LED – svetelný zdroj budúcnosti

LED – svetelný zdroj budúcnosti

V svetelnej technike pred niekoľkými rokmi nastal revolučný zvrat, keď sa navrhli a potom aj začali vyrábať svetelné diódy, ktoré mali podstatne vyššie svetelnotechnické parametre ako ich predchodkyne. Začalo sa to nielen narastaním hodnoty jasu, ale začali sa vyrábať aj iné farby týchto polovodičových diód. Nové technológie umožnili vyrábať diódy s bielym svetlom.

Priestory využitia

To bol iba krok k myšlienke vytvoriť nový svetelný zdroj s lepšími vlastnosťami, ktorý bude mať svetelnotechnické parametre porovnateľné s inými svetelnými zdrojmi s tým, že LED sa vhodne pospájajú do jedného celku. Postupne sa tieto technológie zlepšujú a začínajú otvárať nový obzor osvetľovacím zariadeniam.

Enormný nárast merného výkonu v poslednom období pri zachovaní dlhej životnosti a nízkej spotrebe elektrickej energie, ako aj veľké výskumno-vývojové pracoviská svetových výrobcov, ktoré sa orientujú na LED technológie, naznačujú, že práve tento svetelný zdroj sa stane dominantný.
Nielen pre systémy núdzového, orientačného a automobilového osvetlenia, ale aj v aplikáciách v interiérovom a exteriérovom osvetľovaní. Je vhodný ako dekoratívny doplnok rozličných priestorov, napríklad obchodných domov, schodísk a chodieb v kinách i divadlách, aj rodinných domov, kde sa používajú ako svietidlá do stien, na osvetlenie schodísk a iných priestorov domu.

Technické parametre

Na výrobu luminiscenčných LED diód sa používajú polovodičové prvky, ako napr. arzenid gália GaAs, fosfid gália GaP, arzenid-fosfid gália GaAsP a karbid kremíka SiC. Výhodou luminiscenčných diód je nepatrná spotreba elektrickej energie (napríklad 100 mW pri jednosmernom napätí 5V).

Pri vlnovej dĺžke 690 nm (fosfid gália) je šírka spektra LED 100 nm, zatiaľ čo pri vlnovej dĺžke 660 nm (arzenid – fosfid ­gália) je šírka spektra 40 nm. Žiarenie, ktoré prislúcha vlnovej dĺžke 565 nm ­(fosfid gália), má šírku spektra 35 nm.

Žiarenie v blízkej infračervenej oblasti s vlnovou dĺžkou 867 nm (arzenid gália) možno meniť pomocou anti-Stokesovho luminoforu na viditeľné žiarenie, ktoré vykazuje maximum v úseku vlnových dĺžok 540 až 660 nm.

Okrem uvedených luminiscenčných diód s jedným prechodom PN sa v určitých prípadoch používa luminiscenčná dióda, ktorá vysiela žiarenie v zelenej, žltej a červenej oblasti. Je to luminiscenčná dióda s dvoma priechodmi PN. Tieto dva priechody PN vysielajú žiarenie v zelenej a červenej oblasti. Pri súčasnom vzbudení obidvoch priechodov PN môžeme získať žiarenie, ktoré sa vyznačuje žltým tónom. Zmenou hustoty prúdu sa mení vysielané žiarenie od zelenožltej do žltočervenej oblasti.

Farba vyžarovaného svetla je daná po­užitým materiálom a prímesami substrátu. Najčastejšie používanou technológiou LED je modro svietiaci diódový čip umiestnený na dne priesvitného držiaka. Ten zároveň tvorí katódový vývod. Tento čip je pokrytý fosforescenčnou látkou. Fotóny modrého svetla absorbuje luminiscenčná vrstva, ktorá emituje svetlo s dlhšou vlnovou dĺžkou. Materiál vrstvy treba vybrať tak, aby pohlcoval presne určenú časť modrého svetla emitovaného čipom a toto svetlo účinne transformoval na svetlo s nižšou vlnovou dĺžkou.

Merný výkon (účinnosť) súčasných LED je na úrovni asi 60 lm/W a predpokladá sa, že v blízkej budúcnosti bude významne narastať. V laboratórnych podmienkach sa dá vyrobiť LED s merným výkonom 150 lm/W, čo predstavuje úroveň súčasných najúčinnejších svetelných zdrojov. Mimoriadny pokrok sa dosahuje pri pulzových diódach. Jednotkový výkon LED sa v súčasnosti dosahuje na úrovni 10 W a neustále rastie. To znamená, že jednou diódou dosiahneme svetelný tok, aký poznáme pri bežných žiarovkách. Aj preto sa uvažuje o LED ako o náhrade žiaroviek v budúcnosti.

Organické LED

Osobitnú pozornosť si zaslúžia organické LED, tzv. OLED. Ich budúcnosť sa nedávno viazala iba na použitie v displejoch, predovšetkým televíznych. Pritom môžeme využívať rozličné technológie, napríklad:
  • displeje s pasívnou matricou PMOLED,
  • displeje s aktívnou matricou AMOLED,
  • fosforečné OLED (merný výkon v súčasnosti asi 20 lm/W),
  • biele OLED (WOLED – merný výkon 30 lm/W, možnosť plynulej voľby farebného tónu svetla),
  • flexibilné FOLED,
  • transparentné TOLED.

Keď sa v budúcnosti podarí vyriešiť problémy so životnosťou OLED, budú pravdepodobne aj tieto svetelné zdroje pripravené na použitie na bežné osvetľovacie účely. Možno konštatovať, že prechádzame obdobím, keď sa LED stávajú zo svetelných zdrojov budúcnosti reálnymi svetelnými zdrojmi súčasnosti.

prof. Ing. Alfonz Smola, PhD.
Foto: Delta Light Slovakia, s. r. o.

Autor je riaditeľ Znaleckého ústavu elektrotechniky a informatiky na Fakulte elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave

Literatúra:
[1]    http://www.hess-form-licht.de
[2]    http://www.led-info.de/
[2]    http://www.osram.com
[3]    http://www.luxeon.com
[4]    KOVÁČ, J. – UHEREK, F.: Súčasné trendy vývoja svetelných zdrojov na báze LED a OLED. In: 14. medzinárodná konferencia Svetlo 2005. ­Liptovský Ján: SSTS, 2003. s. 39 – 45.