Co je LED dioda a jak funguje?

LED dioda je polovodičová elektronická součástka, která při průchodu elektrického proudu vyzařuje světlo. Zkratka LED znamená Light Emitting Diode – světlo emitující dioda. Uvnitř jejího pouzdra se nachází jeden nebo více LED čipů, které vytvářejí vlastní optické záření.

LED dioda tedy není pouze mikroskopický polovodičový čip. Jde o kompletní pouzdřenou součástku, která zajišťuje elektrické připojení, mechanickou ochranu, odvod tepla a podle konstrukce také optickou úpravu vyzařovaného světla.

Co je LED dioda?

LED patří mezi polovodičové diody, ale na rozdíl od běžné usměrňovací diody je její polovodičová struktura navržena tak, aby při průchodu proudu účinně vytvářela optické záření.

LED se používají například v:

• interiérových a venkovních svítidlech,
• automobilovém osvětlení,
• displejích a podsvícení,
• signalizaci,
• dálkových ovladačích,
• snímačích,
• a dalších elektronických zařízeních.

Moderní osvětlovací LED dosahují vysoké světelné účinnosti a při správných pracovních podmínkách také velmi dlouhé životnosti.

Z čeho se LED dioda skládá?

Konstrukce se mezi jednotlivými typy liší, ale běžná pouzdřená LED obsahuje několik základních částí:

• jeden nebo více LED čipů,
• elektrické kontakty,
• tepelně vodivou část pouzdra,
• bondovací vodiče nebo kontakty typu flip-chip,
• reflexní nebo optickou část pouzdra,
• ochrannou silikonovou výplň,
• a u většiny bílých LED také luminofor.

Jednotlivé části musí současně řešit několik funkcí:

Jaký je rozdíl mezi LED diodou a LED čipem?

LED čip je samotná polovodičová světlo emitující struktura uvnitř LED diody.

LED dioda je kompletní pouzdřená elektronická součástka.

Zjednodušeně:

Podrobněji samotnou polovodičovou strukturu vysvětlujeme v hesle LED čip.

Jak LED dioda vytváří světlo?

LED využívá jev zvaný elektroluminiscence.

Při propustném zapojení prochází polovodičovou strukturou elektrický proud. V aktivní oblasti rekombinují elektrony a díry a uvolněná energie se vyzáří ve formě fotonů.

Barvu přímo vyzařující LED určuje především energetická struktura použitých polovodičových materiálů.

Moderní modré LED používané jako základ bílého osvětlení jsou založené hlavně na materiálovém systému GaN / InGaN.

Jak LED dioda vytváří bílé světlo?

LED není ze své podstaty automaticky bílý světelný zdroj. Polovodičový čip vytváří záření v určité části spektra.

Nejběžnější bílé LED pro osvětlení používají princip phosphor conversion:

Luminofor absorbuje část modrého záření a vyzáří jej na delších vlnových délkách. Toto světlo se smíchá se zbývající modrou složkou a vznikne výsledné bílé spektrum.

Právě kombinace čipu a luminoforu významně ovlivňuje:

• barevnou teplotu,
• CRI a podání barev,
• spektrální složení,
• účinnost,
• a barevnou stabilitu LED.

Americké DOE uvádí phosphor conversion jako nejběžnější způsob tvorby bílého světla pomocí LED. Nichia, která bílé LED komercializovala v roce 1996, používá stejný základní princip kombinace modré LED a luminoforu. :contentReference[oaicite:2]{index=2}

Co je SMD LED?

SMD – Surface Mount Device označuje elektronickou součástku určenou pro povrchovou montáž na desku plošných spojů.

SMD LED proto nemá dlouhé vývodové nožičky jako klasická indikátorová LED. Elektrické kontakty jsou vytvořené přímo na spodní nebo boční části pouzdra.

Výhody SMD LED zahrnují:

• malé rozměry,
• automatizované osazování,
• vysokou hustotu LED na ploše,
• dobře definovaný tepelný kontakt s DPS,
• a široký výběr výkonů a optických konstrukcí.

Právě SMD LED jsou základem většiny moderních plošných LED modulů používaných ve svítidlech.

Mid-power a high-power LED

LED pro osvětlení se často rozdělují podle konstrukce a pracovního výkonu.

Mid-power LED

Mid-power LED jsou malé pouzdřené LED používané ve větším počtu na plošných modulech.

Jejich výhodou je zejména:

• vysoká účinnost,
• rovnoměrné rozložení světla po velké ploše,
• nízké tepelné zatížení každé jednotlivé LED,
• a možnost vytvořit modul s desítkami až stovkami světelných bodů.

Tento princip používají také plošné LED moduly ve svítidlech lampax.

High-power LED

High-power LED pracují s vyšším výkonem na jednu součástku.

Používají se například v:

• reflektorech,
• bodových svítidlech,
• venkovním osvětlení,
• automobilových světlometech,
• a dalších aplikacích vyžadujících vysoký světelný výkon z malé plochy.

Vyšší výkon soustředěný do malé plochy klade vyšší požadavky na tepelný management.

Co je COB LED?

COB – Chip on Board je technologie, při které je větší počet polovodičových LED čipů umístěný přímo na společném substrátu a opticky tvoří jeden kompaktní světelný zdroj.

Typická COB LED obsahuje:

• větší počet LED čipů,
• společný podklad,
• elektrické propojení,
• a společnou vrstvu luminoforu.

