Fremtidens lys: Lysdioder flytter ind overalt

For nylig kunne lysdioden fejre sin 50 års fødselsdag. Det kan måske lyde som en ubetydelig mærkedag, men ifølge to forskere har lysdiodens indtog haft indflydelse på de fleste danskeres hverdag.

»I dag kan du stort set ikke bevæge dig nogen steder hen, uden at du på en eller anden måde er i nærheden af en lysdiode. De findes efterhånden overalt,« siger lektor Per Thorsen, som underviser i lysdioder ved Ingeniørhøjskolen i Aarhus.

Dioderne, der også kendt under navnet LED - Light Emmiting Diode – findes blandt andet på kaffemaskiner, mikroovne, biler, juletræskæder, lyskryds og LED-pærer fra IKEA. Når du ser på din fladskærm eller din mobiltelefon, er skærmens baggrundsbelysning sandsynligvis også skabt af små lysdioder.

Ifølge Paul Michael Petersen, som er professor ved Danmarks Tekniske Universitet (DTU), kan man ligefrem tale om, at LED’en har revolutioneret vores brug af lys.

»Der er virkelig tale om et paradigmeskifte inden for belysning. Udviklingen af LED'en har åbnet for, at man kan designe helt nye lyskilder, som giver os nogle fantastiske muligheder,« siger Paul Michael Petersen, som er leder af en forskningsgruppe inden for LED-teknologi.

Den første lysdiode var rød

Lysdiodernes revolution er imidlertid ikke sket på en enkelt nat. Den første LED, der udsendte synligt lys, blev udviklet for lidt over 50 år siden af forskeren Nick Holonyak, som arbejdede for det amerikanske firma General Electrics.

Hans lysdiode kunne udsende et rødt lys, og den blev sat i produktion i 1963.

»Det var Nick Holonyaks opfindelse, som satte hele udviklingen i gang. Nogle af de første steder, man så, at lysdioderne blev anvendt, var til display på lommeregnere. Texas Instruments havde for eksempel lommeregnere i starten af 1970’erne med rødt display, og man så også de røde display på ure,« fortæller Paul Michael Petersen fra DTU.

I begyndelsen var lysdioderne imidlertid meget dyre - de par første år efter, at General Electrics havde sat lysdioderne i produktion, kostede en enkelt diode 260 amerikanske dollars. Dermed vil de fleste nok glæde sig over, at prisen på lysdioder er faldet væsentligt siden dengang, for på flere typer af nutidens mobiltelefoner udgøres skærmen af flere hundrede tusinde små lysdioder.

LED'en har mindre varmespild

Men hvad er det egentlig, som gør LED'en særlig i forhold til andre lyskilder? Ser man på LED'ens ældste forgænger – glødepæren – kan de fleste, som har rørt ved en tændt lampe, nikke genkendende til, at glødepæren udvikler en masse varme.

»De gamle lyskilder, vi kender, udvikler varme. Tænk bare på for eksempel Solen eller et bål. For glødelamperne gælder det samme – størstedelen af den energi, man bruger på en glødelampe, bliver udsendt som varme og ikke som synligt lys. Man kan sige, at en stor del af energien faktisk går til spilde,« siger lektor Per Thorsen.

Både lys og varme består i virkeligheden af det, som kaldes elektromagnetisk stråling. Elektromagnestisk stråling kan opfattes som bølger, der bevæger sig gennem rummet, og dermed er forskellen på lys og varme altså, at varme har større bølgelængder end lys.

»Glødelampen udsender i høj grad meget lange bølgelængder. De lange bølgelængder er lig med varme, og det er altså spild af energi. Da lysstofrøret kom frem, var det en forbedring på den måde, at lysstofrørene udsendte mere synligt lys, men man spildte stadig omkring halvdelen af energien på varme. Derfor er det helt særlige ved LED'en, at den kun udsender elektromagnetisk stråling i et meget smalt bølgeområde. Den kan altså i meget stor udstrækning koncentrere sig om at udsende synligt lys frem for varme,« siger Per Thorsen.

1990'erne: Det store blå gennembrud

Alt afhængig af hvilket materiale man opbygger lysdioden med, kan man variere de bølgelængder, den udsender – og dermed kan man også variere farven på lyset. I årtierne efter, at General Electrics havde opfundet den første røde lysdiode, kom der flere og flere farver på diodernes palet.

»Man blev efterhånden bedre og bedre til at blande materialer, og på den måde fik man lysdioderne til at udsende forskellige farver. Til sidst havde man alle regnbuens farver på nær den blå, og det var faktisk lidt af et gennembrud, da den blå LED endelig blev opfundet. Da den for alvor kom frem, begyndte man at lave blåt lys på stereoanlæg og blå baggrundsbelysning på møblementer. Det var sådan en tidstypisk ting, som blev smart i 1990’erne,« siger Per Thorsen.

Det var dog ikke så meget på grund af de blåtlysende stereoanlæg, at man anså det for at være et gennembrud, da den blå lysdiode blev opfundet i 1993.

