¿Qué piensa cuando escucha la frase 'tecnología verde'? ¿Los paneles solares, turbinas eólicas, y los coches eléctricos vienen a la mente? ¿Qué hay de los diodos emisores de luz (LED)? A diferencia de muchas tecnologías verdes costosos, los LED son accesibles para la mayoría de las personas que quieren ayudar al medio ambiente y ahorrar dinero. El uso de un LED de 50.000 horas de iluminación del hogar con luz blanca (es decir, bombillas de luz LED para su uso en lámparas, lámparas de techo, etc.) cuesta sólo alrededor de $ 86 en comparación con $ 352 para las bombillas incandescentes []. A pesar de que algunos LED han estado disponibles comercialmente desde 1962, los LEDs blancos que producen luz sólo han estado disponibles desde 2006 []. El más importante de los muchos avances necesarios para llevar LEDs de luz blanca que producen al mercado fue la invención del primer LED azul brillante en 1993 []. Para esta invención Isamu Akasaki, Hiroshi Amano, y S huji Nakamura ganó el Premio Nobel de Física 2014, el 7 de octubre.
texto ¿Qué es un LED y cómo funciona?
Figura 1 ~ la adición de la electricidad a un chip de semiconductores produce luz a través del enlace de los electrones de los átomos.
los diodos emisores de luz (LEDs) son componentes de los circuitos eléctricos que producen luz. LEDs están hechos de pequeños chips de semiconductores, materiales que son capaces de conducir la electricidad. Mientras que llevan a cabo mejor que algunos materiales, tales como vidrio, semiconductores llevan a cabo de manera menos eficiente que los metales como el aluminio o estaño. Cuando la electricidad pasa por LEDs, electrones, las pequeñas partículas cargadas negativamente en átomos, en el semiconductor pueden obtener suficiente energía para moverse entre múltiples átomos en lugar de estar unido a uno específico (Figura 1). Sin embargo, este estado es inestable y, finalmente, el electrón se unirá a un átomo de nuevo. Cuando esto sucede, se libera energía en forma de fotones, las partículas elementales de la luz. La cantidad de energía liberada se determina por las propiedades del material del semiconductor, y, a su vez determina el color de la luz emitida [3, 4].
Sin embargo, la invención de un LED no es tan simple como ejecutar la electricidad a través de un trozo de un semiconductor específico. Por un lado, los átomos del semiconductor deben organizarse en una disposición que se repite, o red cristalina. Si el acuerdo se rompe en cualquier parte de la pieza de semiconductores, el LED no funcionará correctamente. El proceso de hacer piezas delgadas de semiconductores, también conocidos como "chips", de manera que se forma una red cristalina se denomina "cristales de crecimiento", y para cada nuevo semiconductor el proceso tiene que ser determinado a partir de cero. Una vez que los chips puros se pueden hacer, el siguiente reto es fabricar algunas fichas para tener un exceso de el ectrones libres, itinerancia y otros para tener un exceso de átomos que han perdido un electrón. Para crear estas condiciones, átomos de otros elementos se introducen en el semiconductor de una manera controlada [3, 4]. Este proceso se conoce como "dopaje". Una vez más, las condiciones apropiadas para el dopaje con éxito una necesidad de semiconductores que se determinen nueva para cada material [3, 4, 5].
¿Por qué fue la invención del LED azul tan significativo?
la invención de la LED azul era importante, tanto porque era un triunfo técnico y porque hizo un gran número de nuevas aplicaciones posibles. Fue un logro técnico enorme, porque las propiedades necesarias para la fabricación de la luz azul no se podrían lograr con un semiconductor similar a los que se utilizan para los LED. Ya en la década de 1950, el nitruro de galio (GaN) fue identificado como un semiconductor con las propiedades adecuadas para la producción de luz azul, pero p ronto se hizo evidente que la fabricación de chips para su uso en un LED fue un reto []. De hecho, a principios de los años 1970 la mayoría de los científicos habían dejado de trabajar en la fabricación de LED de GaN []. Sin embargo, durante la década de 1970 nuevos métodos para hacer crecer cristales fueron desarrollados, y comenzando en 1974 y más tarde Isamu Akasaki Hiroshi Amano, así como otros llevaron a cabo investigaciones para determinar cómo utilizar estos nuevos métodos para hacer cristales de GaN. El problema no fue resuelto hasta 1986, y los científicos todavía tenía que determinar cómo se dopan con éxito los cristales de GaN para el uso práctico []. Esto se logró finalmente a finales de 1980 [].
La invención del primer LED azul brillante habilitado el uso de LEDs para que la luz blanca. Mientras que la luz azul y roja tienen longitudes de onda que están dentro de espectros muy específicos, los de rango de luz blanca a través de un espectro muy amplio, por lo que es deseable, a efectos prácticos. Si bien hay varios métodos para producir luz blanca con LEDs azules, el que se usa más comúnmente combina un LED azul y un material que es fluorescente []. materiales fluorescentes emiten luz de una determinada longitud de onda después de que se iluminan con luz de una longitud de onda diferente. El material fluorescente que se utiliza para hacer un LED blanco emite diferentes colores de la luz cuando se ilumina con luz azul del LED azul []. La luz blanca se produce cuando la luz azul del LED se combina con los otros colores de la luz emitida por el material fluorescente.
¿Cómo se ve el futuro como para los LED y la iluminación?
Por mucho, la aplicación más importante de LEDs azul ha sido para la producción eficiente de la luz blanca. Hay un mercado para la iluminación blanca eficientes en países como los Estados Unidos, donde el 21% del consumo de electricidad en el año 2012 en el sector comercial fue para el alumbrado de []. Del mismo modo, en los países donde muchas personas dependen de los paneles solares para la electricidad, eficiente iluminación blanca de los LED azules es deseable, ya que les permite sacar el máximo provecho de su electricidad limitada []. Sin embargo, la iluminación blanca no es la única aplicación de LEDs azules. LEDs azules son también en las pantallas de muchos teléfonos móviles, televisores y tabletas.
Por desgracia, el uso de bombillas de luz LED en entornos residenciales sigue siendo bastante bajo, probablemente porque a pesar de que el ahorro de consumo de energía de los LED son grandes, el costo inicial de una bombilla LED es 25 veces mayor que la de una bombilla incandescente []. Sin embargo, estas estadísticas decepcionantes son susceptibles de cambiar; de hecho, el Departamento de Energía de EE.UU. predice que para el año 2020 el 37,6% de la iluminación residencial vendrá de LEDs y que en 2030 el 72,3% de los que lo hará []. Gracias a la continua investigación y educación de los consumidores, podemos mirar hacia un futuro más brillante, iluminado por LED.
