V prvním čtvrtletí roku 2010 bylo ozná-
meno, podařilo laboratorně prolomit
hranici 200 lm·W–1
.
Tato hodnota vypadá relativně velká, porov-
ná-li např. 1). U světelných diod teplota přechodu
v podstatě klíčová vlastnost, ovlivňuje nejen
životnost zdroje, ale také jeho měrný výkon. 2. Spektrum teplotního zdroje záření
popisuje Planckův zákon a v podstatě urču-
je energii záření absolutně černého tělesa na
každé vlnové délce při dané absolutní teplotě
tělesa. Vidi-
telné světlo záření, jehož vlnové délky jsou
v rozsahu přibližně 380 780 nm. K transformaci použí-
vá např.7ELEKTRO 5/2011
Takové světlo pro osvětlovací účely ne-
použitelné, neboť nebylo možné rozlišovat
jiné barvy, člověk viděl jen světlo gene-
rované LED.
Polovodičové struktury představují pro
protékající proud určitý odpor. Firma Cree Inc. realita i nynějších zdrojů
i přesto, jejich účinnost průběžně zvy-
šuje; tohoto ale dosahováno i změnou spek-
tra. Jako standard světelné technice
používá právě světlo teplotního zdroje, ply-
nem plněné žárovky s dvo-
jitě vinutou wolframovou
spirálou s teplotou vlákna
2 856 K, referenční zdroj
světla A. Neexistuje zatím žád-
ný umělý zdroj, který dokázal toto cho-
vání věrně simulovat.
Sluneční světlo záření původem teplotní,
tedy stejný princip jako u žárovky, ale vyš-
ší teplotě.
V laboratorních podmínkách byly např. Záření Slunce od-
povídá ekvivalentu černého těle-
sa s teplotou 5 250 K spektrál-
ní účinnost tohoto záření asi
93 lm·W–1
(přímé sluneční svět-
lo průchodu atmosférou) [2]. Není náho-
da, zrak i organismus člověka přizpů-
sobil nejen spektru tohoto zdroje, ale i jeho
dynamice a denním a ročním změnám, které
jsou naprosto zásadní. Oko zde
však již menší citlivost,
která směrem k delším vl-
novým délkám rychle kle-
sá, výsledkem pro-
to velmi malá účinnost takové-
ho zdroje; oko toto záření vnímá
méně, než považováno ener-
geticky efektivní. Výpo-
čtem možné zjistit, teoretická spektrální
účinnost spektra v ustáleném stavu, tedy při
provozní teplotě, přibližně 330 lm·W–1
[5]. Změna
spektra s teplotou patrná z obr.
Slunce v podstatě také roz-
žhavené těleso, jenže mnohem
vyšší teplotu. Spektrum LED v počáteční (After start) a konečné
(Steady state)ustálené teplotě [3]
spektrálníenergie
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
380 420 460 500 540 580 620 660 700 740 780
vlnová délka (nm)
počáteční teplota
konečná ustálená teplota
. U klasických žá-
rovek tento měrný výkon mezi
10 15 lm·W–1
, což v kontrastu
např. Mezi nejrozšíře-
nější typy polovodičů patří aluminium indium
galium fosforid (AlInGaP) a indium galium
nitrid (InGaN) nahrazující dříve používané
polovodiče galium arzenid fosforid (GaAsP),
galium fosforid (GaP) a aluminium galium
arzenid (AlGaAs). Kompozice spektra bílé LED
fotoluminis-
cenční fosfor
modrá InGaN LED
kombinované spektrum
470 nm
modrá
525 nm
zelená
590 nm
jantarová
630 nm
červená
Obr. přechodu
se tedy uvolňuje kromě generovaného svět-
la také ztrátové teplo. zna-
mená, pouze asi vstupní energie je
konvertováno světlo a zbytek, tj. s nejefektivnějšími zářivkami
s účinností 108 lm·W–1
je
opravdu málo. její měrný výkon je
63 lm·W–1
, což pouze pětina již uvedené-
ho teoretického maxima spektru.
V současné době nejčastěji používána tech-
nologie postavená záření v oblasti modré
barvy s transformací širokopásmové ob-
lasti vytvářející bílé světlo. luminofor bázi Ce3+
:YAG (cerem
dopovaný syntetický yttrito-hlinitý granát). dosáh-
Obr. příčinou ohřívání
přechodu, a jelikož polovodiče obecně snášejí
teploty asi 120 °C, nutné intenzivně
chladit. Frekvence
takového záření odpovídá hodnotě 540 THz. Tento zdroj vyza-
řuje maximum své energie
na vlnové délce 1 000 nm,
tedy v oblasti infračer-
veného záření. Pokles světelného toku LED svítidla v závislosti povrchové teplotě svítidla a časová
závislost náběhu světelného toku zohledňující tepelné ustálení svítidla [3]
relativnísvětelnýtok
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
20 30 40 50 70
teplota (°C)
relativnísvětelnýtok
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0 250 500 750 1 000 1 250 1 500 1 750 2 000
čas (s)
Obr. Tyto nutné odvést
chlazením. Nejcitlivěj-
ší oko při denním vidění (fotopické, barevné
vidění) vlnovou délku 555 nm. změ-
řeny závislosti světleného toku v závislosti
na teplotě uvedené v grafu obr. asi 80 %,
se mění tepelné ztráty. oblasti
viditelné tedy jen malá
část energie, a to především
v červené oblasti. V současné době nejrozšířeněj-
ší princip transformace monochromatické-
ho světla širokopásmového záření pomocí
luminiscence pevných látek bázi fosforu
a různých sloučenin, které emitují světlo po
přijmutí krátkovlnného záření, většinou mod-
ré barvy (obr. s výsledky laboratorního mě-
ření LED při teplotě 25 °C. Jelikož lidský zrak používá rovněž
tři senzory (čípky S), tato náhrada
víceméně dostačující, přestože nelze postih-
nout v podstatě spojité spektrum přirozených
přírodních zdrojů světla, kterými jsou Slunce,
vytvářející přímé sluneční světlo, a oblohové
rozptýlené světlo. Pro rozšíření spektra lze použít
dva přístupy.
Vraťme zpět světelným diodám. 3.
Je vhodné zmínit alespoň základní čísla,
která týkají záření a vlastností LED.
Druhý princip spočívá v použití více mo-
nochromatických světel, obvykle v kombinaci
červená, zelená modrá, která vymezí určitý
barevný prostor, kde možné míšením těchto
světel a kolority povrchů, které osvětlují, vy-
tvořit dojem bílého světla a dobrého rozliše-
ní barev. Například dioda
Cree XRE Q4 napájená proudem 650 mA
generuje tok 150 lm, tj. Ekvivalentem
účinnosti světelné technice je
měrný výkon, což poměr vi-
ditelného světelného toku k elek-
trickému příkonu
