SVĚTLO 2014/6 3 světelné zdroje Letošní Nobelovu cenu za fyziku zís-kala trojice vědců Isamu Akasaki a Hiro-ši Amano z Japonska a Šúdži Nokamura (americký vědec rovněž s japonskými ko-řeny – obr. 1) za vynález mod-ré světelné diody. Tolik stručná zpráva ze zasedání Švédské aka-demie věd.Naskýtá se logická otázka, proč toto ocenění bylo uděleno právě až nyní za modrou diodu, když princip světelných diod je znám již od počátku 20. sto-letí (v roce 1907 britský vědec H. J. Roud jako první pozoroval elektroluminiscenci polovodičů, o čemž informoval odbornou veřejnost svým krátkým dopi-sem redakci časopisu Electrical World, ruský vědec O. V. Losev v období 1924 až 1941 publikoval množství článků – např. v časopise Philosophical Magazine – podrobně popisujících funk-ci zařízení emitujících světlo na bázi elek-troluminiscence a první diodu vyzařující viditelné světlo představil Američan Nick Holonyak již před více než 50 lety a je po-važován za otce moderních LED světel-ných zdrojů).Až do vynálezu modrých světelných diod se na trhu uplatňovaly především LED zdroje nejdříve s červenou a pozdě-ji se zelenou barvou světla. Pro své tech-nické parametry (vysoká čistota světla, miniaturní rozměry, dlouhý život, malý příkon, malé napájecí napětí a přijatel-ný jas, ale poměrně malý světelný tok) se uplatňovaly především pro signální účely v průmyslu a automobilech a pro dekorační účely v obchodech aj., kde s úspěchem nahradily trpasličí žárovky, doutnavky, dekorační a barevné žárov-Nobelova cena za fyziku do Japonska za modrou světelnou diodu Ing. Vladimír Dvořáček ky, tužkové barevné zářivky atd. Rozvoj technologie výroby polovodičových čipů a vývoj nových, vysoce čistých materiálů pro jejich výrobu umožnily dále zlepšovat jejich vlastnosti, zejména měrný výkon, a rozšiřovat jejich sortiment o další bar-vy. Objevily se světelné diody žluté, fialové a rovněž světelné diody zářící v ul-trafialové a infračervené oblasti spektra. Stále však šlo o světelné zdroje vyzařují-cí ve velmi úzkém (několik desítek nano-metrů) spektrálním pásmu (obr. 2), což v určitých oblastech použití představu-je velkou výhodu (např. nezaměnitelnost barev zejména v signalizaci), ale zároveň značně omezuje možné oblasti jejich vyu-žití a přímo vylučuje použití pro účely všeobecného osvětlení. Zdokonalování světel-ných diod pokračovalo díky usilovnému hledání nových vysoce čistých materiálů a díky vývoji nových nákladných techno-logií výroby v mnoha firmách v technicky vyspělých zemích, ale dlouhou dobu ne-byly na trhu světelné diody bílé barvy.Z principu funkce světelné diody totiž nelze získat bílé světlo. Teprve vývoj světel-ných diod s modrou barvou světla zname-nal doslova převrat v oblasti LED světel-ných zdrojů a nastartoval jejich nečekaně bouřlivý rozvoj, protože umožnil vytvořit světelný zdroj na bázi LED s tolik potřeb-nou bílou barvou světla (obr. 3). Tu lze zís-kat dvěma způsoby a při obou je funkce modré diody nezastupitelná. První spočívá v klasickém přímém míšení světla červené, zelené a modré diody, druhý způsob využí-vá fosforescenci luminoforů buzených svět-lem modré diody. Současné špičkové světo-vé firmy vkládají do tohoto oboru ohrom-né investice, které se projevují v neustálém zvyšování měrného výkonu základní jed-notky všech LED zdrojů – polovodičové-ho čipu, kde současná špičková hodnota pro bílou barvu v laboratorních podmín-kách již přesáhla 230 lm/W. Zvládnutí séri-ové výroby a postupné snižování výrobních nákladů následně umož-nily rozvoj výroby bí-lých LED zdrojů vytvo-řených z jednotlivých čipů v dalších výrobních firmách, kde výrobci sví-tidel a světelných pří-strojů mohou uplatnit svou invenci při jejich sestavování do konkrét-ního konečného výrob-ku při podstatně nižších investičních nákladech. Hodnoty měrného vý-konu takto sestavených světelných zdrojů (ve tvaru klasických, deko-račních a reflektorových žárovek, lineárních a kompaktních zářivek, výbojek o malém příkonu atd.) v současné době již přesáhly 100 lm/W, a při výrazně lepších provozních vlastnostech tak překonaly velkou většinu konvenčních světelných zdrojů s podob-nými kolorimetrickými parametry. Autor je přesvědčen, že nejde o poslední slovo.Modré světelné diody tedy stojí u koléb-ky bílých světelných diod, které umožnily rozšířit jejich použití do nejrůznějších dří-ve nepředstavitelných aplikačních oblastí, včetně průmyslových hal a uličního osvět-lení. Postupně vytlačily a v blízké budouc-nosti jistě nahradí ještě spoustu dalších kon-venčních světelných zdrojů, které se tak sta-nou jen exponáty technických muzeí. Pro světelné techniky je určitě příjemné, že nej-vyššího světového ocenění za zásluhy o roz-voj fyziky se v letošním roce dostalo právě vědcům, kteří se zasloužili o rozvoj jim tak blízkého oboru. S Obr. 1. Súdži Nakanura – jeden z nositelů Nobelovy ceny za fyziku 2014 Obr. 2. Porovnání spektrálního složení energie barevných diod a bílé diody 100 80 60 40 20 0 poměrné spektrální složení (%) 400 500 600 700 800 vlnová délka (nm)To = 25 ° C Ip = 20 mA bílá dioda Obr. 3. Spektrální složení energie bílých diod s různou teplotou chromatičnosti Tcp = 5 000 až 10 000 K 100 80 60 40 20 0 poměrné spektrální složení (%) 400 450 500 550 600 650 700 750 vlnová délka (nm)Tcp = 3 700 až 5 000 K Tcp = 2 600 až 3 700 K