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Historia e importancia de la invención de los diodos emisores de luz azul

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Historia e importancia de la invención de los diodos emisores de luz azul



Hace unas semanas (el 9 de Octubre)el comité Nobel de la Academia Sueca de Ciencias anunció que Isamu Akasaki (izquierda), Hiroshi Amano (derecha) y Shuji Nakamura (centro), han sido galardonados con el Premio Nobel de Física por la “invención de los diodos emisores de luz azul eficientes.

Announcement of the Nobel Prize in Physics 2014

Akasaki y Amano, ambos japoneses, investigan en la Universidad de Nagoya, en Japón, y por su parte Nakamura de nacionalidad estadounidense, investiga en la Universidad de California, en Santa Cruz, EEUU. Según destaca el comité de la Real Academia sueca de ciencias, “con las lámparas LED tenemos ahora alternativas más duraderas y más eficientes a las viejas fuentes de luz”. Estos científicos han producido una revolución en la tecnología de la luz al inventar las lámparas LED de luz blanca y de larga duración.
La palabra LED son las siglas en inglés del nombre del dispositivo DIODO EMISOR DE LUZ (light emitting diode).

La “invención de los diodos emisores de luz azul eficientes que han permitido las fuentes de luz brillantes y de ahorro energético”, según ha destacado el comité de la Real Academia sueca de ciencias. En otras palabras, Akasaki y sus colegas abrieron la puerta a las bombillas LED de luz blanca y larga duración. “Conlas bombillas LED tenemos ahora alternativas más duraderas y más eficientes a las viejas fuentes de luz”, destaca la academia sueca.

Continúa la Real Academia Sueca de Ciencias. “Su invento fue revolucionario. Las bombillas de luz incandescente iluminaron el siglo XX; el siglo XXI será el de las bombillas LED”

"Siempre le recomiendo a los jóvenes científicos que no centren sus trabajos en lo que está de moda, que investiguen sobre lo que creen, aunque no consigan resultados inmediatos", explicó Akasaki durante una rueda de prensa en Nagoya minutos después de producirse el anuncio del premio que describió como “el mayor de los honores”, informa Europa Press.

Los 880.000 euros de dotación del Nobel se distribuyen a partes iguales entre los tres galardonados. Akasaki y Amano, ambos japoneses, nacieron en 1929 y 1960, respectivamente. Nakamura, 1954, tiene nacionalidad estadounidense.

Las luces LED, recalcan los científicos de la academia sueca, dado su bajísimo consumo, pueden funcionar alimentadas por paneles solares baratos, lo que abre la posibilidad de una mejora de la calidad de vida para 1.500 millones de personas en el mundo que no tienen acceso a la red eléctrica. Este año, el galardón de Física se ajusta fielmente, al menos en parte, al legado de Alfred Nobel, que establece que se dediquen los fondos a “premios para aquellos que, durante el año precedente, hayan generado un gran beneficio para la humanidad”. Lo del “año precedente” no se cumple casi nunca.


“Mucha gente abandonó, pero yo seguí trabajando en lo que creo y amo”, dijo Akasaki.



La pregunta que se hacen muchos es ¿porqué la invención de un LED azul merece un Nobel?

Para responder esa pregunta es necesario repasar un poco de la historia de l tecnología LED y luego abordar las particularidades y aplicaciones distintas del azul.

Los origenes

La invención de la tecnología LED se remonta a 1907. Henry Joseph Round, asistente de Marconi, descubrió el efecto físico de la electroluminescencia cuando estaba trabajando en investigaciones referentes a comunicaciones por radio, y publico ese descubrimiento en la revista "Electrical World" pero no siguió desarrollándolo.
20 años después un científico soviético, Oleg Lósev desarrolla un diodo cristalino con oxido de zinc y carburo de silicio que emitía fotónes al hacer pasar la corriente por él y lo patenta con el nombre de "Relé de Luz ". El aislamiento científico de de la URSS en sus primeros años,así como la muerte de Lósev en la II Guerra Mundial detienen temporalmente la investigación en este campo.

