Med ett nytt halvledarmaterial, GaN, går det att göra billiga, strömsnåla och långlivade starka vita lysdioder. Den trogna glödlampan har snart spelat ut sin roll i många tillämpningar.


Vi har sett starka lysdioder ersätta glödlamporna i trafikljus. Vi har till och med sett lysdioder dyka upp

i bilens broms- och bakljus. Men som rumsbelysning eller i ficklampor? Jo, nu finns lysdioder som sänder ut vitt ljus som är tillräckligt starkt och strömsnålt för att kunna konkurrera med glödlampor även i vardagstillämpningar, en marknad som kan omfatta miljarder dioder.

För ett par år sedan var vita starka lysdioder mycket sällsynta, eftersom tillverkningstekniken var både dyr och komplicerad. Vita lysdioder tillverkades då genom att kombinera röda, blåa och gröna dioder med olika drivspänningar.

För ett år sedan kom de första nya starka blå lysdioderna tillverkade av ett nytt halvledarmaterial, GaN - galliumnitrid. Dessa blå lysdioder kunde sedan fås att lysa med ett vitt sken, genom att lägga ett fosforskikt på diodens plasthölje. Fosformaterialet skiftar den blå våglängden och åstadkommer ett bredbandigt och stabilt vitt ljus.



Lysdiod lever i 20 år


Efterfrågan på dessa starka vita lysdioder är mycket stor, även i Sverige. Huvudanledningen är att dioderna skryter med en livslängd på uppåt 20 år, till skillnad från glödlampor som regelbundet måste bytas ut.

Samtidigt krävs blygsamma 20 mA för att driva de flesta dioderna, vilket minskar behovet av kyldon och leder till kompaktare lösningar. Priset på dessa dioder sjunker ständigt så det är bara en tidsfråga innan många glödlampor slocknar för gott.

I dagsläget finns en uppsjö olika vita lysdioder att välja bland. Störst i klassen är nog lysdioden som är tillverkad av InGaN från det japanska företaget Nichia. Genom att dopa GaN med Indium har Nichia lyckats tillverka en diod som emitterar imponerande 2 000 mCd vid en ljusvinkel på 25°. Och om ljusstrålen breddas ut till 70° kan dioden fortfarande emittera 500 mCd, vilket motsvarar dagens starka röda och gula lysdioder.

Ju bredare ljusvinkel, desto fler tillämpningar kan lysdioden användas i. Nichias lysdiod kan jämföras med Hewlett-Packards nya 5 mm-diod som emitterar 2 000 mCd i en ljuskon på 15°. Vid en bredare ljusvinkel på 30° sjunker ljusintensiteten ner till 800 mCd.

Halvledarjätten Infineon (före detta Siemens Semiconductor) har också en motsvarande lysdiod med 1 500 mCd vid 15°, men företaget har fokuserat främst på ytmonterade versioner. Den senaste ytmonterade lysdioden från Infineon gjord av InGaN klarar 120 mCd - en bit kvar till Nichias ytmonterade version som har 200 mCd.

- Nichias vita lysdiod är visserligen starkare än vår, men vi klarar biltillverkarnas krav på höga temperaturer upp till 85 °C, säger Kristin Grose från Infineons optoelektronikföretag Osram-Opto Semiconductor.

Färgen måste vara stabil


Att ljuset inte påverkas av yttre förhållanden som temperatur eller spänning är ett viktigt krav, och dessutom skall diodens färg blir stabil. Idag skiftar många lysdioder i färg under tillverkningen och tillverkarna måste därför manuellt sortera dioderna och klassificera dem i olika färggrupper, som till exempel blåvitt och gulvitt.

Infineons dioder har redan använts som bakgrundsbelysning i LCD-skärmar i Audi- bilar. I framtiden kommer bilens sidolampa att kunna göras 1 cm tjock jämfört med 12 cm idag, tack vare den platta kapseln. Företagets helt färska miniatyrkapslade Chipledversionen är ännu mindre och är skräddarsydd för konsumentelektronik som bakgrundsbelysning i mobiltelefoner.

Hewlett-Packards vita lysdioder har använts som parkeringsbelysning i Mercedes S-Class. Men om vita lysdioder skall slå igenom på allvar i bilindustrin måste priset ligga långt under en tia, enligt Miltronics, svensk distributör för Nichia. Idag kostar en vit lysdiod från Nichia runt femton kronor, men priset väntas sjunka senare i år.

- Vi gör ständigt förbättringar i den nya processtekniken i GaN, vilket redan har lett till en halvering av priset för vita lysdioder, påpekar Kristin Grose från Osram.

Då öppnas dörren för tillämpningar som exempelvis belysning

i kupé, instrumentpanel och backljus. Det återstår dock att se ifall vita lysdioder någonsin kommer att användas som strålkastare eftersom ljusstyrkan ännu inte är tillräcklig.



Lampa och diod i samma bolag


En annan marknad som väntas bli extremt stor är rumsbelysning och även utomhuslampor. Att Infineons avdelning för optoelektronik nyligen har sammanslagits med belysningsföretaget Osram är en indikation på detta.

Amerikanska General Electrics Lighting har också satsat på belysning med lysdioder genom ett nytt samarbete med lysdiodtillverkaren Emcore, som har börjat tillverka starka blå lysdioder gjord av InGaN.

Redan idag kan man köpa en miniatyrficklampa som innehåller en stark vit lysdiod från Nichia. Och från Baulmann i Tyskland kan man köpa en takbelysning som innehåller 80 starka vita dioder i matrisform. Lamporna är visserligen svagare än neonlampor, men håller längre - tänk att bara behöva byta taklampa vart tjugonde år!

Susan Kelly