Rewolucje technologiczne ostatniej dekady: oświetlenie LED

W latach 90-tych diody LED były całkiem powszechne - to były te małe, czerwone punkciki, które zapalały się w wieży stereo czy w alarmie w samochodzie. W ciągu ostatniej dekady zwiększyły one swoją wydajność tak drastycznie, że prawie pewne jest wyparcie przez nie innych źródeł światła.

Prawo Haitza

Drastyczny postęp w produkcji diod elektroluminescencyjnych (LED - Light Emitting Diode) nie jest niczym nowym. Podobnie jak w przypadku układów scalonych, dla których zauważono prawidłowość nazwaną prawem Moore'a (ilość tranzystorów w układach scalonych rośnie w tempie wykładniczym), dla diod LED od lat 70-tych cały czas obowiązuje prawo Haitza, stwierdzające iż każdej dekady, koszt diody LED na jednego emitowanego lumena (jednostkę miary strumienia światła) spada 10-krotnie, a ilość światła generowanego przez diodę LED rośnie 20-krotnie.

Wystarczy zresztą spojrzeć w nocy na pokój rozświetlany kolorowo przez diody sygnalizacyjne znajdującej się w nim elektroniki i przypomnieć sobie, jak słabo świeciły diodki w laptopach, routerach i komórkach jeszcze kilkanaście lat temu. Teraz czasami jedynym sposobem na spokojny sen w ciemności może być zaklejenie LEDów czarną taśmą izolacyjną.

Prawo Haitza obowiązuje dla określonego koloru diody - od lat 70-tych jest prawdziwe dla diod czerwonych, diody żółte i niebieskie zostały wprowadzone na rynek dużo później, ale również dla nich zasada ta pozostaje w mocy. A z połączenia żółtych i niebieskich diod udało się uzyskać białe światło. Białe źródło światła, którego wydajność rośnie wykładniczo stało się początkiem rewolucji.

Praktyczne wykorzystanie LEDów

Na początku 21. wieku diody zaczęły być wykorzystywane do generowania użytecznych ilości światła, podświetlając ekrany i klawiatury telefonów komórkowych (zużywanie niewielkich ilości prądu było istotniejsze niż generowanie niezbyt intensywnego światła), ale już pod koniec pierwszej dekady nowego wieku diody LED zaczynają wypierać żarówki w zastosowaniach takich jak latarki, podświetlanie ekranów LCD czy oświetlenie samochodowe z wysokiej półki. Już teraz LEDy są bardziej opłacalne od żarówek w miejscach, gdzie wymiana wypalonego źródła światła jest kosztowna, na przykład w sygnalizacji drogowej (chociaż należy wtedy pamiętać o rozwiązaniach chroniących przed śniegiem - sygnalizacja na LEDach nie generuje tyle ciepła co na żarówkach). Są też na najlepszej drodze do całkowitego wyparcia żarówek i świetlówek, brakuje im tylko jednego - odpowiednio niskiej ceny. Ale cena LEDów spada, cena elektroniki również.

Dlaczego istotna jest elektronika? Nowoczesne diody LED mają mnóstwo zalet - lepsze spektrum światła od kompaktowych świetlówek (wczesne białe diody były zwykle dość upiornie niebieskawe), natychmiastowe włączanie się i wyłączanie, wstrząsoodporność, nietoksyczność, możliwość płynnej regulacji jasności świecenia elektroniką, niewielkie rozmiary, nie przepalają się tylko zaczynają powoli ciemnieć, mogą emitować dowolne kolory światła. Ale żeby je wykorzystać, konieczne jest zapewnianie stabilnego prądu. Nawet niewielkie przepięcia mogą szybko zniszczyć diodę. Tanie chińskie LEDy i kiepska elektronika to świetna recepta na stwierdzenie, że żarówki czy świetlówki kompaktowe są dużo lepsze.

Światło w innej formie

Główną zaletą LEDów jest jednak coś, co jest również chwilowo ich wadą - są źródłem światła o zupełnie innej formie niż żarówka. Są małe, nie nagrzewają się specjalnie, łatwo je umieszczać w urządzeniach elektronicznych, samochodach, AGD, listwach przypodłogowych czy nawet w kamizelkach odblaskowych czy w kaskach motocyklowych. Ale dla diod wysokiej mocy istotne jest chłodzenie, dokładnie jak w przypadku procesorów i kart graficznych komputerów. W metalowej latarce nie jest to specjalnym problemem przy odpowiednio przemyślanym projekcie - najwyżej korpus latarki się zacznie nagrzewać.

Ale w czymś, co ma być wkręcone w oprawę żarówkową może to być problemem, dużo lepiej jest mieć lampę zaprojektowaną od zera z myślą o zastosowaniu w niej diody LED wysokiej mocy. I kiedy już projektanci oświetlenia się do tego przyzwyczają, źródła światła zaczną znajdować się w miejscach, o których wcześniej byśmy nie pomyśleli. Historycznie, wydatki na oświetlenie pozostają na stałym poziomie jeszcze od 18. wieku, ale rośnie ilość światła produkowanego przez naszą cywilizację. Diody LED sprawią, że miasta będą jeszcze jaśniejsze.

Na razie LEDy to jeszcze inwestycja kapitałowa, a nie materiał eksploatacyjny. Mało kto kupuje źródło światła z myślą o najbliższych 20 latach, a trwałość LEDów, rzędu 25 tysięcy godzin, oznacza że mogą pracować 10 do 20 lat bez konieczności wymiany. Więc na LEDy w domach będzie trzeba jeszcze trochę poczekać. Ale liczby mówią same za siebie - żarówki wytwarzają z jednego wata prądu około 15 lumenów, współczesne topowe diody LED mają prawie 100 lumenów na wat, a do końca 2012 powinny osiągnąć sprawność rzędu 150 lumenów na wat.

A w przyszłości nikt nie będzie opowiadać dowcipów o wymianie żarówki. Odejdą w to samo miejsce co anegdoty o świecach Jabłoczkowa.

[na podstawie IEEE Spectrum 1, 2]

Leszek Karlik

Więcej o: