FotonMag

Denní světlo a výhled z okna jsou podle zjištění mnoha studií důležité pro psychické zdraví a blahobyt. Bohužel ne vždy toho lze architektonicky dosáhnout, například ve vnitřním nemocničním pokoji nebo v kancelářích. Kdo někdy v takových prostorách bez oken pobýval, nejspíš ví, jak stísněně mohou působit. Alespoň částečnou náhradu může nyní poskytnout nová LED technologie Virtual Sun.

Za projektem stojí mladá společnost Innerscene sídlící v USA a Velké Británii, která byla založena před deseti lety právě za účelem vývoje „umělých oken“. Ačkoli tvůrci původně měli představu jakéhosi 3D displeje, který by promítal libovolnou scenérii, vývoj se nakonec vydal trochu jiným směrem a tvůrci se rozhodli zaměřit čistě na 3D iluzi modré oblohy se sluncem.

Při pohledu do těchto umělých oken má člověk dojem, že se za nimi skutečně rozprostírá široký prostor se sluncem. Při pohybu po místnosti zůstává z pohledu pozorovatele slunce „na místě“, tak jako by se chovalo skutečné slunce. Stejně tak i při kombinaci několika jednotek Virtual Sun vedle sebe má člověk spatřit jen jedno slunce, tak jako v realitě. Této iluze je dosaženo za pomocí tzv. Fresnelova hranolu.

Iluzi virtuálního slunce pak samozřejmě doplňuje náležité LED osvětlení. Jedná se o kombinaci rozptýleného světla (180°) a obdélníkového pruhu „slunečních paprsků“ (30°), který vrhá stíny. Pokud uživatel zapne mód cirkadiánního rytmu, pak virtuální slunce automaticky mění jas a barevnou teplotu světla v průběhu dne. Instalatéři dokonce mohou nastavit skutečnou polohu západu a východu slunce, podle které se jednotky budou řídit. V noci pak jednotky mohou vyzařovat měsíční paprsky se vzdáleným „měsícem“ na obloze.

V současnosti je komerčně dostupný model Virtual Sun A7. Teplota chromatičnosti se může pohybovat v rozmezí 3 000 K (ráno/večer) až 15 000 K (modrá denní obloha). Maximální světelný výstup je 5 624 lumenů. Při nejvyšším jasu jednotka spotřebovává 205 W. Každá z jednotek virtuálního slunce váží 37 kg a má rozměry 104 x 55 x 26 cm. Pro instalaci do stěny nebo stropu je proto zapotřebí patřičné hloubky. Cena je na dotázání přímo u společnosti Innerscene.

Zdroje: ledsmagazine.com, innerscene.com

Astronauti na Mezinárodní vesmírné stanici (ISS) zažijí za jeden pozemský den celkem 16 východů a 16 západů slunce. Jakkoli je tahle představa určitě krásná, velice tím trpí tzv. cirkadiánní rytmus člověka, který řídí nejen střídání spánku a pocitů bdělosti, ale i celou řadu jiných biologických procesů. Až do vynálezu žárovek a zářivek byl cirkadiánní rytmus úzce navázán na přirozené střídání dne a noci. Nejnovější technologie LED nicméně umožňují tento rytmus opět uměle navodit. Na ISS nyní putuje nový systém osvětlení tohoto typu.

Obecně se jedná o koncept human centric light, tedy osvětlení zaměřené na přirozené potřeby člověka. Na ISS už se s takovými světly experimentuje pár let, jedním ze základních nápadů je jednoduše proměnlivost světelných vlastností LED osvětlení na vesmírní stanici. Během „dne“ mají světla vyšší podíl modré složky, která aktivuje patřičné receptory v mozku. K večeru se naopak upřednostní teplejší barvy světla, které nebrání produkci hormonu spánku melatoninu.

Letos v srpnu nicméně z Floridy odstartuje Crew Dragon s nákladem zcela nového systému osvětlení, za kterým tentokrát stojí dánská společnost Saga Space Architects. Základ konstrukce je tvořen třemi facetami, z nichž každá vyzařuje světlo různých vlnových délek pod různými úhly. Jimi použité LED pochází od pekingské společnosti Yujileds, která se na cirkadiánní osvětlení přímo specializuje.

