FotonMag

Zejména v souvislosti s pandemií COVID-19 se na začátku tohoto desetiletí rozmohl trend všelijakých technologických vychytávek, které mají omezit šíření patogenů. Velkou roli v tom hrají i LED technologie, ať už například v senzorech LiDAR hlídajících rozestupy nebo v dezinfekci veřejných prostorů ultrafialovým zářením UV-C. Hned několik společností se zaměřilo i na dveřní kliky, které jsou jedním z nejčastějších přenašečů patogenů, obzvláště v nemocnicích.

Mnohé vývojářské firmy vyřešily tento problém tak, že navrhly vnější zařízení s dezinfekčními UV-C LED, které se přimontuje na dveře poblíž kliky. Tu pak zpravidla automaticky ozáří vždy po jejím použití. Menší firma Polarity Medical technology na to šla z opačného konce a navrhla průhlednou kliku SafeTOUCH s ultrafialovými LED zabudovanými přímo uvnitř.

Ačkoli se nové kliky ještě nedostaly naplno na trh, CEO firmy Tom Chi už v rozhovoru pro LEDsMagazine specifikoval některé její parametry. Menší množství UV-C diod v klice by mělo zničit patogeny do 3 až 6 sekund. Povrch průsvitné kliky je navržen tak, aby ultrafialové záření nebezpečné pro člověka zůstalo co nejblíž povrchu kliky a nevyzařovalo do prostoru. Infračervené senzory navíc zajišťují, aby klika nezářila, pokud se k ní zrovna někdo přiblíží. Zdroj energie je řešen pomocí akumulátoru zabudovaného do snímatelného tělesa pod klikou, případně skrze stálý 9V zdroj. Součástí kliky může být i odnímatelný modul pro dezinfekci vzduchu v okolí dveří.

V současnosti je naplánována instalace klik SafeTOUCH do dvou nemocnic v Nizozemsku, také se čeká na schválení některých patentů. Na poslední kvartál roku 2023 už firma plánuje masovější rozšíření. Kromě nemocnic se samozřejmě nabízí využití dezinfekčních klik do všech typů sdílených prostor, ať už jsou to veřejné toalety, korporátní kanceláře nebo třeba hotely.

Zdroje: ledsmagazine.com

Výrobci LED dnes mají obrovské pole možností, co se týče navrhování světel. Poměrně svobodně mohou měnit teplotu chromatičnosti či vyvážení modré složky. Lékařští odborníci nyní vydali prohlášení, aby toho vývojáři LED využili a zohlednili tzv. cirkadiánní rytmus člověka.

Cirkadiánní rytmus řídí spoustu našich biologických procesů jako je spánek, bdělost, trávení či regulace krevního tlaku a je tak nezbytný pro dobré zdraví. Tento rytmus byl po tisíce let přirozeně závislý jen na slunci, s umělým osvětlením dnes ale bývá často rozhozený.

Za iniciativou stojí Martin Moore-Ede, bývalý profesor na Harvardu. Provedl dotazníkový průzkum u 248 vědců, kteří dohromady vydali 2 697 recenzovaných studií zabývajících se cirkadiánní rytmem a světlem. Naprostá většina z nich se například shodla na tom, že intenzivní vnitřní světlo v noci narušuje cirkadiánní rytmus a že dlouhodobé narušení tohoto rytmu obecně škodí zdraví (souhlasilo 98,4 % vědců), zvyšuje riziko spánkových poruch (87,7 %) či dokonce riziko obezity a cukrovky (74,7 %).

Obzvláště zajímavé je také tvrzení, na kterém se shodlo 93,2 % vědců: zvyšování energetické efektivity světel je žádoucí, avšak jen pokud nezvyšuje riziko narušení cirkadiánního rytmu a vážného onemocnění.

Moore-Ede k tomu řekl, že „méně než 0,5 % prodávaných světel dnes chrání cirkadiánní zdraví změnou modré složky v průběhu dne a noci. Mnoho lidí ve světelném průmyslu tvrdí, že cirkadiánní věda není dostatečně vyzrálá na to, aby ji šlo začlenit do výroby. Proto jsme oslovili vedoucí vědce zabývající se cirkadiánními rytmy a světly.“

Vědec se domnívá, že stomiliardový světelný průmysl potká podobný osud, který už potkal mnoho jiných potenciálně škodlivých průmyslových odvětví – vznik standardů, kontrola klamavých tvrzení výrobců, případně i regulace.

Zdroje: ledsmagazine.com, researchsquare.com

Foto: [1] public domain, [2] YassineMrabet

Senzory LiDAR začínají už nyní hrát velkou roli v digitalizaci průmyslu, vytváření 3D modelů prostoru i v řízení autonomních vozidlech. Zajímavé uplatnění tato technologie nalezla i v době pandemie COVID-19, kdy senzory dokázaly hlídat dodržování předepsaných rozestupů. O něco podobného teď nově šlo i na obřím hudebním festivalu Rock am Ring, kde senzory LiDAR zajišťovaly pojistku proti umačkání lidí.

Německý Rock am Ring konaný na začátku června je jedním z největších festivalů na světě, letos jej navštívilo 90 000 návštěvníků. Když se dá taková masa rockových fanoušků do pohybu, jde už o potenciálně nebezpečnou situaci. Jsou známy případy festivalů, kde takto došlo ke smrti fanoušků následkem udušení. A právě zde může technologie LiDAR pomoci s prevencí rizik.

V letošním ročníku bylo před hlavní stage strategicky rozmístěno šest senzorů LiDAR od firmy Blickfeld. Ty kontinuálně snímaly 3D scan zalidněného prostoru, přičemž analytický software od společnosti EvoCount vyhodnocoval data. Pokud se na některých místech nashromáždil příliš velký dav lidí, systém dal upozornění pořadatelům, kteří se mohli rozhodnout pro patřičná opatření.

Letos se do jisté míry jednalo o zkušební projekt, v příštím ročníku 2024 již pořadatelé chtějí tento systém zavést v celém areálu festivalu. Nutno doplnit, že použitá technologie nijak neslouží ke sledování jednotlivců ani neporušuje zásady soukromí. Senzory LiDAR už z principu své funkce nemají schopnost jednotlivce rozpoznat. Pouze anonymně zaznamenávají proudění lidí a jejich hustotu na metr čtvereční.

Zdroje: ledinside.com, blickfeld.com

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