De led (light-emitting diode) wordt toegepast in alledaagse elektrische en elektronische apparaten. In 2011 was 35 procent van alle leds voor algemeen gebruik, dertig procent werd toegepast in mobiele apparatuur en achttien procent in signalering (bijvoorbeeld verkeersborden). Volgens MarketWatch dalen de kosten voor een ledlamp in 2020 met vijftig procent ten opzichte van nu. Het omslagpunt waarop leds verkrijgbaar zijn voor een dermate lage prijs, dat ze de meest gebruikte verlichting zullen zijn, komt daarmee steeds dichterbij. De vraag is nu: hoe is dit allemaal ooit begonnen?
Vijftig jaar geleden is de eerste praktische toepassing voor zichtbare ledverlichting uitgevonden. Hoewel elektroluminiscentie al in 1907 is ontdekt door de Britse uitvinder Henry Round, duurde het nog tot oktober 1962 voordat natuurkundige Nick Holonyak de ‘founding father of LED’ werd. Hij stuurde toen – werkzaam bij General Electric - een paper naar het Amerikaanse instituut van de natuurkunde. Die ging over de verbinding van galliumarsenidefosfide (GaAsP) als halfgeleider voor een led met een zichtbaar rood spectrum.
De uitvinding van de led door Holonyak leidde al in 1964 tot de commerciële introductie van ledschermen. Deze handgemaakte apparaten waren zeer duur en in de eerste tien jaar slechts verkrijgbaar in rood. Toch werden de miniatuurleds dankzij hun compacte afmeting en lange levensduur veel gebruikt als indicatoren in kleine rekenmachines en displays van digitale horloges. Dit gebeurde vooral in de vroege tot midden jaren zeventig van de vorige eeuw.
Holonyak was student bij Nobelprijswinnaar John Bardeen, de uitvinder van de transistor. Holonyak vond ook de quantum-well-laser uit: de basis voor cd-spelers en glasvezel. Verder ontwikkelde hij de eerste dimmer voor lampen in huishoudens.Wereldwijd gloeiend
Vanaf dat moment is de groei van ledtoepassingen vooral gedreven door innovaties in de materiaalkunde en de optische industrie, en door ontwikkelingen in halfgeleidertechnologie. Dit alles zorgde voor hogere lichtopbrengsten, efficiënter stroomverbruik en een toenemend aantal beschikbare kleuren. Het gebruik van diverse semiconductorverbindingen, zoals aluminiumarsenidefosfide (GaAlAsP), indiumgalliumnitride (InGaN) en aluminiumgalliumfosfide (AlGaP), ligt samen met fosforcoatings aan de basis van de verdere ontwikkeling van leds die licht uitstralen binnen het zichtbare spectrum.
In de afgelopen vijftig jaar heeft ledtechnologie flinke stappen vooruit gemaakt. Van rode en oranje tot groene ledlampen in de jaren tachtig tot de eerste blauwe galliumnitrideledlamp (GaN) een decennium later. In 1991 ontwikkelde de Japanse professor Shuji Nakamura de volgende doorbraak: wit ledlicht. Hij onthulde de eerste, zeer heldere ledlamp en maakte daarbij gebruik van een galliumnitride-emitter. Deze produceert een briljant blauw licht, deels omgezet naar geel via een fosforcoating.
Uiteraard draait het niet alleen om het brede spectrum van ledkleuren dat nu beschikbaar is. Ook is de lichtopbrengst steeds hoger en het energiegebruik steeds lager. Interessant genoeg is de snelheid waarmee led zich ontwikkelt, vergelijkbaar met de wet van Moore in de halfgeleidermarkt. Hier heet dit de Wet van Haitz. Die is voor het eerst opgesteld door dr. Roland Haitz en stelt ruwweg dat de productiekosten van een ledlamp per lumen (de eenheid voor lichtstroom) elke tien jaar met een factor tien afnemen. Tegelijkertijd neemt de lichtopbrengst per led met een factor twintig toe. Haitz voorspelt daarnaast dat de efficiëntie van op led gebaseerde verlichting in 2020 200 lumen per watt kan bereiken. Dit alleen bij voldoende R&D-investeringen in geavanceerde ledtechnologieën door overheden en de verlichtingsindustrie.
Het gebruik van ledlampen in achtergrondverlichting voor lcd-schermen is nu alomtegenwoordig in consumentenapparatuur, zoals mobiele telefoons, digitale camera’s, mp3-spelers en televisies. Dit biedt veel voordelen ten opzichte van lcd-achtergrondverlichting met koude kathode fluorescentie (CCFL). Led is goedkoper, heeft een lagere aanstuurspanning nodig, biedt een bredere kijkhoek, een hoog contrast en een breed kleurenspectrum. En natuurlijk is led zeer breed toepasbaar.
