Lähes kaikki tuntevat ledit erilaisten elektronisten laitteiden merkkivaloista ja numeronäytöistä. Ledien heikko valoteho ja väriominaisuudet ovat rajoittaneet käyttömahdollisuuksia. uudet led-materiaalit ja kehittynyt tuotantoprosessi ovat mahdollistaneet kaikissa spektrin väreissä toimivan kirkkaan ledin, mukaan lukien valkoisen. Hehkulamppua parempi kestävyys ja pienempi koko ovat edistäneet ledien käyttöä uusissa sovellutuksissa. Nämä sovellutukset ovat tiukentaneet merkittävästi ledien optisten ominaisuuksien vaatimuksia.
Ledien ominaisuudet, kuten fyysinen koko, valovoimakkuus, spektri ja valonjako poikkeavat perinteisistä valonlähteistä jotka on yleisesti kehitetty fotometrian määriä vastaaviksi. Ledien valo- ja säteilyarvojen korkeatasoista mittaamista haittaavat mittausjärjestelmien epäkohdat ja väärät testausolosuhteet. Perinteinen mittausjärjestelmä ei kykene simuloimaan silmän reaktiota spektrin näkyvän osan ääripäissä joten se muodostaa virheellistä tietoa tutkittaessa punaista, sinistä ja joitain valkoisia ledejä.
Energiansäästömahdollisuudet ovat huomattavat. Korvaamalla esimerkiksi kaikki Yhdysvaltojen liikennevalot ledeillä, pystyttäisiin säästämään lähes 2,5 miljardia kilowattituntia vuodessa. Maailmassa arvioidaan valmistettavan 20 miljardia lediä vuosittain. Viime vuosikymmenen kehitystyön ansiosta ledeistä on saatu kirkkaita ja on myös pystytty kehittämään valkoinen led. Perinteisiin valonlähteisiin verrattuna ledeillä on pienempi sähkönkulutus ja alhaisempi jännite, pidempi elinikä, pienempi koko ja viileämpi lämmöntuotto.
Japanin ulkomaankauppa- ja teollisuusministeriö arvioi valtion säästävän kuuden keskikokoisen voimalan tuottaman energiamäärän jos ledit korvaisivat puolet nykyisistä hehku ja loisteputkivalaisimista. Todistaakseen väitteensä ministeriö on rahoittanut viisivuotisen tutkimuksen ”2000-luvun valaistus”.
Puolijohteella tuotetun valon historia ulottuu peräti vuoteen 1907 asti. Tuolloin raportoitiin ensimmäisen kerran puolijohteella aikaansaadusta valosta. Valodiodeja kehitettiin ja patentoitiin Venäjällä mutta työ katkesi pääsuunnittelija Losovin kuolemaan Toisessa maailmansodassa. Nykyaikaisen ledin kehitystyö alkoi 1960-luvulla jolloin ryhdyttiin kehittämään diodilaseria.
Ensimmäiset ledit tuottivat infrapunasäteitä ja ne olivat perustana ensimmäisille punaisille ledeille. Valoteho oli vaatimatonta, noin 0,15 lumenia/watti, mutta vuosikymmenen kehitystyö lisäsi tehon yhteen lumeniin, riittävän kirkkaaksi esimerkiksi taskulaskimiin. (Vertaa: 60 watin hehkulamppu jonka valovirta on 15 lumenia/watti tuottaa 900 lumenia)
Mielenkiinto alaa kohtaan kasvoi vuonna 1988 jolloin esiteltiin kirkkaat punaiset ja oranssit ledit. Kokoonpanotekniikan läpimurrot mahdollistivat ledien pienemmät ja yksityiskohtaisemmat rakenteet. Seuraava suuri muutos tapahtui vuonna 1990 kun Hewlet Packard ja Toshiba toivat markkinoille Allengap-ledin joka oli aikaisempia kirkkaampi ja laajaspektrisempi. Allengap-ledin materiaalia pystyttiin muuttamaan siten että saavutettiin aallonpituudet välillä 645 – 560nm. Oranssin värisellä Allengap-ledillä on pystytty tuottamaan 100lumenia.
Vihreiden ja sinisten ledien tutkimusta tehtiin eri materiaaleilla kuin Allengap-ledejä. Vihreät ledit kehitettiin jo melko varhaisessa vaiheessa. Pienestä menestyksestä huolimatta vihreät ledit eivät koskaan saavuttaneet tyydyttävää valotehoa vaan ne jäivät alle 1 lumeniin/watti.
Sinisten ledien kaupallista menestystä auttoi osaltaan niiden miellyttävä aallonpituus. Silikonikarbidiin perustuneen sinisen ledin tehokkuus oli jopa pienempi kuin vihreän ledin. Tilanne muuttui dramaattisesti kun japanilaisen Nichia-yhtiön tutkija Shuji Nakamura kehitti galliumnitridiin perustuneen käytännöllisen sinisen ledin.
Ongelmia väritasapainon säilyttämisessä
Kirkkaiden vihreiden ja sinisten ledien myötä on avautunut useita tapoja tuottaa valkoista valoa. Yksinkertaisin tapa on yhdistää kolme perusväristä lediä. Tämä menetelmä aiheuttaa kriittistä pohdintaa väritasapainon säilyttämisestä koska jokainen kolmesta ledistä muuttuu eri tavalla lämpötilan, sähkövirran ja iän mukaan.
Väritasapainon säilyttäminen on ongelmana myös ledeissä jotka yksin tuottavat valkoista valoa. Nämä ledit koostuvat eri aineiden kerroksista ja onkin epäselvää miten ne muuttuvat ajan ja olosuhteiden mukaan. Väritasapainon muutosepäilyt ovat johtaneet Nichia-yhtiön tuottamaan valkoista valoa ultravioletin ledin ja fosforin yhdistelmänä. Tämän muutoksen haittana on valotehon lasku ja siksi japanilaisten päällimmäisenä huolenaiheena onkin uudenlaisten fosforien kehittäminen.
©Jukka Laine 2002 kotisivut http://jukkalaine.cjb.net/