Dioda LED – charakterystyka najważniejszych parametrów

Czym jest dioda LED?

Dioda świecąca, nazywana także diodą elektroluminescencyjną, w skrócie LED (ang. light-emitting diode) jest typem półprzewodnika, który emituje promieniowanie świetlne pod wpływem płynącego przez niego prądu. Najczęściej spotyka się diody emitujące różne kolory światła widzialnego, jednak może to być również podczerwień lub ultrafiolet. Diody LED występują w wielu formach - od klasycznych, cylindrycznych elementów przewlekanych, poprzez mikroskopijne komponenty montowane powierzchniowo, aż po rozległe zestawienia typu chip-on-board (COB). Jakie cechy odróżniają je zatem od innych rodzajów półprzewodników? Odpowiedź na to pytanie znajdziecie w tym artykule.

Jakie zastosowania mają diody świecące?

Technologia LED towarzyszy nam w codziennym życiu - jako sygnalizatory w różnego rodzaju urządzeniach elektronicznych, czy też podświetleniu wyświetlaczy i monitorów LCD. Jest ona również standardem w większości nowoczesnych produktów oświetleniowych. Jest wielce prawdopodobne, że w niedalekiej przyszłości, wraz z postępującą technologią diody LED mogą całkowicie zastąpić tradycyjne oświetlenie. Warto zatem poznać właściwości tego uniwersalnego źródła światła.

Jakie są najważniejsze parametry diody LED?

Poniżej przedstawiamy zestawienie najważniejszych parametrów charakteryzujących diody LED:

Typ obudowy i sposób montażu

Diody LED występują w wielu formach i postaciach - rozróżnić można liczne kształty oraz rozmiary, typ wyprowadzeń i montażu, kształt i kolor soczewki, a nawet położenie emitera w obudowie. Spotyka się także diody mieszczące wiele oddzielnych emiterów w jednej obudowie. Rezultatem jest bardzo szeroka gama zastosowań - diody LED można spotkać zarówno w lampach ulicznych, jak i kompaktowych urządzeniach przenośnych. Sposób montażu diody jest równie ważnym aspektem do uwzględnienia przy doborze diody. Przykładowo, komponenty SMD (montowane powierzchniowo) pozwalają na montaż maszynowy oraz zajmują mniej miejsca, jednak nie pozwalają na montaż bezpośrednio w obudowie lub panelu frontowym urządzenia.

Maksymalny prąd przewodzenia

Wartość ta różni się w zależności od rodzaju i przeznaczenia diody - najczęściej jest podana przez producenta. Przykładowo, dla diody LED 5mm, czerwonej dyfuzyjnej, stosowanej m.in. w sygnalizatorach prąd znamionowy wynosi 50mA. Przekroczenie tej wartości może skutkować trwałym uszkodzeniem lub zniszczeniem diody, natomiast niższy prąd pozwala zwiększyć jej żywotność. Prąd płynący przez diodę zależy od napięcia - jest tym większy, im wyższe jest napięcie. Natomiast im większy prąd przepływa przez diodę, tym większa jest intensywność jej świecenia (natężenie promieniowania).

Napięcie przewodzenia

Wartość tego parametru jest ściśle powiązana z kolorem emitowanego światła, które z kolei odpowiada energii fotonów. Dla danego koloru diody zakres napięć przewodzenia jest na ogół stały, a dopuszczalne granice to ok. 1.2V - 5V. Przykładowo, napięcie przewodzenia diody czerwonej wynosi od 1.6V do 2.4V, a niebieskiej – od 2.8V do 3.6V.

Barwa światła (długość fali)

Diody LED emitują zazwyczaj jedną, określoną barwę światła - w bardzo wąskim zakresie długości fal. Zależy ona przede wszystkim od rodzaju użytego materiału półprzewodnikowego, a konkretniej - od wielkości przerwy energetycznej danego półprzewodnika. Im szersza jest ta przerwa, tym krótsza długość emitowanej fali. Diody białe, stosowane w produktach oświetleniowych wykorzystują luminofor w celu poszerzenia spektrum emitowanego światła. Spotyka się również różne rodzaje wielokolorowych diod LED, specyficznych dla różnych zastosowań. Przykładem takiej diody jest oferowana przez nas dioda LED 5mm RGB, dyfuzyjna.

Strumień świetlny (jasność)

Jest to wielkość fizyczna z dziedziny fotometrii wizualnej, określająca całkowitą moc światła emitowanego z danego źródła. Jednostką jej miary jest lumen (lm). Przy pomiarze strumienia świetlnego uwzględnia się czułość ludzkiego oka na różne barwy - określa ją tzw. funkcja luminancji. Dla przykładu, dioda zielona osiąga znacznie wyższą luminancję niż dioda niebieska o tej samej mocy, ponieważ ludzkie oko postrzega światło zielone znacznie lepiej niż inne barwy.

Skuteczność świetlna (inaczej wydajność lub efektywność świetlna)

Wartość ta określa strumień świetlny, jaki dane źródło światła jest w stanie wytworzyć z dostarczonej jednostki mocy. Wyrażona jest ona jednostką lumen/wat (lm/W). W przypadku diod LED najczęściej mieści się ona w granicach 70-120 lm/W, natomiast wysokosprawne emitery są w stanie osiągnąć skuteczność przekraczającą 200 lm/W. Dla porównania, tradycyjna żarówka o mocy 60W ma skuteczność świetlną ok. 12 lm/W, a żarówka halogenowa o tej samej mocy – ok. 20 lm/W. Ta znaczna różnica w wydajności ma istotne znaczenie w szczególności w zastosowaniach oświetleniowych, pozwalając na zdecydowanie niższe zużycie energii.

Współczynnik odzwierciedlenia barw (w skrócie CRI lub Ra)

Parametr ten ma zastosowanie głównie w przypadku białych diod LED stosowanych w technice oświetleniowej. Określa, jak wiernie odwzorowane są barwy przedmiotów oświetlonych przez dane źródło światła. Jego wartość wyrażona jest liczbą w zakresie od 0 do 100 - im wyższa jego wartość, tym naturalniej oddawane są barwy. Typowo oświetlenie LED nie dorównuje klasycznym, żarowym źródłom światła pod względem odwzorowania barw. Wartość CRI białych diod LED zazwyczaj mieści się w zakresie 80 - 90, podczas gdy lampy żarowe i halogenowe osiągają wartość CRI bliską 100. Spotyka się jednak wysokiej klasy diody oświetleniowe o współczynniku CRI przekraczającym wartość 95.