Een afsplitsing van ledlampen die belangrijk is om te noemen, is de organische ledtechnologie – OLED. Dit is eigenlijk een laag van elektroluminiscent materiaal tussen twee organische polymeerlagen. OLED-technologie biedt een extra dimensie voor verlichting. Mitsubishi Chemical Corporation, moederbedrijf van Verbatim, heeft enkele belangrijke verbeteringen toegevoegd aan het ontwikkelproces van op kleur afstembare (RGB) OLED-panelen. Deze wijzigingen zijn gebaseerd op uitgebreide kennis van, en ervaring in de verlichtingsmarkt.Verbatim onthulde onlangs de eerste kleuraanpasbare en dimbare OLED-module met een helderheid van maximaal 2.000 cd/m². De laatste serie VELVE OLED-modules is twee keer zo helder als eerdere apparaten.
Architecten en interieurdesigners kunnen OLED-technologie inzetten om atmosferische lichtomstandigheden te creëren zonder hotspotgebruik, schitteringen of overmatige lichtintensiteit. De VELVE OLED-modules van Verbatim zijn te gebruiken voor dynamische muurverlichting. De OLED’s zijn vooral geschikt voor creatief gebruik in podiumverlichting en nieuwe applicaties in disco’s en cafés. Het levert een harmonieuze, zachte lichtafstraling, geïntegreerde kalibratie en een gelijkmatige lichtdistributie van paneel naar paneel.
Nog efficiëntere ledlampen
Ledlampen zijn steeds vaker standaard in openbare buitenverlichting, zoals verkeerslichten en waarschuwings- en signaleringsborden.
Met name de autobranche neemt vaak zijn verantwoordelijkheid door gloeilampen te vervangen door ledlampen. Dankzij een efficiënt energieverbruik zijn ledlampen zeer geschikt voor elektrische en hybride auto’s. Er wordt gezegd dat elektrische auto’s met ledkoplampen zo’n tien kilometer verder kunnen rijden dan elektrische auto’s met gloeilampen.
Ledlampen kunnen ook een rol van betekenis spelen in toepassingen voor aquaria en in de sectoren pluimveeteelt en tuinbouw. Zo zijn planten bijvoorbeeld zeer gevoelig voor bepaalde golflengten van licht. Blauw en rood licht zorgen voor extra opname van chlorofyl en verbeteren de fotosynthese.
De verwachting is dat ledlampen het komende paar jaar de belangrijkste energiezuinige lichtbron worden. Ze nemen deze rol over van gevestigde technologieën als gloei- en halogeenlampen en compacte fluorescentielampen (CFL), ofwel (energie)spaarlampen. Het omslagpunt komt snel dichterbij dat ledlampen zo voordelig zijn, dat ze de dominante verlichtingstechnologie zullen zijn.
Volgens het Electronics.ca Research Network is de ledmarkt voor algemene verlichting in 2012 15,5 miljard euro waard, en 25 miljard euro in 2017. Tot op heden leveren lcd-monitoren en ledachtergrondverlichting voor televisies de belangrijkste bijdrage aan deze groei, nauw gevolgd door mobiele displays. Analisten voorspellen dat ledverlichting in 2014 marktleider is. In 2021 heeft ledverlichting naar verwachting een aandeel van meer dan vijftig procent in de commerciële bouwmarkt.
Schakel vandaag nog om
In september 2012 is er een verbod ingesteld op de productie en import van standaardgloeilampen in de gehele Europese Unie. Dit verbod kwam er door het alarmerende hoge energieverbruik dat traditionele lampen hebben – in de regel wordt slechts tien procent van de energie voor een lamp gebruikt voor het uitstralen van zichtbaar licht. Consumenten en zakelijke professionals moeten nu dus kiezen voor lichtalternatieven met een lager energieverbruik, zoals light-emitting diodes (leds) en compacte fluorescentielampen (CFL). Ledlampen hebben een levensduur die vijf keer zo lang is als die van CFL. Daarnaast gaat led direct aan bij het inschakelen en bevat het geen gevaarlijk materiaal, zoals kwik. Ledlampen zijn bovendien beter bestand tegen schokken en trillingen.
Al voor het verbod op traditionele lampen introduceerde Verbatim een complete serie van kostenefficiënte, retrofitledlampen voor thuisgebruik. Die zijn speciaal ontworpen om tegemoet te komen aan de vraag naar betrouwbare, energiezuinige verlichting van hoge kwaliteit.
Verlicht de toekomst
Wat heeft led – naast energiezuiniger gebruik en hogere lichtopbrengst – in de toekomst nog meer te bieden? Ledlampen zullen steeds ‘slimmer’ worden. Een uitdrukking die we de komende jaren veel gaan horen, is het ‘Internet of Things’. Alle elektronische apparaten krijgen uiteindelijk een eigen IP-adres, zelfs individuele ledlampen. Dit betekent dat we ooit de verlichting in ons huis en op kantoor kunnen besturen vanaf onze smartphones.
Wat de toekomst ook in petto heeft, voor ledlampen is ze scherp en helder.
