátku. LED spadají do skupiny světelných zdrojů, které vyzařují z pevné fáze. Proto se můžeme občas setkat v souvislosti s LED se zkratkou SSL (Solid-State Lighting). Pevné látky můžeme nalézt ve dvou základních podobách, a sice amorfní a krystalické. Krystalické látky dále dělíme na monokrystalické, kde je v celém objemu materiálu zachována stejná orientace krystalové mřížky, a polykrystalické, kde můžeme vysledovat větší množství náhodně orientovaných zrn.


Struktury pevných látek. Zleva: látka amorfní, polykrystalická, monokrystalická

Pásová teorie
Cestou, jak odpovědět na otázku, proč dioda svítí, je pásový model polovodičů, který vychází z kvantové teorie. Omezme se na zjednodušený případ, kdy vztahujeme celé řešení na monokrystalické prostředí, uvažujeme hmotnost elektronů mnohem menší, než je hmotnost atomových jader, a pohyb těchto jader zanedbáme. Pro tento případ můžeme řešit tzv. Schrodingerovu rovnici:

Hψ = Eψ

H je Hamiltonův operátor (tzv. hamiltonián), který udává kinetickou a potenciální energii všech jednotlivých jader a atomů, ψ je vlnová funkce jader a elektronů a E vyjadřuje energii krystalu. Hledaným řešením Schrodingerovy rovnice je Blochova funkce, kterou chápeme jako rovinnou vlnu šířící se ve směru vlnového vektoru k. Tato vlna je modulována funkcí uk(r) v periodě krystalové mříže. Odvozujeme z ní, že chování elektronu v krystalové mříži je podobné chování volného elektronu a navíc nám dovoluje omezit se pouze na periodu krystalové mříže. Platí:

Podrobnější analýzou zjistíme, že existuje omezený počet stavů, ve kterých se může elektron v krystalu nacházet. Pro nás jsou ale paradoxně důležitější stavy, ve kterých se elektron nacházet nemůže, tedy zakázané pásy. Obojí můžeme zobrazit pomocí Brillouinových zón.


Brillouinovy zóny: Metodou těsné vazby a redukovaná Brillouinova zóna

Tyto grafy můžeme číst tak, že na ose X je uvedena vzdálenost v periodě krystalové mříže, na ose Y možná potenciální energie elektronu v tomto krystalu. Všimnout si můžeme, že mezi jednotlivými funkcemi existují energie, kterých elektron nemůže nikdy nabývat. Pásový model tedy chápeme jako zjednodušený popis chování elektronů v krystalové struktuře.

Otázkou zůstává, v jakém pásu se elektrony nacházejí. V úvodních odstavcích bylo naznačeno, že elektrony se stávají nositeli elektrického náboje, pokud se nacházejí v tzv. vodivostní vrstvě neboli pásu.


Situace na Pn přechodu při průchodu elektrického proudu

Zároveň víme, že do tohoto pásu přecházejí z valenční vrstvy, což je obecně platný model pro všechny materiály, který vychází z Pauliho vylučovacího principu. Pro popis dějů uvnitř diody tedy vždy budeme hovořit pouze o valenčním pásu, který je za běžných podmínek vždy zaplněn elektrony, a pásu vodivostním, kde je přítomnost elektronů nezbytná, má-li se látka chovat jako vodivý materiál.

PN přechod
K vytvoření PN přechodu uvnitř diody potřebujeme materiály s různými typy vodivosti. U klasických diod (nejinak je tomu u LED) tak získáme jev, kdy elektrický proud prochází součástkou vždy pouze jedním směrem. Materiál typu N se vyznačuje nadbytkem volných elektronů (nosiče elektrického náboje). Opačná situace platí pro materiál typu P, kde hovoříme o tzv. dírách. Na rozhraní těchto dvou materiálů dojde k rekombinaci volných nosičů náboje (elektronů a děr) a nepohyblivé ionty způsobí vznik elektrického pole, které brání průchodu zbylých volných nosičů. Tedy dojde k vytvoření energetické bariéry, kterou budeme nazývat oblastí prostorového náboje.

Nyní přecházíme k prvnímu zásadnímu rozdílu mezi klasickými usměrňujícími diodami a LED. U klasických diod je naší snahou, aby po přiložení vnějšího elektrického pole oblastí prostorového náboje prošlo maximum volných nosičů, a nedocházelo tak ke ztrátám v oblasti prostorového náboje, což by kromě snižování účinnosti diody způsobovalo také její ohřívání a v důsledku možné zničení. U LED se naopak snažíme, aby maximum těchto nosičů vzájemně rekombinovalo v této oblasti za vzniku viditelného záření v podobě světla. Zmiňovaný rekombinační proces, který stojí za vznikem viditelného záření v podobě fotonu, si nyní zběžně popíšeme.

