Kako je plava led dioda promenila svet

Početak nastanka savremenih LED EKRANA

 

Pametni telefoni, televizori, računari, iPad-i, led svetleće reklame, led bilbord ekrani i mnogi drugi moderni gedžeti koja su sastavni deo današnjice, postoje zahvaljujući energetski efikasnim LED ekranima, ali pravi uticaj na svet je mnogo važniji od savršeno osvetljenih uređaja.

Osvetljenje čini 20-30% globalne potrošnje električne energije i oko 6% emisije gasova staklene bašte. S obzirom da LED sijalice troše oko 80% manje energije i traju 25 puta duže od obične rasvete sa Volframovom niti, one imaju najveći potencijalni uticaj na uštedu energije na globalnom nivou. Ali kada su prve LED diode predstavljene svetu 1960-ih, nisu imale mnogo koristi. Tek 90-ih godina prošlog veka japanski naučnici su otkrili kariku koja nedostaje da bi se kompletirao spektar boja: plava LED dioda.

 

 

Uticaj plave led diode na osvetljenje i nastanak onoga što danas zovemo led ekran

---

 

Nakon što je Tomas Edison izumeo sijalicu 1879. godine, svetla sa Volframovom niti osvetljavaju veći deo 20. veka. Ali njihov problem jeste to što troše mnogo energije, izgubljene u obliku toplote, a i nemaju dug vek trajanja. Nakon toga, fluorescentna svetla su počela da se koriste 1930-ih. Iako su mnogo efikasniji od običnih silajica, oni nisu idealna zamena. Sadrže toksičnu živu, značajno stare ako se često uključuju i isključuju i skloni su treperenju. Moralo je postojati bolje rešenje.

Ne tako davne, 1961. godine Geri Pitman i Džejms R. Biard iz Texas Instruments-a sasvim slučajno su došli do prve praktične svetleće diode, dok su pokušavali da naprave lasersku diodu. Prve LED diode emitovale su infracrveno svetlo, nevidljivo ljudskom oku, koje je kasnije postalo korisno u stvarima kao što su daljinski upravljači.

Tokom naredne tri decenije, napravljen je napredak koji uključuje crvenu i zelenu led dioda, ali je bilo teško doći do potpuno plave boje, koja je bila potrebna da bi se napravila belo svetlo. Bela svetlost nastaje istovremenim angažovanjem 3 boje diode, crvene, zelene i plave ( zato color diode zovemo i RGB diode).

Ali suština je bila očigledna: za razliku od običnih sijalica sa Volframovom niti, LED diode nemaju nit koja će pregoreti, ne zagrevaju se i zahtevaju mnogo manje energije. Tako su se najveće elektronske kompanije utrkivale u stvaranju moćne plave LED diode, ali problem boje koja nedostaje mučio ih je skoro 30 godina. Ključni sastojak, hemijsko jedinjenje zvano galijum nitrid, pokazalo se teškim za razvoj u laboratoriji. Naučnici su pokušavali i nisu uspevali, na kraju su skrenuli pažnju na druge “perspektivnije” poluprovodničke materijale za stvaranje plave svetlosti. Brojne povoljne okolnosti navele su naučnika iz male hemijske kompanije u Japanu po imenu Nichia da konačno dođe do otkrića:

• prvo, zbog malog ili nikakvog budžeta, naučnik Šudži Nakamura je bio primoran da kreira crvene i infracrvene LED diode od nule, koristeći delove koje je sakupljao i popravljao ručno. Većina kompanija 80-ih je stvarala LED materijal koristeći komercijalno dostupnu opremu. Ovo iskustvo, za koje mu je trebalo oko 10 godina i sadržavalo je mesečne eksplozije u laboratoriji, kasnije će se pokazati od neprocenjive vrednosti prilikom ispitivanja plavih LED dioda
• drugi razlog je bila njegova odluka da koristi galijum nitrid, materijal koji drugi naučnici smatraju „slepom ulicom“.

Napomenućemo i to da je njegova motivacija za korišćenje hemijskog jedinjenja bila je lična: dobijanje doktorata.

Prema Nakamuri, pisanje radova o manje perspektivnim kandidatima, bi mu omogućilo prednost u njgovom radu, a samim tim i u postizanju ličnih ciljeva, pa je tako sva pažnja bila usmerena na LED. Ponovo se vratio u laboratoriju, ne uzimajući odmore i ne menjajući svoju dnevnu rutinu. Ali ovaj put je bilo drugačije. On je ubedio Nichia da kupi opremu za proizvodnju LED materijala. Umesto da počne od nule, napravio je male modifikacije na komercijalno dostupnoj opremi – njegovo veliko iskustvo u izgradnji crvenih i infracrvenih LED dioda pomoglo je izmenama. Nešto više od godinu dana kasnije, Nakamura je napravio svoj prvi uspešan razvoj galijum nitrida. Njegova metoda, nazvana „MOCVD sa dva protoka“, i dalje se koristi do danas. Na osnovu ovoga i otkrića drugih japanskih naučnika u to vreme, uspeo je proizvesti prvu plavu led diodu.

Nichia je i dalje lider u LED industriji, koju koriste Apple i drugi proizvođači elektronike. Šudži Nakamura je 2014. godine dobio Nobelovu nagradu za fiziku za svoj pronalazak, sa još dva japanska naučnika koji su razvili visokokvalitetne materijale od galijum nitrida pre Nakamurinog prodora. Male, energetski efikasne i izuzetno svetleće LED diode pokrenule su svetlu revoluciju i sada se koriste u skoro svakom delu elektronike. Bez toga, mnogo toga što danas koristimo ne bi bilo moguće.

Takođe LED ima implikacije na današnje zemlje u razvoju: sa LED diodama, solarnim panelima, male baterije su više nego dovoljne za napajanje domova od 1,2 milijarde ljudi koji nemaju pristup električnoj energiji. Većina tih ljudi još uvek koristi drvo ili gas za preko potrebno osvetljenje, što nije samo neefikasno, već je I veliki izvor zagađenja.