 |
Technologie
LED - svítivé diody
Historie těchto zdrojů světla sahá až
do roku 1907, kdy H. J. Round, asistent G. Marconiho, objevil
elektroluminiscenci na krystalech karbidu křemíku. V roce 1927 tento jev
podrobně popsal O. V. Losev. O teoretické vysvětlení se v roce 1951 postaral K. Lehovec.
|
|
Do konce 50.
let se podařilo za laboratorních podmínek vytvořit několik polovodičů
emitujících záření v infračervené oblasti a v roce 1962 N. Holonyak vytvořil
první diodu emitující viditelné – červené – světlo. Brzy byl objeven postup
pro výrobu žlutých LED a účinnost těchto prvků se dále zvyšovala. Na začátku
70. let již byly LED natolik levné, že je bylo možné používat jako indikátory
a našly uplatnění i v nových kapesních kalkulátorech. Později následovala
zelená LED, ale modrou se podařilo vyrobit v roce 1989 a brzy po ní přišla
první bílá LED. Objevy z devadesátých letech dramaticky zvyšují účinnost LED
například díky vícevrstvým, vícestupňovým a rezonančním strukturám. Příkon
jednotlivých LED se zvýšil z miliwattů na jednotky wattů a jejich měrný výkon
už předčí i zářivky.
LED najdeme jako indikátory ve většině elektroniky, podsvětlují displeje
mobilních telefonů, svítí v kapesních svítilnách a používají se jako zdroj
světla v některých televizorech a data projektorech. V posledních letech LED
pronikají i do oblasti osvětlování, a to jak do veřejného osvětlení a vnějšího
osvětlení staveb, tak do osvětlování vnitřních prostor a svícení v dopravě.
LED je polovodičový zdroj světla, tvořený vrstvami materiálů na bázi
křemíku a dalších prvků, ve kterém při průchodu elektrického proudu probíhají
kvantové jevy doprovázené vyzářením fotonu. Spektrum vyzařovaných fotonů je
rozloženo zvonovitě v relativně úzkém pásmu kolem dominantní vlnové délky
a jedná se tedy o zdroj světla určité barvy.
Bílé světlo lze pomocí LED získat složením z několika barev. Nejčastější je
modrá led se žlutým luminoforem. Modré světlo částečně prochází a částečně se
v luminoforu přeměňuje na žluté, přičemž výsledný vjem je světlo bílé. Takto
lze získat bílé LED od teple bílé až po denní bílou při indexu podání barev
kolem 75–80. Při použití speciálních luminoforů lze dosáhnout Rakolem 90,
ovšem za cenu poklesu měrného výkonu. Další možností je použití (ultra)fialové
LED jako zdroje budicího záření a směsi luminoforů pro jeho přeměnu na bílé
světlo. Předpokládá se, že s tímto postupem bude možné dosáhnout Raaž 97 při
vysokém měrném výkonu. Jinou možností je „míchání“ bílé pomocí několika
barevných LED. Pomocí nejběžnější LED RGB (R=červená, G=zelená, B=modrá) lze
dosáhnout Rajen asi 70. S novějšími komponenty se čtyřmi barvami RGBA
(A=amber, žlutooranžová) se lze přiblížit Ra90. Používají se rovněž RGBAW
(W=bílá, WW=teplá bílá), kde lze dosáhnout Raaž 97. Jednotlivé barevné složky
lze řídit samostatně, což nabízí řadu aplikací. Na trhu se poslední dobou
objevují jednotky LED/Light/Engin s RGBW LED maticí, chladičem a elektronikou,
které představují kompletní řešení pro tvorbu příjemného světla s variabilními
parametry, například pro stmívání, změnu teploty chromatičnosti, náladové,
dekorativní nebo biodynamické osvětlení.
Výhodou LED oproti ostatním světelným zdrojům je velká účinnost a potenciál
k jejímu dalšímu zvyšování. Jestliže u zářivek a výbojek je dosaženo hranice
měrného výkonu přibližně 100 lm/W, LED už dnes dosahují přes 150 lm/W
a odhaduje se, že bude možné dosáhnout více než 220 lm/W. Další výhodou je
předpokládaná dlouhá životnost, která je 3–5 násobek životnosti zářivek. Doba
náběhu LED je velmi krátká, což je velkou výhodou oproti žárovkám například
u brzdových světel automobilů. Jinou aplikací této vlastnosti je pulsně-šířková
modulace (PWM), s jejíž pomocí lze lineárně řídit průměrný světelný tok
v plném rozsahu a s nepatrnými ztrátami.
Základní nevýhodou LED je vysoká pořizovací cena, kterou prozatím
nevyrovnává ani kombinace větší účinnosti a delší životnosti. Rozhodnutí pro
LED zdroje znamená většinou pořízení nových svítidel. Existují však i náhrady
zářivek nebo výbojek s LED, které většinou představují kompromisní řešení.
Paradoxně je nevýhodou i dosud nerealizovaný potenciál měrného výkonu
v kombinaci s dlouhou životností. Investoři v této situaci často volí levnější
tradiční řešení a vyčkávají. Dlouhá životnost LED bývá často přeceňována
a předpokládaných hodnot 30–100 tisíc hodin nelze často dosáhnout bez vysokých
nákladů na kvalitní chlazení. Kuriózní nevýhodou se může ukázat i účinnost:
LED semafory – na rozdíl od žárovkových – v zimě zamrzají.
LED se často vytýká nižší index podání barev Ra. Testy však ukazují, že
lidé hodnotí některé druhy LED světla lépe, než by vyplývalo jen ze srovnání
hodnot Ra. Je pravděpodobné, že s rozmachem LED přijde na scénu osvětlovací
techniky nová metrika kvality barev, která bude vystihovat subjektivní pocit
z určitého druhu světla lépe, než index Ra, který se pro LED příliš nehodí.
Odhaduje se, že zlomem v použití LED by mohl být rok 2015.