Historie LED diody

LED diody dnes svítí v žárovkách, autech, semaforech i dálkových ovladačích, ale jejich příběh začal už v roce 1907 náhodným pozorováním. V článku najdete přehled nejdůležitějších objevů od prvního záblesku na krystalu karbidu křemíku až po dnešní bílé LED s účinností přes 200 lm/W a vysvětlení, co tento vývoj znamená pro vás při výběru světla.

Co je LED dioda a jak svítí

Zkratka LED znamená Light Emitting Diode, tedy dioda vyzařující světlo. Jde o polovodičovou součástku se dvěma vrstvami, mezi kterými prochází elektrický proud jen jedním směrem. Když se v přechodu mezi vrstvami setkají elektrony s takzvanými dírami, uvolní se energie ve formě fotonu. Tomuto jevu se říká elektroluminiscence.

Barvu světla neurčuje žádný filtr, ale materiál polovodiče. Každý materiál má jinou šířku zakázaného pásu, a tedy jinou vlnovou délku vyzářeného světla. Proto trvalo desítky let, než vědci našli materiály pro všechny barvy, především pro modrou.

S touto technologií přicházíme do styku každý den, často aniž si to uvědomíme. Najdeme ji v průmyslových zařízeních, v osvětlení motorových vozidel, v dopravním značení, v displejích i v dálkových ovladačích, kde infračervená LED přenáší povely do televize. Podrobněji o využití píšeme v článku Využití LED osvětlení.

Začátky: Round, Losev a Destriau

1907: Henry J. Round a první zmínka

První zmínka o světle vycházejícím z polovodiče pochází z roku 1907. Angličan Henry Joseph Round při pokusech s krystalem karbidu křemíku pozoroval slabé nažloutlé světlo, když na krystal přivedl napětí. Objev zveřejnil v časopise Electrical World („Elektrický svět“). Okolí ho však přehlíželo a ani sám Round se mu dál nevěnoval, protože ho víc zaměstnávaly radiové zaměřovací přístroje pro námořní dopravu.

20. a 30. léta: Oleg Losev

V první polovině 20. let pozoroval stejné světelné emise ruský fyzik Oleg Losev. Na rozdíl od Rounda se jim věnoval soustavně: v letech 1927–1942 publikoval řadu prací, v nichž jev důkladně popsal a správně odhadl, že nejde o tepelné záření jako u žárovky, ale o nový typ světla. Losev zemřel v roce 1942 a jeho práce na dlouhou dobu upadly v zapomnění.

1936: Georges Destriau a „Losevovo světlo“

Na jeho počest pojmenoval francouzský fyzik Georges Destriau světelné emise „Losevovo světlo“. Destriau v polovině 30. let pozoroval světlo vycházející z prášku sulfidu zinečnatého v elektrickém poli a jako první použil pojem elektroluminiscence. Právě jemu se proto objev elektroluminiscence přičítá.

První viditelná LED a průmyslová výroba

Skutečně použitelné LED přinesla až 60. léta 20. století, kdy se naučili vyrábět čisté polovodičové krystaly ze sloučenin galia. Nejprve vznikly infračervené diody z arsenidu galia, které lidské oko nevidí.

1962: červená dioda Nicka Holonyaka

V roce 1962 představil Američan Nick Holonyak první červenou luminiscenční diodu. Byla to první LED vyzařující světlo ve viditelné části spektra. Na konci 60. let začala průmyslová výroba LED diod, nejprve jako kontrolky v přístrojích a číslice v kalkulačkách a hodinkách.

70. a 80. léta: další barvy

Během dalších zhruba 10 let se díky novým materiálům začaly vyrábět LED diody dalších barev, například zelené, oranžové a žluté. Spolu s barvami rostla i svítivost a další technické parametry. LED se postupně objevily v displejích, na palubních deskách aut a v informačních tabulích, ale na osvětlení místností byly stále příliš slabé.

Modrá a bílá LED

Bez modré barvy nebylo možné vytvořit bílé světlo, a tedy ani LED žárovku. Modrá LED byla desítky let největší výzvou oboru.