V čem je tato nová dánská jednotka výjimečná? Stávající systémy mají manuálně ovládaný jas a teplotu chromatičnosti. Nová jednotka na to jde trochu jinak. Ráno astronautům poskytne jasný „východ slunce“, bílé světlo se pak v průběhu dne různě proměňuje, aby nakonec večer poskytlo uklidňující „západ slunce“. Každý den se přitom bude světlo chovat trochu jinak, stejně jako i my tady dole na Zemi máme vlivem počasí den ode dne trochu jiné světlo. Alespoň částečně se tak kompenzuje monotónnost prostředí, které poskytuje vesmírná stanice na oběžné dráze.

Zdroje: ledsmagazine.com, saga.dk

Od vynálezu žárovky prošla osvětlovací technika obrovským vývojem. Revoluční změnou bylo především masové rozšíření LED, kterého jsme svědky již od začátku 21. století. Ve výhledu je nyní nová zásadní revoluce – využití umělé inteligence (AI) v ovládání velkých světelných systémů. Slibuje především vyšší úspornost energie i efektivnější využití lidské práce.

Centrální světelné ovládací systémy (lighting control system) mohou ovládat vše možné od venkovního osvětlení přes velké průmyslové haly až po jevištní osvětlení. Dnes už jsou většinou digitální a umožňují primárně plánovat zhasínání, stmívání a vypínání světel v závislosti na předem nastavených časech. Pokročilejí sytémy zahrnují i různé druhy senzorů. Aplikování standardizovaných digitálních kontrolních protokolů jako je DALI-2 D4i pak může poskytnout podpůrný rámec pro přidání umělé inteligence do těchto světelných ovládacích systémů.

Narozdíl od stávajících světelných systémů může AI poskytnout více možností, než je pouhé ovládání světel podle naplánovaných časů. Systémy AI mohou analyzovat obrovské množství dat v reálném čase a uzpůsobovat světelné nastavení v závislosti na obsazenost místností lidmi i na energetické spotřebě. Mnohou tak například mnohem lépe reagovat na časté změny ve využívání prostorů a světel.

Další změnu může AI přinést především v údržbě komplexních světelných systémů. Zatímco u stávajících systémů je třeba mnoho manuálních zásahů, zpravidla při poruchách nebo pravidelných prohlídkách, AI může předvídat potřebnou údržbu nebo náhradu přesně tehdy, kdy to je potřeba, zejména pak u LED driverů (napájecí zdroje konstantního proudu pro LED světla). To může šetřit náklady z hlediska redukce nečekaných poruch, lidské práce potřebné na údržbu a také zvýšením životnosti komponent efektivnějším řízením napájení.

Nicméně, použití AI pro světelné ovládací systémy se podle stávajících názorů vyplatí spíše jen pro skutečně veliké a komplexní světelné systémy. V menších systémech mohou zcela dostačovat stávající ovladače, ačkoli s rozvojem virtuálních asistentů by se něco takového mohlo dostat třeba i do domácností.

Zdroj: ledsmagazine.com

Foto: [1] ledsmagazine.com, [2] Nevada Sales Agency, [3] New Buildings Institute

Jeden z největších výrobců osvětlovací techniky na světě ams OSRAM uvádí na trh dvě nové červené LED určené pro hortikulturu, tedy vnitřní pěstování plodin. Rakouská společnost tak slibuje lepší efektivitu osvětlení v tomto neustále se rozšiřujícím odvětví, které je energeticky poměrně náročné.

Rakouský výrobce nahrazuje své stávající čipy RM5 novou generací 660 nm RM6 Hyper Red. Vyzařovací efektivita (tj. efektivita konverze elektrické energie na energii světelnou) RM6 teď již dosahuje hodnoty 78,8 %. Dominantní vlnová délka je 640 nm s vrcholem na hodnotě 660 nm.

Podle vyjádření mluvčího společnosti tak nová generace RM6 přinese oproti své předchůdkyni až 18 % ušetření nákladů nebo zvýšení výstupu o 21 %. Ohlášená novinka přichází v době, kdy jsou světové ceny energií na vysoké hodnotě. Pěstitelé upouštějí od investic do nového osvětlení a hortikulutrní LED tak nyní zažívají výrazný pokles prodejů. To vede LED průmysl k tomu, aby vzdělával pěstitele a veřejnosti ohledně výhod hortikulturního osvětlení, které v budoucnu může hrát svou roli i v zajištění potravinové bezpečnosti.

Vedle nového čipu RM6 společnost Osram vypustila i novou hortikulturní LED 640 nm Optimal model s dominantní vlnovou délkou 630 nm. Různé vlnové délky mohou mít ve vnitřním pěstování různý efekt na výnosnost, stejně jako na prevenci houbových a bakteriálních infekcí. To je nyní předmětem mnoha výzkumů a testování.

