Přečtěte si:  Elektrobusy, jejich standardizace a interoperabilita: Příklady projektů elektrobusů v ČR






Pozvánky na akce


Stalo se










Nápověda k článkům 3

Víte, jak funguje LED a OLED dioda?

1.3.2013 LED dioda se stává stále užívanějším zdrojem osvětlení ve všech velikostech a účelech použití – od světélka na klíče po pouliční lampy. Je proto užitečné vědět, jak toto zařízení funguje.

Nejprve je třeba si shrnout, co je to polovodič a jak funguje dioda.

Polovodič je pevná látka, která sama o sobě není elektricky vodivá, ale dodáme-li jí zvenčí energii, například elektrickou, tepelnou nebo světelnou, nebo změníme-li její složení příměsí jiného prvku, může se vodivou stát. Vodivost polovodiče si lze nejjednodušeji představit tak, že dodáním energie zvenčí se z atomu uvolní elektron a na jeho místě vznikne kladně nabitá díra, která je vzápětí zaplněna jiným elektronem, který pak přeskakuje dále.

Tímto způsobem se při nepřetržitém dodávání energie „pohybují“ navzájem opačnými směry elektrony a díry a vzniká elektrický proud. Volné elektrony a volné díry jsou tedy nosiči elektrického náboje.

Podobný efekt jako dodání energie zvenčí může u některých polovodičů způsobit i příměs cizího prvku.

Mezi polovodiče patří například křemík, germanium, selen nebo některé soli. Většina polovodičů jsou krystalické látky, existují však i amorfní polovodiče (nekrystalické – některá skla).

Polovodiče obsahující prvky s převahou elektronů se nazývají polovodiči typu N (negativní). Polovodiče obsahující prvky s menším počtem elektronů, tedy s převahou děr, se nazývají polovodiče typu P (pozitivní). Připojíme-li polovodiče ke zdroji elektrického napětí, pohybují se elektrony směrem od záporného pólu ke kladnému a díry opačným směrem.

Pokud spojíme polovodiče typu P a typu N, zaplní se na jejich rozhraní v určité šíři volné díry volnými elektrony a vzniká tzv. vyprázdněná oblast, která neobsahuje žádné nosiče elektrických nábojů (volné elektrony nebo díry). Při tomto jevu se uvolňuje energie. Vyprázdněná oblast brání zbylým volným nosičům nábojů (elektronům nebo dírám) pronikat přes rozhraní.

Připojíme-li kladný pól elektrického zdroje k polovodiči typu P a záporný pól k polovodiči typu N, zúží se vyprázdněná oblast až na milióntiny metru a přes rozhraní může procházet elektrický proud. Hovoříme o zapojení v propustném směru. Při opačném zapojení (kladný pól k N a záporný k P), se vyprázdněná oblast rozšiřuje a přechod nábojů se ztíží, až je zcela nepropustné. Hovoříme o zapojení v závěrném směru.

Tato oblast na rozhraní polovodičů typu P a N, nazývaná přechod P-N, tedy propouští elektrický proud pouze jedním směrem.

Polovodiče typu P a N vytvářející přechod P-N tvoří polovodičovou diodu. LED diodou (z anglického „light emitting diode“ – dioda vyzařující světlo) se pak nazývá taková polovodičová dioda, u níž při zapojení v propustném směru má energie vyzářená na přechodu P-N formu světla. Značku LED v elektrotechnických schématech ukazuje obrázek.


Základem LED diody je polovodičový čip připojený ke zdroji elektrického napětí. Kolem něj je vrstva materiálu (například pryskyřice), která dává vyzařovanému světlu potřebné optické vlastnosti (bodové nebo rozptýlené světlo, s různým úhlem osvětlení). Jak plyne z principu polovodičové diody, na rozdíl od žárovky, kde nezáleží na směru průchodu elektrického proudu, musí být LED dioda zapojena pouze v propustném směru. Zatímco tedy žárovka může používat stejnosměrný i střídavý proud, LED dioda může používat pouze stejnosměrný proud. Pro připojení ke zdroji střídavého proudu (například v běžné zásuvce) proto musí být LED svítidlo vybaveno usměrňovačem.

LED dioda vyzařuje světlo v poměrně úzké části spektra – tedy, jednoduše řečeno, jednobarevné. Barva světla vyzařovaného LED diodou, tedy jeho vlnová délka, závisí na chemickém složení polovodiče. LED diody jsou vyráběny s různými vlnovými délkami od ultrafialových, přes různé barvy viditelného spektra až po infračervené. Poměrně dlouho trval vývoj modré LED diody. Jakmile však byly k dispozici LED v celém barevném spektru, otevřela se před tímto zdrojem světla velká škála příležitostí k praktickému využití včetně moderních velkoplošných barevných obrazovek.