90. léta: Shuji Nakamura a modrá LED

V 90. letech byla představena jasně svítící modrá LED dioda z nitridu galia a india a krátce poté i účinná dioda svítící v zelené části spektra. Zásluhu na tom měl především japonský vědec Shuji Nakamura, na výzkumu nitridu galia před ním pracovali také Isamu Akasaki a Hiroshi Amano. Všichni tři za tento objev získali v roce 2014 Nobelovu cenu za fyziku.

Bílé světlo transformací

Nakamura později navrhl i bílou LED diodu, která se dostala na trh přibližně o dva roky později. Bílé světlo v ní vzniká transformací: modrý čip je překrytý vrstvou luminoforu (fosforu), který část modrého světla přemění na žluté a červené. Výsledkem je bílá, jejíž odstín od teplé po studenou se nastavuje složením luminoforu. Na stejném principu funguje naprostá většina dnešních LED žárovek a LED zářivek.

Co odstín bílé v praxi znamená, vysvětlujeme v článku Teplota chromatičnosti: jak vybrat správnou barvu světla.

Jak rostla účinnost

Účinnost světelného zdroje se udává v lumenech na watt (lm/W), tedy kolik světla zdroj vyrobí z jednoho wattu elektrické energie. Rozdíl mezi jednotkami lumen, lux a kandela vysvětluje článek Co znamenají pojmy lumen, lux a kandela.

Kolem roku 2006 se objevily první bílé světelné diody s účinností kolem 100 lumenů na 1 watt. Laboratorní vzorky dnes překonávají 250 lm/W. Hotové svítidlo má účinnost nižší než samotný čip, protože část energie spotřebuje napájecí zdroj a část světla pohltí optika a kryt.

Co to znamená pro vás

LED žárovka s 806 lm nahradí klasickou 60W žárovku a spotřebuje přibližně 7–9 W. Úsporu si spočítáte jednoduše: rozdíl příkonu (asi 52 W) vynásobte počtem hodin svícení. Při 3 hodinách denně je to 52 W × 3 h × 365 dní ≈ 57 kWh za rok na jedné žárovce. Výhody i omezení LED shrnuje článek Výhody a nevýhody LED.

LED dnes a OLED

Dnes najdeme LED technologii v nespočetném množství výrobků, které nám usnadňují život a zároveň šetří energii. Patří sem například reflektory s pohybovým čidlem, které svítí jen tehdy, když je potřeba, nebo stmívatelná a chytrá svítidla, jako jsou smart designové LED panely s nastavitelnou barvou světla. Moderní LED se dají stmívat, měnit teplotu barvy a ovládat aplikací.

• Domácnosti – LED žárovky do všech běžných patic, LED pásky, panely a stropní svítidla.
• Firmy a průmysl – haly, sklady a kanceláře, kde se úspora projeví nejvíc díky dlouhé době svícení.
• Veřejné osvětlení – ulice, parkoviště a sportoviště s přesně směrovaným světlem.
• Doprava – světlomety aut, semafory a informační tabule.

Organické LED (OLED)

Za další krok vývoje se považují organické světelné diody (OLED). Místo krystalu používají tenké vrstvy organických látek, takže mohou svítit celou plochou a být velmi tenké i ohebné. Dnes se uplatňují hlavně v displejích telefonů a televizorů, v osvětlení zatím zůstávají spíše designovou výjimkou, protože klasické LED jsou levnější, účinnější a mají delší životnost.

Celý vývoj LED je ukázkou toho, jak se z laboratorní kuriozity stal nejúspornější a nejrozšířenější zdroj světla. Pro srovnání s dalšími technologiemi si můžete přečíst článek Produkce světla: různé technologie.

Časté otázky

Shrnutí

Od prvního pozorování v roce 1907 přes Losevův výzkum a červenou diodu Nicka Holonyaka z roku 1962 až po modrou a bílou LED z 90. let urazila technologie dlouhou cestu. Dnešní LED svítidla dávají 100–160 lm/W, tedy mnohonásobně víc světla z jednoho wattu než klasická žárovka, a dají se stmívat i chytře ovládat.

Kam dál