Zdroj: ledsmagazine.com

Jeden z největších výrobců a vývojářů LED na světě, Lumileds sídlící v Kalifornii a Nizozemí, se rozhodl zaměřit na noční osvětlení. Snížením modré složky světla chce redukovat světelný smog, který má negativní účinky nejen pro profesionální a amatérské astronomy, ale zejména pro mnoho živočichů a rostlin. Lumileds svou novou LED technologii nazval NightScape, v překladu „noční scéna“.

Stávající výzkumy naznačují, že za zhoršujícím se světelným znečištěním skutečně stojí zejména stále rostoucí množství modrého světla vyzařovaného z pouličních lamp. Dnešním požadavkem na venkovní osvětlení je tak kromě co nejlepší efektivity právě i snížení modré složky spektra. Takovou vlaštovkou v tomto směru byla iniciativa na druhém největším havajském ostrově Maui (cca 170 000 obyvatel). Zdejší vedení vydalo zvláštní nařízení o ochraně temné noční oblohy. Všechna venkovní světla s výjimkou neonů nyní nesmí vyzařovat více než 2 % modré složky. A právě tuto hranici si za svou zvolili i vývojáři v Lumileds.

Lumileds rozhodně není první, kdo se o takové osvětlení pokouší. Už před lety jsme mohli zaznamenat například noční osvětlení přátelské k netopýrům a vícero výrobců již přišlo se svou řadou LED s nízkým podílem modré složky. Podle Lumileds je však většina z nich stále ještě nevyhovujících. Mohou sice splňovat onu pomyslnou dvouprocentní hranici, v jiných parametrech ale selhávají. Těmi parametry jsou především efektivita, barevná teplota (CCT), index podání barev (CRI), barevný gamut (Rg) a barevná věrnost (Rf).

Podle vyjádření mluvčího Lumileds se produkce nových LED s NightScape optimalizací rozjede už tento rok v září. Budou jimi diody LUXEON 3030 HE Plus a LUXEON 5050 Square LED.

Zdroj: ledsmagazine.com

Výrobci LED dnes mají obrovské pole možností, co se týče navrhování světel. Poměrně svobodně mohou měnit teplotu chromatičnosti či vyvážení modré složky. Lékařští odborníci nyní vydali prohlášení, aby toho vývojáři LED využili a zohlednili tzv. cirkadiánní rytmus člověka.

Cirkadiánní rytmus řídí spoustu našich biologických procesů jako je spánek, bdělost, trávení či regulace krevního tlaku a je tak nezbytný pro dobré zdraví. Tento rytmus byl po tisíce let přirozeně závislý jen na slunci, s umělým osvětlením dnes ale bývá často rozhozený.

Za iniciativou stojí Martin Moore-Ede, bývalý profesor na Harvardu. Provedl dotazníkový průzkum u 248 vědců, kteří dohromady vydali 2 697 recenzovaných studií zabývajících se cirkadiánní rytmem a světlem. Naprostá většina z nich se například shodla na tom, že intenzivní vnitřní světlo v noci narušuje cirkadiánní rytmus a že dlouhodobé narušení tohoto rytmu obecně škodí zdraví (souhlasilo 98,4 % vědců), zvyšuje riziko spánkových poruch (87,7 %) či dokonce riziko obezity a cukrovky (74,7 %).

Obzvláště zajímavé je také tvrzení, na kterém se shodlo 93,2 % vědců: zvyšování energetické efektivity světel je žádoucí, avšak jen pokud nezvyšuje riziko narušení cirkadiánního rytmu a vážného onemocnění.

Moore-Ede k tomu řekl, že „méně než 0,5 % prodávaných světel dnes chrání cirkadiánní zdraví změnou modré složky v průběhu dne a noci. Mnoho lidí ve světelném průmyslu tvrdí, že cirkadiánní věda není dostatečně vyzrálá na to, aby ji šlo začlenit do výroby. Proto jsme oslovili vedoucí vědce zabývající se cirkadiánními rytmy a světly.“

Vědec se domnívá, že stomiliardový světelný průmysl potká podobný osud, který už potkal mnoho jiných potenciálně škodlivých průmyslových odvětví – vznik standardů, kontrola klamavých tvrzení výrobců, případně i regulace.

Zdroje: ledsmagazine.com, researchsquare.com

Foto: [1] public domain, [2] YassineMrabet

Japonská Nichia Corporation patří mezi světové špičky ve výrobě a vývoji světelných diod. Byly to právě její laboratoře, kde v devadesátých letech vznikla zcela první LED vyzařující bílé světlo. Nyní společnost ohlásila novou 1W LED s čistým bílým světlem (Clear White color LED), která se svými vlastnostmi zaměřuje speciálně na zrakové potřeby seniorů.