Jednoduchý nebyl ani vývoj bílé LED, které se dnes používají hlavně jako zdroje světla v různých svítilnách, lampách a reflektorech i k podsvícení displejů z tekutých krystalů. Jak jsme si právě vysvětlili, jedna LED dioda neumí vyrobit bílé světlo, protože to vzniká smícháním základních barev světelného spektra. Starší LED svítidla proto obsahovala diody různých barev, jejichž světlo se ve svítidle mísilo. Současné bílé LED diody využívají polovodičového čipu ve spojení s luminoforem, tedy látkou schopnou světlo zachycovat a opět vyzařovat. Barva světla vyzařovaná polovodičem je u těchto LED jiná, než barva (nebo několik barev) světla následně vyzařovaných luminoforem. Tyto barvy se mísí přímo na čipu a výsledkem je bílé světlo.

Na rozdíl od žárovek však světlo LED svítidla při „stmívání“, tedy zeslabování – nebo naopak při zesilování – svoji barvu nemění. Navíc se po připojení ke zdroji napětí rozsvítí velmi rychle (řádově mikrosekundy) a nevadí jim časté zapínání a vypínání.

Oproti žárovce nebo jiným zdrojům světla (například zářivce) má LED dioda také významnou výhodu v tom, že pracuje s poměrně nízkým napětím (desetiny voltu až jednotlivé volty) a malým proudem (řádově miliampéry nebo jejich desítky). LED svítidla jsou proto energeticky velmi úsporná – v porovnání s klasickou žárovkou mají při stejné spotřebě energie cca desetkrát větší svítivost.

Díky své jednoduché konstrukci jsou LED kromě toho velmi odolné vůči vnějším vlivům a mají velmi dlouhou životnost (100 a vícenásobky oproti žárovkám).

Všechny tyto vlastnosti jim dávají rozmanité uplatnění. Úspornost, rychlost rozsvícení a omezené barevné spektrum zpočátku vedly k jejich využití hlavně jako kontrolních indikátorů, teprve později se z nich staly všestranné zdroje světla – viz články v naší rubrice Osvětlení.

Kromě nutnosti používat stejnosměrný proud jsou hlavní nevýhodou LED vyšší pořizovací náklady, závislost na teplotě prostředí (při vyšších teplotách je nutno chladit), bodový charakter jejich světla i omezené barevné spektrum, které kladou nároky na konstrukci prakticky využitelných svítidel vybavených LED diodami.


Technologie LED dále vedla ke konstrukci OLED – organických LED diod. Jsou to LED diody, kde mezi anodou z průhledného materiálu a anodou z kovu nebo jiné průhledné látky je několik vrstev organické látky. Tyto vrstvy přenášejí elektrony a díry a spojují se ve vyzařovací vrstvě uprostřed. Při střetávání kladných a záporných elektrických nábojů ve vyzařovací vrstvě vzniká světlo o velké intenzitě.

OLED se používají především v displejích a jiných zobrazovacích zařízeních, jejichž konstrukce je velmi různorodá s ohledem na účel použití. Technologie OLED však také umožňuje nanést průhlednou OLED v mikroskopické vrstvě na průhlednou podložku, a to i velkých rozměrů, a vytvářet tak průhledná svítidla nejrůznějších tvarů – viz článek Průsvitné umělecké osvětlení z OLED v rubrice Osvětlení. Tato mnohotvárnost OLED spolu s vysokou energetickou účinností je jejich hlavní předností.

Hlavním nedostatkem OLED jsou jednak vyšší pořizovací náklady a jednak vlastnosti organických materiálů, jako přirozené stárnutí a menší odolnost proti poškození, které omezují životnost OLED svítidel.

redakce Proelektrotechniky.cz

Bonus: vtip o LED

Přečtěte si také:

Světloemitující diody (LED) ve veřejném osvětlení – ano či ne?

9.12.2020 Nástup technologie LED znamenal poměrně zásadní změnu v konstrukci svítidel a na tuto změnu nedokázali zavedení výrobci reagovat s dostatečnou pružností. Naopak se pootevřela dvířka pro spoustu nových firem, které se do výroby svítidel s LED vrhly doslova po hlavě. Problém je, že technologie LED vypadá na první pohled velice jednoduše, bohužel na druhý pohled skrývá mnohá úskalí a k úspěšné konstrukci těchto svítidel je nutné znát a respektovat řadu fyzikálních zákonů. Naneštěstí prakticky všechny nové technologie přitahují „zlatokopy“, kteří zde tuší zlatou žílu a o co méně znají fyzikální zákony, o to lépe dovedou prodat i vysavač na samotě bez elektřiny. Díky tomu je náš trh zaplaven LED svítidly, která vykazují zásadní konstrukční vady 


Regulátor a stabilizátor elektřiny pro osvětlení

7.10.2020 Elektrická energie je v dnešní době nezbytnou součástí našeho soukromého i veřejného života. Spotřeba elektřiny je proto opakující se každodenní záležitost, která navíc obvykle roste úměrně s počtem spotřebičů i s životní úrovní obyvatel. S řešením přichází česká společnost ENERTIG TECHNOLOGIES s.r.o. 


