Så funkar LED

Publicerad 20 jul 2015, 16:08 | Uppdaterad 15 apr 2021

Tre japanska forskare belönades med 2014 års Nobelpris i fysik för att ha uppfunnit den blå lysdioden (LED). När pristagarna i början av 1990-talet fick ut de starka blå strålarna från sina halvledare öppnades vägen till att förändra belysningstekniken från grunden. Röda och gröna dioder hade funnits sedan länge, men utan det blå ljuset kunde inte vitt ljus skapas. Men den blå lysdioden förblev en utmaning ända sedan 1960-talet.

Isamu Akasaki arbetade tillsammans med Hiroshi Amano vid Nagoyauniversitet medan Shuji Nakamura var vid Nichia Chemicals, ett litet företag i Tokushima. Uppfinningen av den blå LED-lampan var revolutionerande. Den vanliga glödlampan lyste upp hela 1900-talet. Nu är det slut – LED-lampan kommer att lysa upp 2000-talet.

Uppfinningen: Den blå lysdioden

Lysdioden är inte större än ett sandkorn, och består av flera skikt halvledarmaterialet galliumnitrid (GaN) och dess legeringar. I n-skiktet finns det många fria negativt laddade elektroner, medan i p-skiktet saknas elektroner, där dominerar de positivt laddade hålen. Elektrisk spänning driver elektroner och hålen mot varandra, i mötet sänds ljus ut. Ljusets våglängd beror helt och hållet på halvledaren. Det blå ljuset ligger i den kortvågiga änden av regnbågen och kan bara alstras i vissa material.

De två största utmaningarna, som ingen tidigare klarade av, var dels att bygga upp galliumnitridkristallen, dels att skapa ett effektivt p-skikt. Pristagarna lyckades även med att höja lampans effektivitet genom att blanda in indium (In) och aluminium (Al).

Blått behövs för att skapa vitt

Rött, grönt och blått ljus ger tillsammans vitt. Det finns två sätt att bygga vita LED-lampor. Blått LED-ljus får ett material i lampan att lysa i rött och grönt. Så blandas alla färgerna, och ut kommer vitt ljus. Det andra sättet är att bygga en lampa av tre lysdioder – blå, röd och grön – som ögat uppfattar tillsammans som vitt.

Ljusrevolution

Jämfört med de gamla ljuskällorna kräver LED-lamporna mindre energi (mätt i watt) för att ge ifrån sig ljus (mätt i lumen). Även materialåtgången minskar. Dessutom innehåller inte LED-lampan kvicksilver.

Förhoppningar

Med en LED-lampa och enkla solceller kan livskvaliteten höjas för de över 1,5 miljarder människor i världen som saknar elnät. De låga energikraven gör att lampan kan drivas med billig lokal solel.