FotonMag

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

Snad každý nadšenec do technologií zná Moorův zákon, který předvídá stabilní vývoj výpočetní techniky. Podle něj se přibližně každé dva roky zdvojnásobí počet tranzistorů v integrovaném obvodu, a to při zachování stejné ceny. Méně známý je pak Haitzův zákon, který obdobným způsobem předvídá pravidelné zlepšování výkonu a efektivity LED.

Haitzův zákon praví, že každých deset let se množství světla vyzářeného jednou LED zvýší dvacetkrát, přičemž cena za jeden lumen se zároveň desetkrát sníží. Pro každou barvu světla to platí zvlášť.

Vědec Roland Haitz, svého času pracovník u společností Hewlett-Packard a Agilent Technologies, přišel se svou technologickou prognózou na přelomu milénia na základě dosavadního vývoje světelných diod. Vytvořil tak optimistický předpoklad, že pokud se do výzkumu nalije dostatek financí, LED se stane za dvacet let nejefektivnějším a nejrozšířenějším světelným zdrojem.

Ještě v roce 2010 se Haitzova předpověď přesně vyplnila, když od společnosti Cree přišla komerčně dostupná bílá LED s efektivitou 100 lm/W. Dalším předvídaným milníkem pak mělo být dosažení efektivity 200 lm/W roku 2020. Praxe však dokázala Haitzovu teorii předehnat, když tuto hranici překonala společnost Philips Lighting už v roce 2017.

Někteří odborníci tak dnes volají přinejmenším po redefinici Haitzova zákona, protože maximální teoretická fyzikální účnnost bílých LED se pohybuje někde kolem 300-330 lm/W a již nebude dále možné ji zdvojnásobovat. V současnosti se například klade čím dál větší důraz na koncept Human Centric Light (HCL), tedy osvětlení zaměřené na přirozené lidské potřeby. Spíše než na extrémně výkonné a efektivní LED za každou cenu tak dnes pozornost vývojářů směřuje také na rovnoměrné rozložení barev viditelného spektra a absenci blikání.

Zdroje: compoundsemiconductor.net, emergingtechbrew.com, researchgate.net

Foto: [1] Geek3; [2] haitzled.com; [3] Xiaobing Luo

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

Ohebné displeje rozhodně nejsou nic nového pod sluncem. Podíváme-li se hluboko do jejich historie, pak první ohebné „e-papíry“ byly vynalezeny již roku 1974. Ohebné displeje sestavené z LED se začaly objevovat na začátku našeho století, před deseti lety přišly na trh první skládací smartphony, a dokonce už se objevily i první pružné displeje s microLED a vysokým rozlišením.

Výzkumníci z korejského institutu KIMM teď posunuli technologii ohebných LED displejů ještě o krok dál. Jejich nový „meta-displej“, jak novou technologii nazvali, totiž můžete nejen ohnout, ale specifickým způsobem i rovnoměrně roztáhnout do stran a tedy zvětšit. A to až o 24,5 % bez degradace obrazu. Využili při tom tzv. mechanické metamateriály, které částečně čerpají inspiraci z tradičního japonského umění kirigami (v podstatě origami s nůžkami).

Představte si, že máte na kusu elastické gumy – tedy na zcela obyčejném materiálu – natištěný obrázek. Co se stane, když jej uchopíte za dvě protilehlé strany a roztáhnete? Obrázek se uprostřed přirozeně smrskne, deformuje. Oproti tomu nový meta-displej se zachová proti běžnému očekávání jinak. Díky použití metamateriálů s auxetickými vlastnostmi se tento meta-displej roztáhne rovnoměrně po celé své ploše do všech čtyř stran. Díky tomu také nedojde k promáčknutí povrchu meta-displeje, pokud bude položen na nerovnoměrný povrch.

Výzkumníci z korejského institutu zatím vytvořili první microLED meta-displej s úhlopříčkou 3 palce. O svém zajímavém počinu informovali v recenzovaném časopise Advanced Functional Materials. Další kroky povedou podle člena týmu Dr. Bongkyuna Janga k zavedení této technologie do praxe. Kromě využití do mobilů a podobných elektronických zařízení může ohebný meta-displej najít potenciální využití také v medicíně a kosmetice.

Zdroje: azooptics.com, onlinelibrary.wiley.com

Vědcům z prestižního výzkumného centra SMART (Singapore-MIT Alliance for Research and Technology) se podařilo vytvořit dosud nejmenší křemíkovou LED na světě. Její šířka je menší než jeden mikrometr, přitom ale dokáže vyzařovat více světla než dosavadní křemíkové světelné diody značně větších rozměrů.