Náročné světelné scény a jejich ovládání

2.7.2020 Rozvody pro ovládání světel jsou rutinní záležitostí, kterou řeší dnes a denně každá odborná elektroinstalační firma. V nejjednodušším provedení nejde o nic jiného než o spínání jednoho či více světelných okruhů kontaktními vypínači. Situace se komplikuje s nástupem dvou dalších požadavků, a to regulace jasu (stmívání) a popřípadě regulace jasu automatické. 


NaturalConnect: moderní světelná technika napodobuje přirozené denní světlo

1.6.2020 Podle nedávných odborných studií (podrobnosti viz pod odkazem na konci článku) stráví v dnešním moderním světě lidé v průměru více než 90 % svého času uvnitř budov. Postrádají tak důležitý přírodní prvek pro svůj život: přirozené denní světlo. To přitom významně ovlivňuje u lidí náladu, řádný spánek, celkový pocit pohodlí, a následně i zdraví. Řešit jeho nedostatek může pomoci moderní světelná technika. Příkladem je technologie NaturalConnect od společnosti Signify (dříve Philips Lighting), s níž byla odborná veřejnost seznámena v květnu 2020. 


„Chytré“ propojené osvětlení Signify získalo certifikaci kybernetické bezpečnosti

22.5.2020 Kybernetická bezpečnost je výzvou pro stále se rozvíjející informační technologie a automatizované systémy, zasahující prakticky do všech oblastí lidské činnosti. Ve velké míře se týká technologií využívajících internet věcí, mezi něž patří i „chytré“ osvětlení – vnitřní i vnější. Prvním dodavatelem propojeného osvětlení, certifikovaným v oblasti kybernetické bezpečnosti podle normy IEC 62443-4-1, se stala v květnu 2020 společnost Signify, dříve Philips Lighting. 


Moderní veřejné osvětlení – chytrý pomocník v rozumných rukou

19.3.2020 Jako konzultanti občas řešíme, zda je užitečné pořizovat tzv. ekologické veřejné osvětlení a čím by se měla měřit prospěšnost takového osvětlení pro chytré město. Odpovědi ale nejsou jednoduché.


Vertikální farma: moderní zemědělství v symbióze s moderní osvětlovací technikou

18.3.2020 Pro vývoj světové populace je charakteristický růst měst, a s nimi i městského obyvatelstva. S rostoucí osvětou a hospodářskou prosperitou zároveň roste zájem o zdravý životní styl. K němu neodmyslitelně patří i čerstvé ovoce a zelenina, pokud možno v „bio“ kvalitě bez zbytečného chemického ošetření, které si náročný obyvatel města přeje mít denně na stole. Řešením tohoto požadavku jsou umělé pěstírny umístěné co nejblíže místům spotřeby. Největší evropský projekt takovéto umělé pěstírny byl odborné veřejnosti představen na začátku března 2020. 


Reportáž Smartcityvpraxi.cz: Veřejné osvětlení – poučení z českých měst

24.1.2020 Při své práci navštěvujeme různá města a všímáme si moderních technologií, která tato města využívají. Přitom často objevíme působivá, ale ne vždy šťastná řešení veřejného osvětlení. Rozhodli jsme se proto o naše zkušenosti podělit s Vámi čtenáři na několika příkladech českých měst. Smyslem této reportáže není někoho hanět nebo chválit, nýbrž ukázat, v čem je problém a v čem je vtip.


Vliv barev světla na rostliny: příležitost pro umělé pěstírny i otazníky nad zjednodušeným pohledem na „bio“ osvětlení

22.1.2020 Je známo, že různé barvy světla mají bezprostřední vliv na vývoj rostlin. Tento fakt se úspěšně využívá pro umělé pěstování rostlin a je v této souvislosti výzvou pro dodavatele příslušných světelných zdrojů. Zároveň se však objevuje i při poněkud zjednodušeném a tendenčním pohledu na barevné odstíny ve veřejném osvětlení. Produktová informace společnosti OSRAM v lednu 2020 ohledně nových svítidel pro umělé pěstírny dala podnět naší redakci k následujícímu zamyšlení na toto téma.


Naše tipy

















Copyright © 2012 – 2021 Ing. Jakub Slavík, MBA – Consulting Services