Blauw LED-licht maakt het wetenschappers al jaren moeilijk: het was het laatste dat werd geproduceerd
Tegenwoordig is het vinden van het LED-licht dat we willen zeker geen probleem, maar ooit was dat niet zo: het creëren van blauwe LED-lampen vergde veel moeite, zozeer zelfs dat de uitvinders ervan de Nobelprijs kregen. Dit is waarom.
Blauw LED-licht, er is lang op gewacht
PiccoloNamek/Wikimedia commons - CC BY-SA 3.0
Licht-emitterende diodes, beter bekend als LED-lampen, betekenen een opmerkelijke doorbraak in de verlichtingstechnologie door de technologie van elektronische halfgeleiders te gebruiken om licht te genereren. In wezen produceren diodes fotonen wanneer er een elektrische stroom doorheen loopt, waardoor ze een levensvatbaar alternatief bieden voor traditionele gloeilampen en meer elektriciteit omzetten in licht, en bovendien aanzienlijk duurzamer zijn. Een witte LED-lamp zet namelijk meer dan 50% van de gebruikte elektriciteit om in licht.
De intensiteit en kleur van het licht kunnen worden gemanipuleerd, maar terwijl de andere tinten relatief gemakkelijk te bereiken waren, was het de blauwe tint die het geduld van de experts op de proef stelde. Totdat drie wetenschappers erin slaagden en de Nobelprijs voor natuurkunde wonnen. Blauw was in feite het laatste ontbrekende stukje om wit LED-licht te kunnen genereren, waardoor het mogelijk werd om het te gebruiken in de schermen van elektronische apparaten zoals pc's en smartphones en veel milieuvriendelijker was dan standaard lampjes. Dankzij de natuurkundigen Hiroshi Amano en Isamu Akasaki en ingenieur Shuji Nakamura was deze laatste stap mogelijk.
Nobelprijs toegekend aan drie wetenschappers voor de ontdekking van blauw LED-licht
outlaw_wolf/Wikimedia commons - CC BY-SA 2.0
Blauwe LED's zijn ook afzonderlijk gebruikt, wat heeft geleid tot de ontwikkeling van nieuwe technologieën die alleen met deze kleur rekening houden, maar hun uitvinding heeft het mogelijk gemaakt om het RGB-, rood-groen-blauwe, spectrum te completeren, zonder welke kleuren- en witte LED-schermen niet hadden kunnen bestaan. De Nobelprijs die aan de drie uitvinders werd toegekend, ging vergezeld van de woorden: "Gloeilampen verlichtten de 20e eeuw; de 21e eeuw zal worden verlicht door LED-lampen." Dit is zeker waar, maar waarom kostte de blauwe LED zoveel moeite en wachten voordat hij werkelijkheid werd?
Rode en groene LED's werden geproduceerd tussen de jaren ’50 en ’60, in de periode onmiddellijk na de verspreiding van kathodestraalbuis kleurentelevisies. De eerste apparaten zonden lasers uit die alleen werkten als ze werden ondergedompeld in vloeibare stikstof en ook infrarood produceerden, maar geen enkele was nog in staat blauw te genereren, waarvoor chemische stoffen nodig waren, waaronder bepaalde kristallen die nog niet in het laboratorium konden worden geproduceerd. Het leek echter nogal voor de hand liggend dat de volgende stap de komst van de LED-TV zou zijn, dus gaf de Radio Corporation of America haar wetenschappers de opdracht om te werken aan de creatie van de blauwe LED, waarbij ze konden putten uit een onbeperkt budget.
Er ging echter iets mis: in 1972 ontstond het blauwe licht, gepatenteerd in 1974, maar zonder enige ontwikkeling, omdat RCA vanwege financiële problemen moest stoppen.
De doorbraak in het maken van blauw LED-licht: galliumnitride
Pexels
In ieder geval zijn de drie wetenschappers erin geslaagd om de wereld blauw LED-licht te geven, dat vervolgens werd gebruikt om een fluorescerende chemische stof in de lamp te stimuleren, waardoor het in wit licht veranderde. Isamu Akasaki en Hiroshi Amano werkten samen aan de productie van galliumnitride, een materiaal dat aanwezig is in vele lagen van de blauwe LED maar dat tot nu toe tal van obstakels had opgeleverd bij het creëren van blauw licht. Voor rode en groene LED's werd daarentegen galliumfosfide gebruikt, dat gemakkelijker te produceren was. Het was de verdienste van de twee natuurkundigen dat ze ontdekten hoe ze chemicaliën konden toevoegen aan galliumnitride halfgeleiders voor efficiënte lichtemissie.
Shuji Nakamura werkte ook aan de creatie van galliumnitride en ontdekte waarom halfgeleiders van dit materiaal gloeien wanneer ze met specifieke chemicaliën worden behandeld. Zo werd het RGB-spectrum eindelijk voltooid, wat leidde tot de creatie van wit licht en al het andere licht dat schermen en structuren efficiënt verlicht in een breed scala aan toepassingen: vanaf dat moment is de rest geschiedenis.