Rekombinace
Rekombinační proces nastává několika různými způsoby. Ne vždy je výsledkem vyzáření fotonu, často je energie vyzářena v podobě tepla (fononu). K tomuto jevu dochází například vlivem poruch v krystalové mřížce nebo na jejím povrchu. Částečně způsobuje fononová rekombinace to, že se PN přechod ohřívá, a v důsledku pak celá struktura.

Můžeme uvést dva jednoduché principy vyzařování fotonu, které souvisejí s pásovou strukturou krystalu. Jedná se o rekombinaci zářivou (absorpční) a její možné podoby - vyzařování přímé a nepřímé. V případě, kdy se maximum valenčního a minimum vodivostního pásu potkávají ve stejném místě, mluvíme o přímém přechodu elektronu mezi pásy. Složitější situace nastává v případě, kdy jsou minimum a maximum pásů navzájem posunuty, kde musí do rekombinačního procesu vstoupit fonon. Příkladem nepřímé rekombinace je křemík (Si), příkladem přímé rekombinace GaAs. Pásový charakter diody na křemíku tedy není vhodný pro účely LED, jelikož proces vyzáření fotonu je značně složitější a navíc s každým vyzářeným fotonem vzniká fonon, tedy nežádoucí teplo.


Zleva: Si nepřímá rekombinace, GaAs přímá rekombinace; 1 představuje vznik fotonu, 2 vzniká fonon

Vlnová délka světla vyzářeného z diody je dána typem použitých materiálů. Jinými slovy: lze volbou materiálů (případně koncentrací) nastavovat, jakou barvu světla má dioda vyzařovat. Souvislost mezi materiálem a vlnovou délkou je jednoduchá - každý materiál má různou šířku zakázaného pásu, tedy existuje jiná energie, kterou musí elektron přijmout/vyzářit, aby tento pás překonal. Pokud známe šířku zakázaného pásu, frekvenci vyzařovaného světla spočítáme jednoduše pomocí Planckovy konstanty:

E = hf = hc/λ

kde E značí energii, h je Planckova konstanta, f frekvence vyzařovaného světla, c rychlost světla ve vakuu a A je vlnová délka světla.

Tabulka Používané typy materiálů a jejich možné vlnové délky (Philips Lumileds)

Barva Materiál
  AlInGaP InGaN
Červená x  
Jantarová x  
Zelená x x
Modrá   x
Bílá   x

Vidíme, že účinnost LED je v podstatě omezena pouze tím, kolik elektronů přemění svoji energii na teplo a kolik z nich vyzáří energii v podobě světla. Je pochopitelné, že ochlazením diody se zmenšují kmity mřížky a zvyšuje se vodivost, což v důsledku opět znamená zvýšení svítivosti. V neposlední řadě kvalitní chlazení prodlužuje životnost diody.


Haitzův zákon

Budoucnost
Podobně jak je tomu u mikroprocesorů, i světloemitující diody (LED) slibují veliký potenciál v příštích letech. Podíváme-li se do minulosti, zjistíme, že vyzářený výkon z jednotky plochy čipu je 30x větší každých 10 let, přičemž cena za vyzářený lumen každých 10 let 10x klesne. Proto když vezmeme v potaz, že současná kvalitní LED svítidla nabízejí dostatečný výkon a zajímavé úspory, je zřejmé, že budoucnost bude jedině "zelenější". Dalším příkladem zvyšování kvality osvětlení skrz LED světelné zdroje je stále se zvyšující index podání barev. Dnes již není problém pořídit LED svítidlo s CRI > 80, zatímco ještě před dvěma lety byl tento úkol takřka neřešitelný. Klasickým příkladem pokroku, který LED v krátké době učinily, může být rodina svítidel Philips Spot LED, které v průběhu asi dvou let prodělaly celkem tři generační skoky a dnes se již mluví o čtvrté generaci.

V současnosti již začínají LED dobývat poslední odvětví v osvětlování, kde prozatím vítězí vysokotlaké výbojové zdroje, tedy svítidla pro veřejné osvětlování. Díky rostoucímu měrnému výkonu, při indexu podání barev často lepším než CRl = 70, se stávají kvalitní LED svítidla pro veřejné osvětlování důležitým hráčem. Nicméně je vždy třeba kvalitu a plnohodnotnost takového svítidla prokázat kvalifikovaným světelnětechnickým výpočtem a vzít v úvahu celkové náklady, které jsou u LED řádově vyšší.

