Novákoviny

stránky publicisty Jana A. Nováka

LED: půl století studeného světla

led1

Na začátku byla malá červeně světélkující tečka a vůbec to nevypadalo, že začíná další elektronická revoluce. Jen jeden velmi specializovaný odborný věstník přinesl 1. prosince 1962 zprávu o tom, že se podařilo sestrojit diodu, která svítí viditelným světlem. Dnes najdeme technologii LED prakticky všude.

 

 

Zkratka LED znamená Light Emiting Diode, tedy dioda vydávající světlo - a z toho mimochodem vyplývá, že v češtině často používaný termín "LED dioda" je stejně nesmyslný jako třeba "žárovková žárovka". Tři písmena LED vyjadřují zdánlivě prostou skutečnost, že některé látky při průchodu elektrického proudu světélkují - a že jim k tomu stačí mnohem méně energie, než ostatním světelným zdrojům. Využití tohoto jevu ale vůbec jednoduché nebylo a od prvních objevů až k dnešním LED televizorům, LED žárovkám, displejům, indikátorům a další elektronice s těmito prvky vedla dlouhá a složitá cesta. Ledacos přitom naznačuje, že vlastně stojíme teprve na jejím začátku.

 

Světélkující krystaly

Roku 1907 si Henry J. Round (1881-1966), asistent průkopníka bezdrátové telegrafie Guglielma Marconiho, všiml, že některé látky světélkují, když jimi protéká elektřina. Šlo o krystaly, které se používaly jako diody k detekci radiového signálu v tehdejších primitivních přijímačích.

led5

Dioda je elektronický prvek, který vede proud jen jedním směrem. Používá se proto při přeměně střídavého napětí na stejnosměrné, k oddělení složek střídavého signálu a podobně.

 

obr: Některé krystalické látky při průchodu elektrickým proudem slabě světélkují. Dlouho se zdále, že jev námá praktické využití

 

 

Round testoval vlastnosti různých krystalů pro využití v radiopřijímačích a všiml si přitom zajímavého efektu. "Zaznamenal jsem, že na styku karborunda (karbid křemíku, SiC) a jiných substancí dochází při průchodu proudu ke žlutavému světélkování..." Přesně tak to roku 1907 napsal redakci odborného časopisu Electrical World.

Letos bychom tedy mohli slavit rovných 105 let od narození LED - jenže Round svůj objev považoval jen za zajímavost a dál se jím nezabýval. I tak měl co dělat: zůstala po něm více než stovka patentů. Mnohem větší jasnozřivost projevil ruský vědec Oleg V. Losev (1903-1942). Roku 1927 si Losev povšiml stejného jevu jako Round a začal ho zkoumat podrobněji. Pokoušel se ho teoreticky vysvětlit a navrhl možnosti využití. Ale nejen to: s neobyčejnou jasnozřivostí si uvědomil, že polovodičové prvky mohou nahradit tehdejší elektronky - a přitom spotřebovat méně energie a být mnohem menší i odolnější.

 

Ve špatný čas na špatném místě

První Loseova práce "Světélkující karborundum a detekce pomocí krystalů" vyšla v časopise Bezdrátová telegrafie a telefonie - a zcela zapadla.

led2

Stejný osud postihl i jeho další výzkum, včetně revoluční myšlenky, že krystaly by mohly nahradit nepraktické skleněné elektronky. A to i navzdory skutečnosti, že Losev nepublikoval jen v SSSR, ale také v německém a britském odborném tisku.

 

obr: Oleg V. Losev zkoumal světélkování krystalů v období mezi dvěma světelnými látkami a zřejmě neměl daleko k objevu polovodičových elektronických prvků včetně tranzistoru. Komunistické vedení strategický význam jeho práce nerozpoznalo a Losev zahynul na frontě

 

 

Snad je to i dobře, protože polovodičová technika by možná dokázala změnit průběh druhé světové války. Obzvlášť by ji asi využilo Německo, které tehdy bylo na špici vývoje televize, elektronických počítačů a další strategické elektroniky. Kdyby se jim to podařilo zmenšit a dostat do hlavic některé z raket Wehrnera von Brauna... raděj nedomýšlet.