»Grunden til, at der var så stor interesse for den blå lysdiode, var, at man vidste, at når man havde den blå farve, så ville man samtidig være i stand til at lave hvidt lys. Når en lyskilde udsender alle regnbuens farver på en gang, så opfatter vores øjne lyset som hvidt,« forklarer Paul Michael Petersen fra DTU.

Kan gøre os uafhængige af fossile brændstoffer

Udviklingen af lysdioder med hvidt lys var særligt afgørende, fordi det betød, at man pludselig kunne bruge LED'en til almindelig belysning. Frem for 'blot at være en rød indikatorlampe på kaffemaskinen', kunne lysdioden bruges til lamper i hjemmet, på gaden og alle andre steder, forklarer Paul Michael Petersen.

»LED’en er et stort fremskridt inden for almindelig belysning. I dag er LED-pærer så effektive, at de bruger væsentligt mindre energi end glødepærer og også mindre energi end energisparepærer. På den måde kan LED'en være med til at løse vores problemer med at gøre os uafhængige af fossile brændstoffer,« siger Paul Michael Petersen.

Udover at have et lavt energiforbrug har LED-pærer typisk også en lang levetid. De bedste LED-pærer kan ifølge Paul Michael Petersen lyse omkring 50-100.000 timer, mens energisparepærer holder omkring 10.000 timer og glødepærer kun omkring 1.000 timer.

»Levetiden er faktisk utrolig vigtig, for prøv bare at forestille dig, hvad det kræver, hver gang der skal udskiftes pærer i lyset langs motorvejen,« siger Paul Michael Petersen.

Han understreger dog, at ikke alle LED-pærer er af lige god kvalitet. En anden ulempe ved den nye type lyspære er prisen.

»I dag er en god LED-pære stadig dyr i forhold til andre lyskilder. Det er fordi, det er et kompliceret produkt at udvikle, men om få år vil prisen formentlig komme ned, så den kan måle sig med en gammeldags glødepære. Og så skal man huske at tænke på, at selvom en LED-pære er dyr at anskaffe sig, så holder den meget længere end andre lyskilder,« siger Paul Michael Petersen.

Usynligt lys fra dioder

Det er dog ikke kun på inden for synligt lys, at LED'en har gjort sig bemærket i løbet af sin 50-årige levetid. Nogle LED’er er nemlig udviklet til at udsende infrarødt lys – lys, som har en bølgelængde, der ikke er synlige for vores øjne.

»Man bruger for eksempel de infrarøde LED'er i supermarkeder, hvor de bliver sat op i indgangen, så man kan registrere antallet af besøgende. Det er også den samme teknik, man bruger i elevatorer, når man skal sikre, at der ikke står nogen ved skydedøren. Så de fleste af os støder på sådan et usynligt gitter af lys hver eneste dag uden at vide det,« forklarer Per Thorsen.

Han tilføjer, at selv i hjemmet møder mange af os usynligt lys fra LED’er. Infrarødt lys kan nemlig også bruges til at sende signaler mellem for eksempel en fjernbetjening og et fjernsyn.

»Man bruger LED'er til at sende signaler i lokale netværk – for eksempel mellem lydenheder eller computere. Det fungerer lidt ligesom et gammeldags morsesystem, hvor man sender signaler ved at blinke med sin lommelygte. LED'erne er bare i stand til at blinke 100 millioner gange i sekundet, og alle de her signaler er der en computer, som opfanger,« siger Per Thorsen.

Han forklarer, at de usynlige lyssignaler fra LED'er både kan sendes gennem specielle kabler og bevæge sig trådløst gennem luften.

»LED'erne er gode og billige til kommunikation i mindre, lokale netværk. Men man bruger dem ikke til at sende signaler mellem København og Jylland. Over længere distancer skal man have fat i en laser,« forklarer Per Thorsen.

LED er fremtidens lys

Samlet set har både synligt og usynligt lys fra LED'er altså fundet vej ind i vores hverdag i løbet af de seneste 50 år. Men betyder det, at vi skal sige helt farvel til andre lyskilder i fremtiden?

»Glødepærens tid er endeligt forbi, og den er allerede ude af produktion nu. Der vil nok være en lang række år, hvor vi stadig bruger energisparepære og lysstofrør, men der er ingen tvivl om, at på sigt bliver LED langt den mest dominerende lyskilde,« siger Paul Michael Petersen.

Per Thorsen er enig i, at LED'en er 'fremtidens lys'. Og dioderne kommer ikke kun til at sidde i natlampen, loftsbelysningen og gadelamperne.

»LED'en giver os fantastisk mange muligheder for at bruge lyset på nye måder. Vi kommer til at se, at man putter de her lyskilder ind mange steder, hvor vi slet ikke forestiller os det i dag. Man kunne for eksempel forestille sig, at vi laver rum, hvor hele væggen er dækket med lysdioder – som en slags kæmpe fladskærm. Eller gardiner, der kan lyse og skifte farve,« forudser Per Thorsen.

Om LED'en kan leve op til de lysende forventninger – det kan kun fremtiden vise.