Október 9-én ünnepli ötvenedik születésnapját a LED

Ebben a hónapban ünnepeljük a modern LED megszületésének ötvenedik évfordulóját. Az alábbiakban Jeanine Chrobak-Kando a Verbatim üzletfejlesztési vezetője írja le, milyen messzire is jutott a technológia, egészen rövid idő alatt. A fénykibocsátó diódák (LED-ek) a mindennapi elektronikai eszközök részeivé váltak. A 2011-es évben a LED-es piac legnagyobb részét, 35%-át tette ki az általános világítási alkalmazás, ezt követték a mobil eszközökben való felhasználási módok (30%) és a jelzőrendszerekben való alkalmazás (18%).

A MarketWatch kutatása szerint 2020-ra a LED-es izzók árai a jelenlegi felére fognak esni. Gyorsan eljöhet tehát az az árszint, ahol a LED-izzók dominánssá válhatnak a piacon.

Hogyan is kezdődött mindez?

Az első látható fényt kibocsátó LED-et ötven évvel ezelőtt hozták létre. Bár az elektrolumineszcencia jelenségét már 1907-ben felfedezte egy brit tudós  Henry Round, a „LED létrehozója” címet csupán 1962-ben nyerhette el a fizikus Nick Holonyak. A General Electrics-nek dolgozó kutató ekkor mutatta be látható vörös fényt kibocsátó gallium-arzenid-foszfid (GaAsP) alapú LED-ét az American Institute of Physics kutatóinak.

A Holonyak által kifejlesztett LED már 1964-ben piaci alkalmazásra került, kültéri kijelzőkbe beépítve. Ezek a kézzel épített kijelzők renkívül drágák voltak és az első tíz év során csupán vörös színű LED-ekkel tudták szállítani azokat. Mindemellett azonban a miniatűr vörös LED-ek pont elegendő fényerővel és élettartammal rendelkeztek ahhoz, hogy zsebszámológépekben és digitális karórákban is elkezdjék használni azokat a hetvenes évek folyamán.

Holonyak a Nobel-díjas professzor, John Bardeen tanítványaként a kvantumhullám lézer kifejlesztéséért is felelős (ez képezi a mai optikai lemezmeghajtók és száloptikás rendszerek alapját), illetve ő készítette az első háztartási világításnál használható fényerőszabályozót.

Globális terjeszkedés

A LED alkalmazásának széleskörű elterjedését az anyagtudomány, az optika és a félvezető-technológiák fejlődése tette lehetővé, nagyobb fényerőt, hatékonyabb működést és számtalan választható színt biztosítva. Az olyan új félvezető-vegyületek használata, mint a gallium-arzenid-foszfid (GaAlAsP), az indium-gallium-nitrid (InGaN) és az alumínium-gallium-foszfid (InGaN) a foszforborítással ötvözve képessé tették a LED-es fényforrásokat arra, hogy a teljes látható fényspektrum kibocsátására képesek legyenek.

Az elmúlt ötven évben a LED-ek színei a vöröstől a nyolcvanas évekbeli narancssárga, sárga és zöld LED-eken keresztül fejlődtek, hogy egy évtizeddel később megjelenhessen az első, nagy intenzítású, kék színű gallium-nitrid (GaN) alapú LED. A következő áttörés 1991-ben történt, amikor egy japán professzor, Shuji Nakamura bemutatta az első fehéren világító LED-et. A gallium-nitrid alapú fényforrás briliáns kék fényt alakított át részben sárgává egy foszforréteg segítségével.

Azonban a LED-ek nem csupán egyre több színben váltak elérhetővé, jelentősen nőtt fényintenzitásuk és energiahatékonyságuk is. Érdekes módon a LED-es fényforrások fejlődésének van egy, a félvezetők területén érvényes Moore törvényhez hasonló ökölszabálya, amit Haitz törvényének hívnak. Dr. Roland Haitz 2000-ben állította először, hogy nagyjából 10 évente az LED-ek lumenenkénti előállítási költsége 10 tényezőegységnyivel csökken, míg az egységnyi LED-fénykibocsátás 20 tényezőegységgel nő. Haitz jóslata szerint, hogy a vállalatok és az állami szektor  megfelelő anyagi áldozata mellett a LED-alapú világítás hatékonysága 2020-ra elérheti a wattonkénti 200 lument.

A LED-háttérvilágítás használata széleskörben elterjedt az olyan szórakoztatóelektronikai eszközökben, mint a mobiltelefon, a digitális kamera, az MP3-lejátszó vagy a televízió. A hidegkatód fluoreszcens (CCFL) háttérvilágításhoz képest komoly előnyökkel rendelkezik, jelentősen olcsóbb, alacsonyabb a feszültségigénye, szélesebb betekintési szöget, magasabb kontrasztot és több választható színt biztosít mindamellett, hogy sokkal rugalmasabb.

