Geschiedenis – heden en toekomst van LED

LED – LICHTGEVENDE DIODE

Vandaag de dag is de LED-lamp zo’n alledaagse lichtbron dat we nauwelijks nadenken over waar we hem gebruiken en zien. Mobiele telefoons, televisies, reclameborden, zwaailichten op wasmachines en vliegtuigcockpits – allemaal LED-technologie! Maar het was een lang proces, zo’n 100 jaar en 2 Nobelprijzen sinds het eerste basisonderzoek.

1867 – Eerste stappen

De natuurkundige Karl Ferdinand Braun ontdekt voor het eerst dat sulfidekristallen slechts in één richting elektriciteit geleiden. De toenmalige stand van de kennis in de fysica kon dit halfgeleidereffect, dat bijna 60 jaar zou duren, nog lang niet verklaren! Braun krijgt een Nobelprijs, maar niet voor deze ontdekking, maar voor zijn bijdrage aan de draadloze telegrafie.

1907 – Lichtemissie van anorganische stoffen

In 1907 ontdekte Henry Joseph Round dat anorganische stoffen licht uitstralen bij een elektrische spanning. Zijn ontdekking werd echter enige tijd vergeten, omdat niemand er toen nog enig praktisch nut voor zag.

1921 – Een Rus en een Fransman

Het was alleen Oleg Vladimirovitsj Lossev die het onderzoek naar dit onderwerp voortzette. In 1935 krijgt hij steun van de Franse ingenieur Georges Destriau, hij wordt aanzien als de ontdekker van de elektroluminescentie. Destriau onderzoekt de geleidbaarheid van metaallegeringen wanneer het toeval hem te hulp schiet. Het zinksulfide dat hij gebruikt is verontreinigd door koperdeeltjes. Dit veroorzaakt lichtemissie bij toepassing onder spanning. Hij noemt dit fenomeen “Lossew light” naar zijn collega. Op basis van zijn bevindingen ontwikkelt Destriau een elektroluminescente film tot marktrijpheid. Deze werd o.a. gebruikt in vliegtuigcockpits. Dit was de eerste praktische toepassing van het lichtgevend effect van anorganische stoffen, het “Destriau-effect”.

1962 – De eerste industriële LED

Vele jaren van belangrijk basisonderzoek volgden totdat Nick Holonyak uiteindelijk zijn eerste industrieel vervaardigde LED presenteerde. Zijn rode luminescentiediode krijgt de aanduiding GaAsP. Dit komt omdat het effect van de lichtemissie tegelijk met de ontwikkeling ervan wordt gedecodeerd. De onderzoekers ontdekten dat halfgeleiders beter functioneren als ze worden gemengd met galliumarsenide (GaAs) en galliumfosfide (GaP). 1962 is dus het geboortejaar van onze moderne LED.

1971 – LED wordt kleurrijk en een symbool voor reclame

De massaproductie van rode LED’s begint al in 1968; zakrekenmachines, gloeilampen en horloges met rode lichtgevende displays worden geschikt voor dagelijks gebruik en de nieuwste trend. Het stroomverbruik van deze diodes is echter zeer hoog en hun lichtrendement is met 0,1 lumen/watt uiterst gering.

Vanaf 1971 werden steeds betere en effectievere halfgeleiders ontwikkeld. Vanaf dat moment is ook een gele, groene en oranje lichtkleur mogelijk. Altijd maar één kleur, maar toch een grote vooruitgang. Begin jaren tachtig overstijgt de efficiëntie van de kleurrijke LED-lichtbron voor het eerst die van conventionele gloeilampen. LED’s worden daarom steeds vaker toegepast in verkeerslichtsystemen of in lichtreclame.

1995 – Efficiënt en geschikt voor dagelijks gebruik

In de volgende periode zal de focus vooral liggen op het verder verhogen van de efficiëntie en het geschikt maken van LED’s voor de dagelijkse verlichting. Het grootste probleem hierbij is de lichtkleur. Bijna alle bereiken van het zichtbare spectrum kunnen met galliumnitriet worden weergegeven. De problemen liggen in het kortegolfbereik van blauw tot ultraviolet.

De basis voor de blauwe LED werd in 1988 in Japan gelegd, waar de doorbraak pas in 1995 werd bereikt. In 1957 brengt het bedrijf Nichia de eerste witte LED op de markt en de 3 onderzoekers Isamu Akasaki, Hiroshi Amano en Shuji Nakamura krijgen in 2014 de Nobelprijs voor de natuurkunde. Vandaag de dag is het principe van de lichtconversie niet meer het enige dat wordt gebruikt om wit licht te verkrijgen. Additieve kleurmenging is ook populair, hoewel hiervoor altijd meerdere lichtgevende diodes met verschillende lichtkleuren nodig zijn. (rood, groen en blauw)

NU EN IN DE TOEKOMST

Met de doorbraak van de uitvinding van de witte LED begint de kleine lichtdiode aan zijn triomftocht in de lichttechniek. Het rendement wordt verhoogd tot ruim 100 lumen/watt, in het laboratorium wordt zelfs krassen gemaakt op de theoretische bovengrens van 350 lm/W ! Dit maakt de LED zeker de meest efficiënte lichtbron op de huidige markt.

De verbetering van de technologie en het verminderde energieverbruik leveren natuurlijk een belangrijke bijdrage aan de bescherming van het milieu. De beduidend langere levensduur, in vergelijking met de conventionele gloeilamp, verhoogt ook het ecologisch evenwicht van moderne LED-lampen. De toepassingsgebieden zijn ongelooflijk divers. Ze worden zelfs in het niet-zichtbare bereik gebruikt, bijv. voor het uitharden van kunststoffen door UV-licht. In de medische sector worden infrarood-LED’s bijvoorbeeld gebruikt om het zuurstofgehalte in het bloed te meten.

De LED-technologie blijft grote stappen voorwaarts maken en is inmiddels niet meer weg te denken in de moderne verlichtingsindustrie. Niet alleen in de publieke sector, maar ook in de particuliere sector. De efficiëntie en levensduur zijn zeer belangrijk maar de industrie staat ook niet stil als het gaat om het ontwerp. Mensen willen het mooie en dimbare licht van de goede oude gloeilamp terug in hun huis. De ontwikkeling en het ontwerp leiden ons opnieuw naar deze mogelijkheid. Dimbare LED’s, de baanbrekende uitvinding van het flexibele LED filament en enkele andere ontwikkelingen laten deze wens niet langer onvervuld!