Anonim

Premio Nobel de Física 2014 otorgado a inventores de LED azules

Gente notable

David Szondy

8 de octubre de 2014

4 imágenes

El Premio Nobel de Física 2014 se otorgó a los inventores del LED azul, que es la clave para una iluminación moderna y eficiente en el consumo de energía (Foto: Shutterstock)

Thomas Edison pudo haber inventado la bombilla, pero nunca recibió el Premio Nobel por ello. Isamu Akasaki y Hiroshi Amano en la Universidad de Nagoya, y Shuji Nakamura que trabajan en Nichia Chemicals en Tokushima, Japón, han sido más exitosas al ser galardonadas con el Premio Nobel de Física 2014 por su invención del LED azul, que es la clave para la energía moderna. - Iluminación eficiente.

El diodo emisor de luz azul (LED) es la base de las bombillas modernas que ahorran energía y no dañan el medio ambiente, así como una amplia gama de aplicaciones de vanguardia. Inventado en su forma práctica hace solo 20 años, el LED azul es el "eslabón perdido" de la tecnología de iluminación que hace posible las lámparas LED, pero que eludió a los científicos e ingenieros durante 30 años.

Para la mayor parte de la historia humana, la iluminación era una variación de un trapo encendido atascado en un recipiente de aceite, pero eso cambió en 1879 cuando se inventó la bombilla incandescente Swann-Edison. Esto fue seguido por la primera luz fluorescente inventada por P. Cooper Hewitt en 1900. Pero hasta hace poco tiempo, la tecnología de iluminación seguía siendo un proceso ineficiente y de gran densidad energética.

Pensamos en los LED como una tecnología moderna, pero la primera luz de estado sólido fue construida en 1907 por Henry J Round, y posteriormente se realizó un trabajo en las décadas de 1920 y 1930 en la Unión Soviética, pero no se comprendió teóricamente. El fenómeno obstaculizó cualquier progreso y siguió siendo una curiosidad de laboratorio.

A diferencia de otras fuentes de luz, un LED produce luz directamente, en lugar de generar un subproducto de filamentos calientes o gas ionizante; convirtiéndolo en una verdadera luz "fría". Está compuesto por capas de materiales semiconductores y en su forma más básica, consiste en una capa n, que tiene un exceso de electrones y una capa p, que carece de electrones, o se podría decir que tiene un exceso de agujeros positivos. Entre las capas hay una capa activa. Cuando una corriente pasa a través de esto, los electrones y los agujeros se combinan, se anulan entre sí y generan luz. La longitud de onda de la luz, y por lo tanto su color, se basa en los materiales utilizados.

Gracias a la invención del transistor y una mayor comprensión de la teoría de los semiconductores, los LED rojos se inventaron en la década de 1950 y pronto encontraron aplicaciones como luces indicadoras y como calculadoras y pantallas de relojes digitales. A fines de la década de 1960, se inventaron los LED verde, infrarrojo y láser, y los LED se vieron como el futuro de la iluminación doméstica con revistas populares que predicen hogares iluminados por paneles LED para 1980.

Sin embargo, esa promesa se retrasó porque, si bien los LED rojos y verdes eran comunes en 1970, el LED azul necesario para crear una luz blanca brillante y limpia resultó mucho más difícil de producir. El LED azul era necesario para hacer luz blanca, ya sea trabajando en combinación con LED rojos y verdes, o brillando a través de un fósforo que crea luz roja y verde. Sin embargo, fue un caso clásico de "primera captura tu conejo" que requirió una larga serie de avances en la física de los materiales básicos y el cultivo de cristales.

A pesar del trabajo realizado desde finales de la década de 1950, encontrar el material adecuado para crear el LED buscado era difícil de alcanzar. O bien el material era teóricamente correcto, pero podía crecer como poco más que partículas de polvo, o podría formarse en cristales, pero no estaba a la altura del trabajo.

Akasaki, Amano y Nakamur trabajaron en sus dos esfuerzos separados durante años en el problema, a menudo construyendo su propio equipo. La clave fue el nitruro de galio, que teóricamente podría usarse para crear un LED azul, pero que en la práctica demostró ser muy poco cooperativo. Los cristales metálicos debían ser de una calidad extremadamente alta y la aleación era muy propensa a la intoxicación por hidrógeno, por lo que no era fácil hacer que las capas p tuvieran la pureza adecuada, y el uso de haces de electrones para hacer los diodos era difícil y costoso.

Para 1986, Akasaki y Amano produjeron un cristal de nitruro de galio sobre una capa de nitruro de aluminio sobre un sustrato de zafiro, y unos años más tarde lograron hacer una p-capa. En 1992, construyeron su primera luz LED. Mientras tanto, Nakamura creó su propia luz dos años después utilizando un proceso de calentamiento más eficiente que eliminó el hidrógeno con la misma eficacia que un haz de electrones. A esto siguieron las mejoras de ambos equipos a medida que exploraban nuevas aleaciones de nitruro de galio con aluminio o indio, así como diseños de diodos más complejos.

El impacto de esta invención sería difícil de sobreestimar. Las lámparas LED emiten luz a hasta 300 lúmenes por vatio (lm / W) en comparación con 16 lm / W para bombillas incandescentes convencionales y 70 lm / W para fluorescentes. Aparte de la iluminación doméstica y comercial, se utilizan en faros de automóviles, luces de patio, luces de Navidad, flashes de cámara y linternas de bolsillo. Además, la tecnología ha permitido el desarrollo de televisores LCD, láseres LED para reproductores de Blu-ray e impresoras láser más eficientes, así como LED ultravioletas, que se utilizan para todo, desde la esterilización de agua embotellada hasta la propagación del virus del Ébola.

Junto con sus aplicaciones prácticas, los LED azules han tenido un impacto beneficioso en el medio ambiente. Se fabrican sin el polémico mercurio que se encuentra en las bombillas fluorescentes compactas, y con una cuarta parte de la producción de energía del mundo destinada a la iluminación, la luz fría del LED tiene un gran potencial para reducir la demanda de las redes de energía. Además, los LED duran hasta 100, 000 horas en lugar de 1, 000 horas para incandescentes y 10, 000 horas para lámparas fluorescentes. Además, al igual que los teléfonos móviles, son un ejemplo de una tecnología que se puede adoptar fácilmente en países menos desarrollados en forma de lámparas solares autónomas.

De acuerdo con la Fundación Nobel, los LED azules aún tienen un largo camino por recorrer a medida que la tecnología madura con luces blancas ajustables más eficientes basadas en una tríada de LEDs avanzados en rojo, azul y verde que están en línea. Finalmente, la Fundación ve grandes paneles LED controlados por computadora que cubren cientos de yardas cuadradas que pueden cambiar los colores o los patrones, que pueden ajustar la iluminación para adaptarse a los biorritmos naturales o proporcionar una iluminación de efecto invernadero más eficiente.

Akasaki, Amano y Nakamura recibirán sus premios en una ceremonia en Estocolmo en diciembre.

Fuente: La Fundación Nobel

El LED azul es la clave para la práctica iluminación LED.

Comparación de lámparas LED y tecnologías anteriores.

Las lámparas LED se utilizan comúnmente en las señales de tráfico.

El Premio Nobel de Física 2014 se otorgó a los inventores del LED azul, que es la clave para una iluminación moderna y eficiente en el consumo de energía (Foto: Shutterstock)

Recomendado La Elección Del Editor