Prečo si modrá LED zaslúži Nobelovu cenu?

Plus, trochu z histórie výroby polovodičových tlmených svietidiel.

Nobelova cenu za fyziku sa rozdeľovala trom vedcom, za ich prácu na výskume modrých svetelných diód. Prečo práve modrých? Hlavne preto, že modrá bola posledná a najzložitejšia farba potrebná k vytvoreniu bieleho LED svetla. Vďaka bielej LED sú spoločnosti schopné vyrábať smartfóny, počítačové obrazovky ako aj samotné LED svetelné zdroje, ktoré vydržia dlhšie a spotrebujú menej elektrickej energie ako hociktoré v minulosti.

LED svietidlá sú v podstate polovodiče, ktoré boli vyvinuté tak, aby vyžarovali svetlo keď sú aktívne. Farebné spektrum LED osvetlenia je dodávané rôznymi chemickými prvkami. Prvé LED sa začali vyrábať už v 50 tých a 60 tých rokoch. Prvé pokusy tejto technológie boli zariadenia, ktoré vyžarovali laser a fungovali iba vtedy keď boli zaliate tekutým dusíkom. V tomto čase vedci prichádzali s LED diódami, ktoré vyžarovali všetko od infračerveného svetla až po zelené svetlo. Nevedeli sa avšak prepracovať až k samotnému modrému svetlu, ktoré si vyžadovalo chemické prvky (vrátane dôkladne vytvorených kryštálov) a tie neboli v tejto dobe schopní v laboratóriách vytvoriť.

Keď na to konečne prišli, prinieslo to nesmierny prínos pre svetelný priemysel. Moderné biele LED svetelné zdroje premieňajú 50 percent spotrebovanej elektrickej energie do samotného svietenia. V porovnaní so 4 percentami, ktoré produkujú inkandescenčné žiarovky je to neporovnateľne efektívnejšie. Okrem samotnej úspory energie a financií, efektívnosť bielej LED z nej robí atraktívny zdroj osvetlenia pre ľudí žijúcich v oblastiach bez dodávky elektriny. Využitie solárnej energie v kombinácii s dlhotrvajúcimi a efektívnymi LED svetlami umožňuje deťom v týchto oblastiach pracovať na ich školských povinnostiach aj po zatmení.
Moderné biele LED svetelné zdroje premieňajú 50 percent spotrebovanej elektrickej energie do samotného svietenia. V porovnaní so 4 percentami, ktoré produkujú inkandescenčné žiarovky je to neporovnateľne efektívnejšie.
Životnosť LED osvetlenia je 100 000 hodín v porovnaní s 10 000 hodín v prípade fluorescenčného a iba 1 000 hodinami životnosti inkandescenčných svietidiel. Prechod na LED spôsob osvetlenia v domácnostiach a verejných budovách prináša výraznú redukciu elektrickej energie a spotreby materiálu vo svete.
Výroba bielej LED z modrej je pomerne jednoduchá. Konštruktéri využívajú modrú LED k dosiahnutiu fluorescenčnej chemikálie vo svetelnom zdroji. Týmto spôsobom premieňajú modré svetlo na biele.
Dvaja tohtoroční víťazi Nobelovej ceny, Akasaki a Hiroshi Amano pracovali na výskume vysoko kvalitného nitrátu gália, chemického prvku, ktorý je prítomný v niekoľkých vrstvách modrej LED. Predchádzajúce červené a zelené LED diódy využívali gálium fosfátu, ktorý bol na produkciu jednoduchší. Akasaki a Amano prišli na to, ako správne pridať chemické prvky do nitrátu gália aby čo najlepšie produkovali svietivosť. Vypracovali štruktúry s vrstvami zlúčenín gália nitrátu.
Tretí víťaz Nobelovej ceny za fyziku Shuji Nakamura rovnako pracoval na výrobe vysokokvalitného gália nitrátu. Prišiel na spôsob, prečo polovodiče gália nitrátu s určitými chemikáliami produkujú svetlo. Vypracoval jeho vlastné štruktúry zlúčeniny gália nitrátu.
Výbor pre Nobelovu cenu za fyziku vyhlásil, že obe skupiny vedcov chcú pokračovať vo výrobe viac efektívnej modrej LED. Nakamura je momentálne profesorom na Kalifornskej univerzite v Santa Barbare, napriek tomu, že svoj výskum v oblasti LED začal v japonskej spoločnosti Nichia Chemical Corporation. Akasaki a Amano sú profesormi na univerzite Nagoya v Japonsku.

“V budúcnosti sa očakáva, že sa inžinieri zamerajú na výrobu LED osvetlenia kombináciou červenej, zelenej a modrej LED, čo by umožnilo osvetlenie s nastaviteľnými farbami“, dodal výbor pre Nobelovu cenu.