Není náhoda, že s tímto zaměřením vývoje přišla právě japonská firma. Japonsko je dobře známo stárnutím své populace, podíl seniorů nad 65 let zde činí již 30 % a nadále pomalu roste. Nejinak je tomu i v mnoha jiných vyspělých částech světa, včetně Česka. Koncept známý jako human centric light se tak docela pochopitelně zaměřil i na tento rostoucí segment populace a jeho přirozené potřeby.

Lidský zrak se s věkem značně mění. Čočka oka postupně žloutne, tudíž žloutnou i spatřované objekty. Oko ztrácí schopnost vidět především modrou část viditelného spektra v oblasti 450-550 nm. Čtení se tak stává náročnějším, obdobně klesá kvalita života i v jiných oblastech.

Dlouhodobě vyvíjená bílá LED od společnosti Nichia se proto tento posun vnímaného spektra u starších občanů snaží kompenzovat pomocí snížení žluté složky světla a úpravou chromatičnosti. Senioři tak mohou vidět pozadí textu bělejší a barvy objektů reálnější.

Nichia dává za příklad srovnání, že díky jejich speciální bílé LED s teplotou chromatičnosti 7800 K (tj. středně studené světlo) mohou osmdesátníci vidět objekty podobným způsobem, jako by je viděl dvacátník při běžném osvětlení o teplotě 5000 K (tj. neutrální „denní“ světlo). Pro srovnání: běžné vláknové žárovky kdysi mívaly velmi teplé světlo kolem 2700 K.

Zdroje: ledinside.com, nichia.co.jp

Ve 21. století se LED technologie rozmohly do té míry, že už jsou tím nejefektivnějším světelným zdrojem v domácnostech, průmyslu a nejnověji také v pěstování plodin. Budoucnost navíc slibuje využití LED v hi-tech oblastech, jako je bezdrátová síť Li-Fi či senzor LiDAR. Snadno tak zapomeneme, že světelné diody si v minulosti prošly velmi dlouhým vývojem. Připomeňme si několik zásadních milníků v historii LED.

1927 – Ruský vědec Oleg Vladimirovič Losev publikoval v několika světových vědeckých časopisech vynález zcela první LED. Jeho objev však ještě nespustil žádnou technologickou revoluci. Zřejmě i proto, že jím použitý karbid křemíku (SiC) byl pro světelné diody vysoce neefektivní a tedy nepraktický.

1962 – Za první LED vyzařující viditelné červené světlo se považuje ta, kterou vynalezl Nick Holonyak. Použil polovodič GaAsP, používaný pro některé barvy LED dodnes. Zajímavostí je, že ji vyvinul v laboratořích společnosti General Electric, kterou kdysi spoluzakládal „vynálezce“ žárovky Thomas Alva Edison.

1964 – Proslulá technologická společnost IBM poprvé využila červenou LED pro svůj počítač. Kvůli velmi malé výkonosti se tehdy dala světelná dioda využít maximálně jako kontrolka a vzhledem k vysoké ceně se hodila jen pro laboratorní použití. Jedna taková dioda od společnosti General Electric stála zpočátku až 260 dolarů, dnešním ekvivalentem to je zhruba 50 000 Kč.

1971 – Na trh přišla zcela první kapesní kalkulačka s LED displejem, Busicom LE-120A “HANDY”. Stála v té době astronomických 395 dolarů. To by se dnes po započtení inflace rovnalo zhruba 3000 dolarů, tedy 65 000 Kč. Přitom zvládala „jen“ sčítat, odečítat, násobit a dělit.

1972 – George Craford, jeden z Holonyakových žáků, zvýšil efektivitu původní červené LED desetinásobně a také vynalezl první žlutou LED. Dva doktorandi ze Standfordské univerzity v tomtéž roce vynalezli první modrou LED.

80. léta – Velké společnosti se začínají předhánět ve vývoji čím dál výkonnějších LED. Experimentují s novými polovodiči i technologiemi výroby.

1993 – Japonsko-americký vědec pracující pro společnost Nichia Shuji Nakamura vynalezl modrou LED s velmi vysokým jasem, využil nitridu galia (GaN). Díky tomuto objevu mohla později vzniknout i technologie Blu-ray, také to uspíšilo vývoj bílých LED. Nakamura za svůj význačný počin získal Nobelovu cenu za fyziku.