Nejde přitom jen o nějakou vědeckou kuriozitu s minimálním praktickým užitkem. V blízké budoucnosti by tato přelomová technologie mohla vstoupit i do našich běžných životů ve velmi zajímavé podobě. Například má potenciál technologicky umožnit, aby se kamery našich smartphonů proměnily v mikroskopy schopné zachytit objekty o velikosti jednotek či nižších desítek mikrometrů – tedy na úrovni bakterií či lidských tělesných buněk. Podle vyjádření vědců by stačilo doplnit již existující smartphony pouze o tuto novou LED a nějaký velmi chytrý software.

Výzkumníci toto zajímavé využití už experimentálně vyzkoušeli a s výsledky se pochlubili v recenzovaném časopise Nature Communications. Jedná se o technologii tzv. digitální holografické mikroskopie, která se obejde bez běžných čoček. Pomocí této nové miniaturní LED vědci nasvítili vzorek (latexové kuličky o průměru 20 μm) a zaznamenali jej pomocí miniaturní CMOS kamery o velikosti 1,76 cm x 1,33 cm. Tak vznikl holografický záznam vzorku, který následně bylo nutné rekonstruovat pomocí vysoce komplexního algoritmu s využitím umělé inteligence. Výsledný obraz této metody má natolik vysoké rozlišení, že výrazně předčí klasické mikroskopy s optickými čočkami.

Obrovský potenciál nové micro-LED se pak nabízí zejména v medicíně, kde umožní posun v oblasti zobrazovacích metod nebo miniaturních implantátů.

Zdroje: hackster.io, newatlas.com

Určitě tu situaci dobře znáte. Jdete rušným městem a zastavíte se na přechodu pro chodce bez semaforu. Kouknete vpravo, nic nejede, kouknete vlevo, zpoza zatáčky zrovna vyjíždí velké SUV. Nějakou chvíli pozorujete, zda vás řidič zaregistroval a už zpomaluje, nebo jestli vás bude víceméně ignorovat. Pro jistotu čekáte, dokud není auto natolik blízko, abyste za předním sklem spatřili řidiče a jeho případné gesto. Špatné vyhodnocení situace může vést k vážné nehodě, přičemž obzvláště riziková jsou v tomto ohledu velká SUV.

Škoda Auto teď přišla s neotřelým nápadem, jak silniční bezpečnost do budoucna zlepšit. Momentálně testuje prototyp speciálního zařízení na svém elektrickém modelu Enyaq iV. Tohle SUV od Škody má v běžné verzi obyčejnou masku chladiče z plastu, který mohou zákazníci za příplatek nahradit designovou maskou Crystal Face, která má elegantní podsvícení. Nově ale vývojáři ze Škody zkoušejí pilotní projekt, ve kterém originální masku nahradili speciálním LED displejem.

Pokud Enyaq iV začne zpomalovat před přechodem, na předním LED displeji se automaticky rozehrají piktogramy v zelených barvách. Konečná podoba symbolů se prozatím testuje, většinou ale mají podobu zeleného panáčka a šipek. Pokud program naopak vyhodnotí, že auto nezastaví, zobrazí se na displeji výstražné červené trojúhelníky či křížky. Řidič zároveň na vnitřní obrazovce automobilu může vidět, co LED displej zrovna chodcům ukazuje.

Zdroje: topgear.com, autodaily.com.au

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

Výrobce laserových modulů Convergent Photonics vyvíjí nové moduly, které jsou ideální pro vysoce výkonné průmyslové aplikace a rovněž pro široké spektrum lékařských laserových aplikací, a to díky zavedení nového balíčku (CoS) pro 445nm modré laserové diody od společnosti ams OSRAM.

Několik CoS laserů lze kombinovat v jednom modulu, aby se ušetřilo místo. Za tímto účelem jsou mikrooptické čočky namontovány v blízkosti laserové fasety, což umožňuje spojení jednotlivých laserů do optického vlákna, a tím mnohem přesnější kontrolu tvaru a velikosti paprsku. Tento kompaktní modulární design také umožňuje lepší tepelné řízení než systémy založené na laserech ve formátu TO.

Laserové moduly Convergent Photonics, spojené s optickým vláknem o délce 100 µm a výstupním optickým výkonem až 100 W, lze kombinovat pro další zvýšení výkonu a poskytují velmi kompaktní řešení pro laserová zařízení. Pro lékařské aplikace rovněž dochází ke kombinaci několik modrých CoS laserů od společnosti ams OSRAM, které jsou integrovány s řídicí elektronikou, aby poskytly velmi kompaktní samostatný zdroj. Navíc díky kombinaci s různými vlnovými délkami poskytuje Convergent Photonics řadu hybridních zdrojů s více vlnovými délkami, všechny zabalené v jediném kompaktním modulu, pro použití v pokročilém chirurgickém zařízení.

Zdroj: ledinside.com

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