  • Spot LED I - svítidlo s jednou LED a průměrem 31mm je vhodné do aplikací, kde se tradičně používaly 20W halogenové žárovky; vlastní příkon je 4W

  • Spot LED II - stmívatelné 3 LED svítidlo s průměrem 60mm vhodné jako náhrada 35W halogenových žárovek; příkon svítidla je 12W

  • Spot LED III - 5 LED stmívatelné svítidlo s průměrem 95mm funkční jako náhrada 50W halogenových žárovek; svítidlo má příkon 10W

Bc. Filip Müller
PHILIPS Česká republika s.r.o.

 
 

 

 
 
TEXT Z OBLASTÍ SOUVISEJÍCÍ KONTAKT


FIREMNÍ TIPY
Rittal na největším elektrotechnickém veletrhu v Brně představil avízovanou novinku pro osvětlení rozvaděčů. Systémové LED svítidlo nám v článku rychle a názorně představuje Leoš Blažek. O svítidle víme, že osvětlí to podstatné, montáž je rychlá a bez potřeby zvláštního nářadí. Pokud jste na veletrhu nebyli, poslechněte si jeho představení nebo si dohledejte bližší parametry právě v tomto článku!
Bude Průmysl 4.0 natolik flexibilní, že vymaže natrvalo výraz "Made in"? Podle všech informací se bude výroba dynamicky přesouvat z místa na místo, a to vše bez nějakého přemýšlení a dlouhého rozhodování člověka. Nevěříte? Poslechněte si prognózy odborníků právě v tomto díle! Pokud budete poslouchat pozorně, pravděpodobně vám naběhne husí kůže. Jak v takovém prostředí bude vypadat váš stávající byznys?
Dnes máme na programu pořádný průvanový ventilátor. Do železničního tunelu se pěšky obvykle nevydáváme. Při představě, že se potkáme s vlakem, naskakuje husí kůže všem. Ale protože ventilátor v provozu s příkonem 55kW v nějakém kadeřnictví jen tak nepotkáme, neváhali jsme. Jiné boty, reflexní vesta, ochranná přilba a hurá do díry ...
Máte rádi malé taháky jako rychlé pomůcky? Nikdo z nás si nemůže pamatovat všechno, proto jsou i pro staré ostřílené odborníky některé informační tabulky rychlým vysvobozením. Největší české nakladatelství odborné literatury vydává třetí aktualizaci populárních vědomostních pomůcek pro elektrotechniky. Jak tato publikace vypadá a v jakých verzích ji můžeme pořídit, sledujte v této krátké recenzi ...
DALŠÍ FIREMNÍ ODKAZY
Častou negativní zkušenost mají (nejen) elektrotechnici z přístupu stavebních úřadů. Nejedná se tentokrát o problém "tvrdohlavosti" úřadu, ale naopak o přílišnou benevolentnost, hraničící až s ignorací zákonných vyhlášek a nařízení. Zajímali jsme se tedy o zkušenosti se stavebními úřady a pohled odborníků na danou problematiku ...
"V roce 1877 spatřil Edison Lodiginovu žárovku, přivezl ji do Ameriky ruský poručík Chotinskij. Edison začal pracovat na zdokonalení žárovky a v roce 1879 dal si patentovat žárovku s uhelným vláknem." Můžeme tedy Edisona považovat za vynálezce žárovky? Více zde ...
Na výstavě Světlo v architektuře 2010 představila firma WILLIAMS originální řadu svítidel OCCHIO. Jedná se o zajímavě řešený modulární osvětlovací systém, který nabízí uživateli velké množství možných kombinací a způsobů pro kreativní řešení osvětlení ...
Znáte společnost HENNLICH INDUSTRIETECHNIK? V tomto článku máme zaostřeno na jejich divizi LIN-TECH, zabývající se produkty pro průmyslové stroje a zařízení, konkrétně na sortiment energetických řetězů IGUS a vysoce flexibilních kabelů CHAINFLEX ...
Terminolog
Týdenní přehled
Přihlašte si pravidelné zasílání týdenního přehledu
Vyhledávání
Hledaný text zadávejte prosím s diakritikou



Panacek
Autor článku
reklama
Tiráž

Neomezený náklad pro česky a slovensky hovořící elektrotechnickou inteligenci.

ISSN 1212-9933