LED – princíp
LED je polovodičová súčiastka, ktorá vyžaruje svetlo na určitej vlnovej dĺžke, keď ňou prechádza prúd v priepustnom smere. Svetlo, ktoré je emitované, je úzko spektrálne a je potrebné ho premeniť na viditeľné širokospektrálne svetlo, ktoré používame na všeobecné osvetlenie. Vyžarovacia plocha LED je zapuzdrená v plastovom alebo keramickom tele. Keramické telo môže obsahovať jednu alebo viacero diód. Vtedy hovoríme o „single“ čipe alebo o „multi“ čipe. Špeciálnym prípadom sú LED svetelné zdroje v ktorých sa nachádza matica malých LED, ktorá je prekrytá vrstvou luminoforu – COB (Chip On Board, obr. 1 – viaceré typy LED).
Najviac používaným typom je LED s vrstvou „fosforu“, ktorá transformuje modré svetlo z vyžiarenej LED na biele svetlo. Princíp činnosti je znázornený na obr. 2. „Modré“ fotóny sú vyžiarené z PN prechodu (obr. 2b) a prechádzajú vrstvou luminoforu (obr. 2c). Cez luminofor prejdú bez zmeny alebo sú premenené na „žlté“ fotóny. Kombináciou modrých a žltých fotónov dostaneme „biele“ svetlo (obr. 2d). Práve prítomnosť „modrých“ fotónov má na svedomí klasický modrý „peak“ v spektrálnom vyžarovaní LED (obr. 3). Modré svetlo vieme pomocou vrstvy luminoforu (s prímesou fosforu) transformovať do rôznych variant bielej farby. Biela farba je definovaná náhradnou teplotou chromatickosti (CCT – Correlated Color Temperature) a jej jednotkou je K (Kelvin). Pri CCT 2700 – 3300 K hovoríme o teplo-bielej farbe, 3300 – 5000 K neutrálna biela, a nad 5000K hovoríme o dennej bielej alebo o studeno-bielej farbe svetla.
Parametrami LED svetelných zdrojov sú tak ako pri klasických svetelných zdrojoch základné fotometrické a kolorimetrické vlastnosti. Svetelný tok ? [lm] – určuje množstvo svetla vyžiareného svetelným zdrojom vyjadrený v lúmenoch. Príkon P [W], merný výkon ? [lm/W] – množstvo svetla vyžiareného na jednotku príkonu. Náhradná teplota chromatickosti CCT [K] – ekvivalent k teplote chromatickosti pri tepelných svetelných zdrojoch (žiarovka, halogénová žiarovka). Index podania farieb Ra (CRI – Color Rendering Index) – vernosť podania farieb v porovnaní s ideálnym svetelným zdrojom. Svetelný tok, príkon a merný výkon sú parametre, ktoré sú všeobecne známymi pojmami. Kolorimetrické parametre si zaslúžia bližšie vysvetlenie zo školských lavíc, aby sme v budúcnosti chápali súvislosti a pojmy spojené s LED technológiou súčasnosti a budúcnosti.
Náhradná teplota chromatickosti CCT [K]
Je ekvivalent k teplote chromatickosti absolútne čierneho telesa. Pričom teplota chromatickosti vyjadruje teplotu absolútne čierneho telesa, pri ktorej má žiarenie rovnakú chromatickosť ako žiarenie uvažovaného žiariča pri jeho skutočnej teplote. Udáva sa v Kelvinoch.
Index podania farieb Ra (CRI)
Je to bezrozmerná veličina, ktorá vyjadruje ako verne je schopný daný svetelný zdroj reprodukovať farby v porovnaní s ideálnym svetelným zdrojom (Ra takéhoto zdroja je 100). Hodnota je vypočítaná zo spektrálneho merania pre štandardnú vzorku farieb R1-R8 (obr. 4). Pre lepšie určenie existuje rozšírený set R1-R14.
V súčasnosti sú LED najviac používané svetelné zdroje pri vývoji nových svietidiel. Práve ich miniatúrne rozmery, vysoký svetelný tok, merný výkon a variabilita ich predurčuje nahradiť stále najviac používané lineárne žiarivky T5 a T8. Merné výkony bežne dostupných LED sú v rozmedzí 120 lm/W pre COB, 140 lm/W pre single čipy až po 170 lm/W pre „mid power“ LED. To aké boli a najmä aké sú trendy v použití LED, vysvetlíme v budúcej časti.
Ing. Marek Mácha, PhD.
iLumTech
