Novákoviny

Nobelových cen za fyziku, které bezprostředně souvisejí s nějakým běžným předmětem denní potřeby, není zas tak moc. Ale zrovna ta letošní mezi ně patří: o tom, že výkonné a přitom úsporné LED mají něco do sebe, se mohl přesvědčit každý už v den vyhlášení laureátů v kdejaké prodejně eletrozboží. Svým způsobem to je přelomové, protože o rentgenu, laseru, urychlovači, a většině dalších oceněných vynálezů to říci nešlo.

"Osvětlení představuje 20 až 30 procent energetické spotřeby lidstva," konstatovala komise pro udělování Nobelových cen ve své zprávě. "Elektroluminiscenční modré diody jsou desetkrát efektivnější než běžné žárovky a mají mnohem větší životnost než zářivky. Přínos pro lidstvo při úsporách energie je tedy zjevný."

Medaili s portrétem Alfréda Nobela si tedy v prosinci ve Stockholmu převezmou japonští fyzikové Isamu Akasaki, Hiroshi Amano a Shuji Nakamura, kteří dokázali, aby do té doby nepříliš silné světloemitující diody (LED) začaly svítit modrým světlem - a hlavně silně. Odtud už vedla přímá cesta i k bílým LED a k dnešním LED žárovkám.

Zapomenuté objevy

"Zaznamenal jsem, že na styku karborunda (karbid křemíku, SiC) a jiných substancí dochází při průchodu proudu ke žlutavému světélkování," napsal už roku 1907 redakci odborného časopisu Electrical World Marconiho asistent Henry J. Round (1881 - 1966).

obr: Už mezi světovými válkami zkoumal elektroluminiscenci polovodičů Oleg Losev. Přestože pracoval ve skromných podmínkách, dostal se blízko k objevu tranzistoru. Význam jeho práce byl ale rozpoznán až po jeho smrti

Jenže to nikoho nezaujalo a tak musel roku 1927 stejný jev znovu objevit ruský vědec Oleg V. Losev (1903 - 1942). Na rozdíl od Rounda ho začal zkoumat podrobněji. Pokoušel se zjistit příčiny a hledal i možnosti praktického využití. I jeho práce se nesetkaly s pochopením, přestože Losev v nich stál jen krok od objevu tranzistoru. Druhá světová válka by asi vypadala jinak, kdyby některá z válčících stran byla všímavější.

Oleg Losev padl u Leningradu - a teprve v 50. letech si v USA uvědomili strategický význam polovodičů. Tehdy si Rubin Braunstein ze společnosti Radio Corporation of America všiml, že tyto některé sloučeniny galia vydávají při průchodu proudu infračervené záření. První skutečná LED se ale narodila až 1. prosince 1962, kdy v časopise Applied Physic Letters potomek ukrajinských emigrantů Nick Holonyak uveřejnil práci o materiálech, které svítí i ve viditelné části spektra.

LED pak rychle našly využití v elektronice jako indikátory, dlouho se ale zdálo, že pro osvětlování se nehodí. Hlavní příčinou byl nízký světelný tok, který dosahoval hodnoty jen zlomků lumenů. Další potíž byla s barevností. Ze samotného principu elektroluminiscence vyplývá, že není problém vyrobit LED červenou, modrou, zelenou atd., horší už to ale je s bílou barvou. Ta (jak si možná ještě pamatujeme ze školy) nemá určitou vlnovou délku, ale vzniká mísením "skutečných" barev.

Tajemství modrého světla

Poptávka po úsporných zdrojích světla, společně s nedostatky dnešních svítidel, však vývojové pracovníky nutila LED vylepšovat i tímto směrem. Ale teprve roku 1993 předvedl jeden z letošních laureátů Nobeovy ceny Shuji Nakamura modrou diodu s tak silným jasem, že ji bylo možné použít také jako k osvětlování.

obr: Vynález modré LED otevřel cestu k úsporným žárovkám s mimořádně dlouhou životností

Foto: Wikimedia

Příběh modré diody ale začal v 80. letech, kdy japonští vědci zkoumali kombinace různých materiálů, které by vykazovaly lepší vlastnostmi než dosavadní polovodiče. Koncem 80. let Isamu Akasaki, Hiroshi Amano a jejich spolupracovníci zkoumali možnosti výroby polovodičů na bázi galium nitridu a způsoby, jak je obohacovat dalšími prvky, aby získaly požadované vlastnosti. Mimo jiné při tom zjistili, že přidání atomů zinku nebo hořčíku vede k velmi efektivnímu vyzařování při průchodu proudu. Nakamura jev teoreticky vysvětlil - a tím otevřel cestu k výkonným LED.

O pár let později Nakamura předvedl i bílou diodu. Nic už nebránilo vzniku LED žárovek, LED televizorů a další úsporné a přitom výkonné elektroniky.

Vlastnosti LED lze bez nadsázky označit za fantastické. Kromě nepatrné spotřeby energie je to i životnost, která dosahuje desítek až stovek tisíc provozních hodin (v praxi se uvádí až 20 let). Jsou malé, dobře vzdorují otřesům a dalším mechanickým vlivům, nevydávají tepelné záření. Plný světelný výkon dávají hned po zapnutí, nevadí jim časté vypínání a světelný výkon lze plynule měnit. Cenově dnes vycházejí lépe než tzv. úsporné žárovky, svými vlastnostmi je však výrazně překonávají.

Nízké provozní napětí navíc dělá z tohoto zdroje světla ideální svítidlo nejen pro outdoorové aktivity (oblíbené čelovky) a dopravní prostředky, ale i pro objekty využívajících alternativní zdroje elektrické energie. Edisonův vynález žárovky bývá označován za počátek nové epochy lidstva - a vynález silných LED nejspíš umožní, že epocha světla nemusí skončit ani po vyschnutí fosilních zdrojů energie.

Jan A. Novák

Psáno pro iHned

Laureáti nobelovi ceny za fyziku 1014

You have no rights to post comments