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

PHXC: Nové ...

Od každého většího rozvaděče provedeného seriózním způsobem očekáváme ...

Jak se chová ...

Když budete zapínat počítačovou síť, většinou spíná spínání ...
 
Oddíly
reklama
Bleskovky
20.10.2017 Turck nabízí své nové portfólio LED osvětlení s robustní univerzální řadou WLS27 od partnera Banner Engineering. Odolnost vůči otřesům, UV záření a polykarbonátové pouzdro, to jsou vlastnosti, díky kterým jsou LED světla WLS vhodná pro osvětlení strojů a montážních pracovišť v nejdrsnějších vnitřních ...
19.10.2017 HW uvádí modernizovanou řadu zařízení HWg-Ares12. Mezi hlavní novinky patří možnost vzdáleně konfigurovat a aktualizovat firmware, což znamená, že zařízení z rodiny Ares jsou nyní ideální pro použití v rámci instalací velkého rozsahu. Ares je určen pro vzdálené monitorování připojených senzorů v oblastech, kde chybí připojení k ...
18.10.2017 TIP na podlahové pásky k organizaci pracoviště. Potřebujete podlahové značení pro jasnou a přehlednou organizaci vašeho skladu, výrobních prostor nebo kanceláří? Chcete mít značení podlah, které je kvalitní, trvanlivé a zároveň snadno odstranitelné? Potom pro vás máme přesně to, co hledáte! Jasné vymezení jednotlivých prostorů v halách a skladech je pro efektivní fungování výroby naprosto nezbytné. Nejčastěji používaným prostředkem pro podlahové ...
17.10.2017 Jednomodulové USB nabíječky. Jde o USB adaptér určený pro systém modulárního elektroinstalačního materiálu MODUL. Díky jejich výkonu s výstupním proudem až 2.1A lze snadno a rychle nabíjet chytré telefony, tablety a další elektronická zařízení skrze standardní USB vstup. Zařízení je dostupné ve ...
16.10.2017 Znáte dálkové ovládání vozu titron pomocí smartphonu nebo tabletu? V průběhu dodatečné lokalizace lze aplikací BAUR Remote App prostřednictvím mobilního připojení k internetu dálkově ovládat všechny důležité funkce vozu titron. Například zapnutí a vypnutí rázového generátoru; nastavení rázového napětí a sledu rázů (5–20 rázů/min., jednotlivý ráz); výběr rozsahu rázového napětí; deaktivace ...
13.10.2017 Věděli jste o interaktivním nástroji pro výběr digitálního multimetru? Fluke dlouhodobě vyrábí testovací a měřicí přístroje. Aby bylo možné přesně vybrat nejvhodnější model digitálního multimetru k dané problematice, společnost Fluke zřídila pro tento účel rychlou interaktivní webovou ...
12.10.2017 V kterých případech je vhodné umístit ovládání motorového spouštěče na dveře rozvaděče? Možná odpověd: Toto řešení je vhodné využít hned z několika důvodů. Motorový spouštěč ovládaný přes hřídel a ovládací hlavici na panelu je možno využít jako bezpečnostní hlavní vypínač v souladu s potřebnými standardy, navíc zahrnuje i ochranu vůči zkratu a nadproudu, díky tomu se snižuje počet jinak ...
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 : 661
Osobní nástroje

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 přichází s rozvaděčovým svítidlem, kterému se nevyrovnají žádné instalované "bludičky". Co nám nová generace svítidel do rozvaděče přináší? V jakých napěťových hladinách se pohybujeme? Je univerzální nebo musíme vybírat napěťovou hladinu, když budeme mít rozvaděč pro Ameriku, Asii, Evropu? Kam se takové svítidlo dá instalovat? Jen na strop rozvaděče, do dveří, na stranu nebo je to jedno? Sledujte jedinečný rozhovor s produktovým specialistou ...
Smart factory je obsáhlá kapitola, která řeší optimalizaci dnešního řetězce návrhu, výroby a distribuce. Dosavadní postup lze označit v porovnání se Smart factory za statický nebo alespoň málo dynamický. Budoucí procesy mají využít aktuálních vstupních dat k blízkým prognozám, které se budou zpřesňovat okamžitou odezvou. A to vše v reálném čase. Tak nějak si můžeme představit umělou inteligenci (UI) v průmyslu v blízké budoucnosti. Ale nyní jsme stále v jakých si počátcích. Podívejme se na jeden ze segmentů obrovské mozaiky ...
Jak se vyrábí datový kabel skupiny Lapp? Z čeho se vyrábí jednotlivé vodiče, které jsou pak stočeny do lanka? Co tvoří izolaci žil, když je ve finále kabel menšího průměru než běžný standardní? Jaká struktura žil je vhodná pro zvlášť kompaktní kabely s přenosovou rychlostí až 100Mbit/s? V kterých případech dva páry vodičů již nestačí a zapotřebí jsou čtyři? Co se doplňuje do konstrukce kabelu pro obzvláště kritické aplikace z hlediska EMC nebo pro vysoké rychlosti přenosu dat? Nahlédněte pod pokličku výroby datových kabelů ...
Greenlux představoval na brněnském veletrhu 2017 svítidlo VIRGO PROFI. Využili jsme možnost hovořit s Pavlem Kovářem, jednatelem společnosti o uváděných parametrech zmiňovaného svítidla. Ty byly totiž v dříve vydaném článku předmětem dohadů. Tato osvětlovací novinka je alternativou za klasické osvětlení s T5 zářivkami. Efektivitou se svítidlem VIRGO PROFI se podařilo překonat zářivková T5 svítidla. Jedná se o kancelářské svítidlo s vysoce účinným optickým systémem ...
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