Har du någonsin hört uttrycket ”det finns alltid utrymme för förbättringar”? Detta gäller LED-utveckling mer än du tror. LED-lampornas historia och utveckling har ibland varit långsam, men på senare år har den varit mycket snabb. Läs vidare för att lära dig mer om lysdiodernas historia.
Lysdiodernas historia, kort kurs
På grund av deras ökade popularitet under 2000-talet antar de flesta att lysdioder är en ny innovation. Men det är inte helt sant, tekniken har utvecklats under många år.
Elektroluminescens, principen bakom lysdioder, upptäcktes först av Henry Joseph Round 1907. Men det var inte förrän 1962 som ingenjören Nick Holonyak använde vetenskapen för att skapa lysdioder som producerar synligt ljus som vi känner det.
LED-lampor finns nu överallt, från gatubelysning och diskar till TV-fjärrkontroller och trafikljus. Vägen från kretskortet till taklampan i ditt hem är inte helt rak.
Låt oss gå tillbaka till början av led-historien.
Vem uppfann LED-belysning?
Nick Holonyak uppfann lysdioden, om det bara är en person som ska nämnas i lysdiodens historia.
Utvecklingen av lysdioder kan bäst ses som en samarbetsinsats. Under de senaste två decennierna har tekniken utvecklats enormt och kommersiella språng har gjorts.
Många människor har bidragit till vetenskapen bakom moderna LED-lampor. Historien om huvud Nick Holonyak.
Nick var en teknikintresserad ung man som växte upp i en liten stad i USA. Han tillbringade sin barndom med sin fars Ford Model T. Nicks pappa uppmuntrade honom att satsa på en karriär inom elektroteknik. Så Nick tog sin kandidatexamen, magisterexamen och doktorsexamen vid University of Illinois.
Efter examen 1957 arbetade Nick för General Electric, en tillverkare av fluorescerande lampor och halogenlampor. Holonyaks stora genombrott kom 1962, när han fick i uppdrag att skapa en infraröd laser. Under sitt experiment råkade Nick skapa en röd lysdiod.
Andra forskare hade studerat elektroluminescens i flera år, men Nicks lysdiod var den första som sände ut ljus i det synliga ljusspektrumet. Med andra ord var det den första som producerade det ljus som människor såg. De tidigare var alla infrarött ljus som var osynligt för ögat.
Inom ett år sålde General Electrics den uppfunna glödlampan för över 200 dollar per glödlampa. I en artikel i Chosen Fires från 1963 förutspådde han att lysdioderna snart skulle täcka hela ljusspektrumet och ersätta Edisons lampor. Det tog 50 år men den ledda historien förutspåddes.
När uppfanns lysdioden?
Tack vare Nick Holonyak föddes den första lysdioden med synligt ljus 1962. Men det var ingen slumpmässig uppfinning, så var kommer vetenskapen bakom lysdioder ifrån?
Överraskande nog är lysdiodernas historia över 100 år gammal!
1907 upptäckte den brittiske forskaren Henry Joseph Round fenomenet elektroluminescens. Han upptäckte att när man applicerar 10 volt elektricitet på en kiselkarbidkristall så avger den ljus. Detta sker eftersom de positivt laddade elektronerna möter de negativt laddade elektronerna och orsakar en reaktion.
Upptäckten var banbrytande, men tyvärr var det gula ljus som Henry skapade för svagt för att vara till någon verklig nytta.
https://en.wikipedia.org/wiki/H._J._Round
Forskare fortsatte att studera elektroluminescens under första halvan av 1900-talet. Termen myntades officiellt av George Destriau 1936.
Först upptäckte den ryske forskaren Oleg Vladimirovich Losev potentialen hos elektroluminescens. Efter att ha observerat ljusutsläpp från zinkoxid och kiselkarbid publicerade Losev mellan 1924 och 1930 artiklar som introducerade lysdioden och dess potentiella tillämpningar.
skrev Losev i sitt patent ”Light Relay” från 1927:
https://en.wikipedia.org/wiki/Oleg_Losev
”Den föreslagna uppfinningen utnyttjar det välkända fenomenet luminescens och användningen av en sådan detektor i ett optiskt relä för höghastighetstelegraf- och telefonkommunikation, bildöverföring…”
Precis som många andra forskare var Losev långt före sin tid.