Válka byla krutá i bez polovodičů a jednou z jejích obětí se stal také Oleg Losev, který padl při obraně Leningradu. Sovětský režim nedokázal rozpoznat, že jeho práce mohla mít sílu celých armád. Losevovou smůlou bylo, že se narodil ve špatné době na špatném místě.

 

Otec svítících diod

Jeden z důvodů proč si revolučních prací Olega Loseva vědecká komunita nevšímala, byla nízká účinnost polovodičů používaných v předválečné radiotechnice. Kromě karborunda k nim patřil především galenit a další přírodní krystaly. V nich se ovšem místa s potřebným efektem vyskytovala jen nahodile, takže první rozhlasové přijímače měly kuriózní součástku: skleněnou trubičku s krystalem, do něhož se píchalo drátkem. Uživatel to musel dělat tak dlouho, dokud zařízení nezačalo hrát...

led3

 

obr: "Otec svítících diod" Nick Holonyak

 

 

Až roku 1945 se ukázalo, že velmi efektivním polovodičem může být germanium a krátce poté vstoupil na scénu také levný a všudypřítomný křemík. Především se ale podařilo vlastnosti polovodičů dokonale teoreticky vysvětlit. Na základě toho vznikly polovodičové diody, do nichž už nikdo nemusel píchat drátkem, a pak následovaly tranzistory, které přinesly obrovský skok v miniaturizaci elektronických prvků. Čas dozrál i pro světélkující diody.

V polovině 50. let 20. století si Spojené státy uvědomily, že polovodiče jsou strategickou záležitostí a jejich výzkum nabral na obrátkách. Vědci testovali i méně obvyklé sloučeniny, mimo jiné také galium arsenid (GaAs), galium antimonid (GaSb) a další. Přitom si Rubin Braunstein ze společnosti Radio Corporation of America všiml, že tyto látky vydávají infračervené záření. Roku 1961 získali Robert Biard a Gary Pittman patent na infračervené diody.

Mnoho praktických aplikací se pro patent nenašlo, ale kdyby diody svítily i ve viditelné části spektra, dalo by se s tím už ledacos dělat. Krátce na to se potomkovi ukrajinských emigrantů Nicku Holonyakovi (nar. 1928) podařilo najít sloučeninu, která vydávala červené světlo. Jeho práce vyšla 1. prosince 1962 v časopise Applied Physic Letters - a toto datum je považováno za okamžik zrození LED. Holonyakovi od té doby říkali "otec svítících diod", přestože měl na svém kontě i mnoho dalších významných vynálezů. Byl mezi nimi i polovodičový laser, který umožnil vývoj CD disků a jejich přehrávačů.

 

Budoucnost je v OLED

Červené LED měly mnohem nižší spotřebu energie než klasické kontrolní žárovky, a tak se rychle ujaly jako indikátory v elektronice. Jednobarevnost a nízká intenzit světla ale dalšímu využití bránily, přestože už tehdy Nick Holonyak tvrdil, že jednou z nich budou ideální osvětlovací tělesa.

led4

 

obr: Organické LED (OLED) mají přinést nové kvality displejům i osvětlovacím tělesům. Zatím se ale ještě potýkají s mnoha dětskými nemocemi

 

 

Žlutou LED se podařilo vyvinout až roku 1972 Holonyakovu žákovi M. George Crafordovi, pak přibyla také zelená. A teprve roku 1977 předvedl Japonec Šuji Nakamura modrou diodu s tak silným jasem, že ji bylo možné použít také  k osvětlování. Otevřela se tím cesta k vývoji bílých LED žárovek, LED televizorů a další úsporné a přitom výkonné elektroniky.

Budoucnost LED je zřejmě v OLED - ve svítících diodách z organických sloučenin. Mají se uplatnit také jako svítidla s extrémně nízkou spotřebou, ale především v displejích a televizorech. Technologie nabízí mnohem vyšší jas i kontrast, lepší podání barev, nízkou spotřebu, rychlejší překreslování obrazu a celou řadu dalších předností. Už několik let se objevuje i v komerčních výrobcích, zatím ale pořád ještě zbývají nějaké ty mouchy k vychytání, především kratší životnost a nižší odolnost v nepříznivých podmínkách.

Jan A. Novák

Psáno pro Hospodářské noviny - Víkend

 

 


Přidat komentář


Bezpečnostní kód
Obnovit

 
Joomla Templates: by JoomlaShack