A LED-technológia fontos sarjaként érdemes megemlíteni az OLED-eket is, amiket tulajdonképpen két organikus polimerréteg közé helyezett elektrolumineszcens anyag alkot. Az OLED technológia új dimenziót nyithat a világítástechnológia területén.  A Verbatim anyavállalata a mitsubishi Chemical Corporation jelentős fejlesztéseket eszközölt a állítható színű RGB OLED panelek területén.

A Verbatim nem rég mutatta be a világ első állítható színű és fényerejű OLED-modulját ami képes akár 2000 cd/m² fényerővel világítani. A vállalat legutóbbi VELVE OLED sorozata kétszer olyan fényes, mint a korábbi modellek.

Az OLED világítási technológiával az építészek és a belsőépítészek anélkül tudnak egyedi atmoszférát teremteni, hogy vakítóan sugárzó központi hő- és fényforrást alkalmaznának. VELVE OLED modul hogyan alkalmazható akár falfelületek dinamikus megvilágítására is. A VELVE OLED-ek tökéletesen megfelelnek kreatív megvilágításra, színpadvilágításhoz és kiegészítő, harmonizáló finom-fény kimeneti fényforrásként. Szórakozóhelyek, diszkók és bárok hangulatvilágításához is használhatóak köszönhetően annak, hogy a szín- és fénybeállításokat minden panelnél külön-külön változtathatjuk.

Élen a LED-ek hatékonyságában

A LED-ek a kültéri megvilágítás alapvető eszközévé váltak. Ezt a technológiát alkalmazzák immár a jelzőlámpáknál, az útszéli figyelmeztető jelzéseknél és a táblák megvilágításánál is.

A járműipar különösen gyorsan igyekszik lefolytatni a hagyományos izzók LED-esre való cseréjét. Energiahatékonyságuknak köszönhetően a LED-izzók kiválóan felhasználhatóak hibrid és elektromos meghajtású járművekben. A LED-es autólámpák használata egy elektromos autó hatótávolságát akár 9 kilométerrel is megnövelheti.

A technológia az baromfi-, vagy haltenyésztés illetve a kertészeti világítás területén is jelentős teret hódíthat. A növények például érzékenyebbek bizonyos fénytartományokra, ha kék vagy vörös fény éri őket arra a fotoszintézis gyorsulásával reagálnak.

Ami talán a legfontosabb, hogy az előrejelzések szerint a LED-technológia a következő években a vezető energiahatékony világítási technológiájává válhat, megelőzve a hagyományos, a halogén és a CFL technológiákat is. Gyorsan közeledik az a pont, ahol a LED-izzók olyan árszinten lesznek kaphatóak, hogy egyértelműen dominánssá válhatnak.

Az Electronics.ca Research Network szerint az általános világítási célú LED-ek piacának mérete 2012-ben elérheti a 19,5 milliárd dollárt (15,5 millió euro), 2017-re ez a szám pedig várhatóan 31,4 milliárd dollárra (25 millió euróra) növekszik. A LED-piac legnagyobb részét jelenleg a szórakoztatóelektronikai eszközökben használt háttérvilágításhoz való LED-ek teszik ki, de 2014-re az általános világítási célú LED-ek átvehetik a vezetést. Az előrejelzések szerint az üzleti célú világítási piacának több mint 50%-át fogja uralni ez a technológia.

A helyzet ma

2012 szeptember elsején életbe lépett a törvény, ami szerint az hagyományos izzók gyártása és importja az egész Európai Unió területén betiltásra került. A szabályozást elsősorban a hagyományos izzók csekély energiahatékonysága sürgette, mivel ezek a világítótestek általában a felhasznált energiának mindössze tizedét alakítják át látható fénnyé. Ez azt jelenti, hogy a fogyasztóknak alacsonyabb energia-felhasználású alternatívát kell választaniuk, mint a LED-es, vagy az energiatakarékos (CFL) izzók. A CFL izzókkal szemben a LED-es fényforrások mintegy ötszörös élettartammal rendelkeznek, felkapcsolásnál azonnal világítani kezdenek és nem tartalmaznak olyan káros anyagokat, mint a higany.

Mivel a hagyományos izzók selejtezésre kerülnek, a Verbatim piacra dobott egy teljesen új, háztartásokba szánt, a korábbi foglalatokkal kompatibilis LED-izzó termékcsaládot, amely arra lett tervezve, hogy kielégítse a jó minőségű és energiahatékony világítási megoldások iránti egyre növekvő igényt.

Fényes jövő

Vajon mit tartogat még a jövő a LED számára azon kívül, hogy egyre energiahatékonyabbá válik és egyre intenzívebb a fénykibocsátása? A következő pár évben valószínűleg egyre többet fogunk hallani a „dolgok internetéről”, ahol minden elektronikai eszköznek saját IP címe van, még a LED-izzóknak is. Ez azt jelenti, hogy minden egyes az otthonunkban és az irodánkban található fényforrást külön elérhetünk és beállíthatunk okostelefonunk segítségével.

Akármit is tartogasson a jövő, a LED-ek számára fényesnek látszik.