Hur blev LED-lampor populära?
Detta väcker frågan. Om led-lampor uppfanns 1962, varför utvecklades de inte förrän i mitten av 2000-talet? Allt beror på pengarna. Det fanns en lång kreativ paus i lysdiodernas historia.
När General Electrics började sälja röda LED-lampor 1963 kostade de över 200 dollar per lampa. Det var absurt jämfört med de 5-20 dollar som människor var vana vid att betala för glödlampor. Dessutom var Led-lampan inte vit. Nuförtiden kan man köpa LED-lampor för bara 2 euro i den lokala butiken… Den egentliga massproduktionen startade på 1970-talet.
På 1970-talet började det hända
1972 Herb Maruska och Wally Rhines uppfinner den blå lysdioden vid Stanford University. Tillsammans med sin professor David Stevenson vidareutvecklar de tekniken och har också fått grönt ljus. Denna magnesium-galliumnitridteknik är patenterad och ligger än idag till grund för tekniken för blå led-lampor.
I mitten av 1970-talet hade Fairchild Optoelectronics masstillverkat lysdioden, men problemet med lysdioder var fortfarande deras låga ljusutbyte.
Med tiden började stora företag som IBM och HP använda lysdioder i miniräknare och annan elektronik. LED-lampor började bli vanliga som små indikatorlampor.
I takt med att efterfrågan ökade, ökade också produktionsvolymerna. Massproduktion gjorde det möjligt att använda lysdioder i nya produkter.
LED-lampornas historia från 1980-talet och framåt
På 1980-talet började utvecklingen av galliumaluminiumarsenidbaserade lysdioder. De stora tillverkarna följde efter och i slutet av 1980-talet uppfann Theodorode Moustakas ett nytt enklare sätt att tillverka nya högintensiva (jämfört med tidigare) lysdioder. Uppfinningen patenterades 1991
Med utgångspunkt i den tidigare uppfinningen utvecklar Shuji Nakamura (samtidigt med Isamu Akasaki och Hiroshi Amano) den första blå lysdioden med hög ljusstyrka som använder galliumnitrid och dess tillämpningar, som också kan utnyttjas kommersiellt. Dessa personer tilldelades senare 2014 års Nobelpris i fysik som uppfinnare av den moderna blå lysdioden.
Den moderna kiselbaserade led-kretsen utvecklades 2001-2002 och under 2000-talet utvecklade alla de stora: Osram, Cree, Philips led-kretsar i konkurrens med varandra. LED-lampornas historia håller fortfarande på att skrivas.
Vitt ljus
Även om vitt ljus kan skapas med hjälp av enskilda röda, gröna och blå lysdioder, leder detta till dålig färgåtergivning eftersom endast tre smala våglängdsband av ljus avges separat. Utvecklingen av högeffektiva blå lysdioder följdes snabbt av utvecklingen av den första vita lysdioden.
I denna anordning (som kallas ”YAG”) ger en fosforbeläggning som dopats med serum gult ljus genom fluorescens. Kombinationen av det gula och det återstående blå ljuset ser vitt ut för ögat.
https://en.wikipedia.org/wiki/Yttrium_aluminium_garnet
De första vita lysdioderna var dyra och ineffektiva. Sedan dess har ljusflödet ökat exponentiellt. Utvecklingen har letts av t.ex. Panasonic, Nichia och Samsung.
I ett laboratorieförsök 2014 lyckades man producera 303 lumen per watt och en LED-krets som teoretiskt sett håller i 100 000 timmar. Att göra detta i praktiken skulle dock kräva en så omfattande kylning att det inte är kommersiellt försvarbart. Idag ger LED-kretsar 100-170 lumen per watt i en färdig armatur, beroende på användningsområde.
Men Led är fortfarande under utveckling…
Nedan följer en sammanfattad tidslinje över utvecklingen av LED:
Sista ord
Det har tagit lång tid att utveckla den, med många utvecklare under de senaste 100 åren.
Idag finns det LED-kretsar överallt. Enheten du läser detta på innehåller en LED-skärm, rummet du befinner dig i innehåller LED-lampor… Led är alltså inte längre historia utan nutid.