1996 – Vynález bílé LED byl velmi dlouho náročným problémem, který se konečně podařilo vyřešit tři roky po vynálezu výkonné modré LED. Opět za tím stála společnost Nichia, kde vědci zkombinovali Nakamurovu modrou diodu s luminoforem YAG (Yttrium Aluminum Garnet). Tento objev konečně umožnil využít LED pro běžné osvětlení. Bylo pak už jen otázkou času a výzkumu, než se světelné diody staly natolik výkonné, efektivní a levné, aby zcela nahradily klasické žárovky, zářivky i výbojky.

Zdroje: led-professional.com, ledlightinginfo.com, energysavinglighting.org

Foto: [1] ledmuseum.candlepower.us; [2] Nigel Tout; [3] Ladislav Markuš

Roku 1962 zazářila v amerických laboratořích konglomerátu General Electric (GE) vůbec první LED vyzařující červené světlo. Za vynálezem stál Nick Holonyak, nadaný syn imigrantů z východní Evropy. V té době sice už první LED v principu existovaly, dosud však vyzařovaly jen neviditelné infračervené záření.

Holonyak tehdy jako jeden z mála vědců experimentoval se sloučeninou GaAsP (Fosfid-arsenid gallitý), a to navzdory nesouhlasu svých kolegů, kteří v tomto polovodiči neviděli potenciál pro světelné diody. Jeho hypotéza se ale nakonec ukázala jako správná, přičemž GaAsP se pro výrobu červených, oranžových i žlutých LED používá dodnes.

Již pouhý rok po svém velkém objevu Holonyak předvídal, že LED v budoucnu nahradí klasické vláknové žárovky. Jak ale dnes víme, vedla k tomu ještě dlouhá cesta vývoje a inovací. Holonyak odešel brzy po svém objevu na univerzitu v Illinois, kterou sám jako mladý muž vystudoval, aby tam vedl malou skupinku nadaných studentů. Jeden z nich, George Craford, pak skutečně posunul technologii světelných diod značně kupředu. Roku 1972 vynaleznul první žlutou LED a také se mu podařilo desetinásobně zvýšit výkon původní červené Holonyakovy diody.

Nick Holonyak zemřel roku 2022 ve vysokém věku devadesáti tří let. Prakticky tak mohl vidět, jak daleko se vývoj LED dostal a jak světelné diody pomalu přebíraly světelnou nadvládu ve většině aplikací – od displejů našich zařízení až po úplnou náhradu žárovek ve všech možných odvětvích.

Zdroje: allaboutcircuits.com, ge.com, wired.com

Foto: [1] lamptech.co.uk; [2] Wikimedia Commons

Fluence, přední světový poskytovatel LED osvětlení pro komerční produkci konopí a potravin, byl vybrán Wageningen University & Research (WUR) jako LED partner ve svém novém nizozemském centru zaměřené na výzkum ekofenotypizace rostlin (NPEC). V nejmodernějším fenotypovacím skleníku NPEC se přípravky VYPR DUO 3×2 používají jako hlavní osvětlení k podpoře výzkumu.

NPEC se skládá ze šesti modulů ve dvou univerzitních kampusech, z nichž každý nabízí specializované platformy pro fenotypování s vlastními systémy měření. Ve specializovaném skleníku v kampusu WUR je umístěno pět klimatizovaných oddělení vybavených svítidly VYPR DUO 3×2 společnosti Fluence, 3D a hyperspektrální zobrazování, dopravníkové systémy a další senzory produkující vysoce přesná měření. Hlavní cíl měření je zaměřen na hlediska velikosti rostlin, barvy a polohy listů, která lze zkoumat, aby bylo možné porozumět genetické reakci rostlin na různé podmínky a ošetření, jako je teplo, sucho. nebo zvýšené zasolování půdy.

Kromě špičkových světel VYPR od společnosti Fluence, s bílým spektrum PhysioSpec™️ BROAD R4, budou výzkumníci NPEC používat zobrazovací skříň Maxi-MARVIN k podpoře výzkumu, vysoce výkonný 3D modelovací systém vyvinutý společností WUR, který dokáže rekonstruovat strukturu rostlin během milisekund. Mezi další high-tech výzkumné nástroje na WUR patří komora pro adaptaci na tmu a světlo a zobrazovací systémy schopné analyzovat fotosyntetickou účinnost rostlin.

Automatizované fenotypování umožňuje dramatické zvýšení rychlosti šlechtění rostlin a doby uvedení na trh nových odrůd plodin.

Zdroj: ledinside.com