COB se často používá například v:

• downlightech,
• bodových svítidlech,
• reflektorech,
• a svítidlech s optickou čočkou nebo reflektorem.

Co je CSP LED?

CSP – Chip Scale Package označuje velmi kompaktní způsob pouzdření, při kterém jsou rozměry hotové LED součástky jen o málo větší než samotný polovodičový čip.

CSP LED omezuje množství dalších částí kolem čipu a podle konstrukce využívá například flip-chip kontakty místo klasických bondovacích vodičů.

Výsledkem je:

• velmi malá součástka,
• vysoká hustota světelného výkonu,
• krátká tepelná cesta,
• a možnost velmi kompaktního optického systému.

Není tedy správné předpokládat, že každá moderní LED uvnitř vypadá jako otevřená SMD LED z fotografie nahoře. Konstrukce pouzder se výrazně liší.

Barevné, infračervené a UV LED

LED technologie není omezená pouze na bílé světlo.

Barevné LED

Červené, jantarové, zelené nebo modré LED vytvářejí světlo přímo v polovodičové struktuře.

Výsledná vlnová délka závisí především na použitém materiálu a konstrukci aktivní oblasti.

IR LED

Infračervené LED vyzařují mimo oblast viditelnou lidským okem.

Používají se například v:

• dálkových ovladačích,
• kamerách pro noční vidění,
• optických senzorech,
• a komunikačních systémech.

UV LED

Ultrafialové LED vyzařují záření s kratší vlnovou délkou než viditelné světlo.

Podle konkrétní části UV spektra se používají například při:

• vytvrzování pryskyřic a laků,
• fluorescenční analýze,
• speciální fotochemii,
• a u vybraných UV-C aplikací také pro dezinfekční systémy.

Je OLED také LED dioda?

OLED znamená Organic Light Emitting Diode.

Princip elektroluminiscence je podobný, ale OLED používá organické polovodičové vrstvy místo klasických anorganických LED materiálů, jako je GaN nebo InGaN.

OLED proto představuje samostatnou technologickou skupinu používanou především v:

• displejích,
• televizorech,
• mobilních telefonech,
• a zobrazovacích panelech.

Pro běžná výkonná interiérová svítidla se používají především anorganické LED.

Jaký je rozdíl mezi LED diodou a LED modulem?

LED modul je větší funkční celek obsahující více jednotlivých LED diod osazených na desce plošných spojů.

Zjednodušeně:

Modul současně zajišťuje elektrické propojení LED a tepelnou cestu od jejich pouzder do další konstrukce svítidla. Podrobněji tuto část popisujeme v hesle LED modul.

Proč je u LED diody důležitý odvod tepla?

LED nepřeměňuje veškerou přivedenou elektrickou energii na světlo. Část energie se mění na teplo, které vzniká velmi blízko polovodičového čipu.

Teplota přechodu ovlivňuje:

• světelný výkon,
• elektrické vlastnosti LED,
• barevnou stabilitu,
• a rychlost dlouhodobé degradace.

Teplo proto musí projít:

Samotná vysoká katalogová účinnost LED proto nezaručuje dlouhou životnost. Rozhodují také její skutečné pracovní podmínky v hotovém výrobku.

Proč LED dioda potřebuje driver?

LED má nelineární voltampérovou charakteristiku. Po překročení propustného napětí vede malá změna napětí k výrazné změně proudu.

U profesionálních svítidel proto LED modul napájí LED driver, který reguluje proud na hodnotu určenou konstrukcí modulu.

Kvalitní driver:

• udržuje definovaný provozní proud,
• zajišťuje stabilní pracovní podmínky LED,
• umožňuje řízení výkonu a stmívání podle typu,
• a obsahuje elektrické ochranné funkce.

Proud LED přímo ovlivňuje její výkon i tepelné zatížení. Proto se LED neposuzuje pouze podle maximálních údajů v katalogu, ale podle skutečného pracovního bodu.

Jaké parametry LED diody sledujeme?

U osvětlovacích LED jsou důležité zejména:

• světelný tok – lm,
• měrný výkon – lm/W,
• barevná teplota – K,
• index podání barev – Ra/CRI,
• provozní proud,
• propustné napětí,
• tepelný odpor,
• maximální teplota přechodu,
• barevná tolerance,
• a dlouhodobá stabilita světelného toku.

U hotového svítidla ale nelze jednoduše převzít katalogové údaje jednotlivé LED. Výsledné parametry ovlivňuje celý systém – LED modul, pracovní proud, teplota, driver, difuzor a konstrukce svítidla.

LED diody ve svítidlech lampax

U současných řad lampax používáme plošné LED moduly s větším počtem SMD LED diod. Tento způsob umožňuje rozložit světelný výkon na velkou plochu a vytvořit rovnoměrný světelný výstup za difuzorem.

Například LINNA 116 používá LED modul vyrobený v České republice a osazený LED diodami CREE. Modul obsahuje celkem 192 LED rozmístěných po 6 mm. :contentReference[oaicite:3]{index=3}

Velké množství jednotlivých LED umožňuje vytvořit dlouhou rovnoměrně svítící plochu místo jednoho vysoce zatíženého bodového zdroje.

Podobný princip používají také svítidla BLOKK, zatímco konkrétní typ LED modulu a použitých LED se mezi produktovými řadami liší.

LED dioda je proto pouze jedním článkem celého světelného systému:

Právě vlastnosti celého tohoto systému určují výsledný světelný tok, účinnost, kvalitu světla a dlouhodobou životnost svítidla.