En 1962 en Estados Unidos, mientras trabaja como asesor científico de la General Electric, Nick Holonyak inventa el primer LED (siglas en ingles de "Diodo Emisor de Luz") en el espectro visible- haga click aqui para ver mas información del espectro de luz visible-.
Convencido con la repercusión de su invento declara un año después  que la iluminación LED terminará sustituyendo la iluminación de lamparas incandescentes de Thomas Edison, e inmediatamente sale al mercado el primer LED rojo basado en fósforo de galio y arsénico (GAASP).

En los siguientes 20 años, y como el resultado del desarrollo de nuevos materiales semiconductores, los LEDs se van desarrollando en verde, naranja y amarillo, y mejorando su (inicialmente reducidos) efectividad y rendimiento. Pese a su potencial el uso en esta época sigue restringido a las pequeñas luces de los electrodomésticos.


El gran salto: LED Azules y blanco

En 1971 Jack Pankove había desarrollado una tecnología de LED azul basado en nitruro de galio pero su bajísima potencia lo convertía en unisable: los defectos internos del material disminuían sus propiedades eléctricas. Durante mucho tiempo al invención de un LED azul eficiente fue una misión que se resistió a los intentos de los investigadores, pero el éxito era necesario si se quería completar la matriz RGB para obtener luz blanca y así poder cumplir el sueño de dejar obsoletas las bombillas incandescentes de Edison.

Los ganadores del Nobel de Física de este año obtuvieron en 1989 un LED azul visible con una eficiencia ínfima que seguía sin convertirlo en apto para una producción masiva. Tras seguir intentando otros cinco años en 1994 obtuvieron un LED azul de alta eficiencia gracias a nuevas técnicas (derivada de la fabricación de láseres con semiconductores) y al uso de INGAN/ALGAN (nitruro de galio-indio / nitruro de galio-aluminio) como material semiconductor. Por fin el LED azul estaba listo para su producción industrial, y se habrían las puertas del LED blanco (además posteriormente se invento un método para crear luz blanca mas barato que el LED RGB: el pcLED, basado en la combinación de LED azul y fósforo).

El diodo de luz azul era imprescindible para poder conseguir, a partir de la superposición de los tres colores, luz blanca.

Los LED son cada vez más eficientes en el sentido de que requieren menos energía para emitir luz, en comparación con las bombillas tradicionales o los fluorescentes.
A diferencia de la lámpara incandescente, que tiene un filamento, donde la mayor parte de la energía se disipa en forma de calor y sólo una pequeña fracción produce luz, el LED no tiene un filamento y por la tanto su consumo de energía es muy bajo. Además, las luces LED producen un flujo luminoso de 300 lumen por vatio, frente a 70 lumen de las lámparas fluorescentes, y a 16 de las incandescentes tradicionales. Al mismo tiempo pueden permanecer encendidas por 5 años, es decir 50 veces más tiempo que las lámparas incandescentes comunes.


1/4 del consumo mundial de electricidad se utiliza para fines de iluminación,
la tecnologia LED contribuye al ahorro de recursos de la tierra.

Y, a diferencia de las lámparas fluorescentes, los LED no contienen mercurio, señala la academia sueca al explicar la importancia socioeconómica y medioambiental del trabajo galardonado este año. En cuanto a su duración, los LED aguantan hasta 100.000 horas encendidos, las bombillas incandescentes mil y los fluorescentes, 10.000. Hay que recordar que las llamadas bombillas de bajo consumo de hace pocos años son fluorescentes, pero con la llegada de los LED, ese apelativo de bajo consumo ha perdido su significado.

El principio de diodos emisores de luz LED (superior izquierda)
y un ejemplo de una lámpara LED azul.


La estructura de un LED es simple, ya que está formado por un pequeño microchip incrustado en un sencillo circuito eléctrico. Se encienden debido al movimiento de electrones en un material semiconductor, por un efecto denominado electroluminiscencia. Esencialmente, los electrones se recombinan con "huecos" (órbitas no ocupadas por electrones), emitiendo fotones de una determinada longitud de onda determinada por la energía de la transición. La electricidad se convierte directamente en fotones, partículas de luz. Ahí está la calve de su eficiencia, ya que las fuentes luminosas tradicionales la mayor parte de la electricidad se convierte en calor y solo un poco en luz. En una bombilla de las de antes, o en un halógeno, la corriente eléctrica calienta un filamento que se pone incandescente y emite luz.El color de la luz, es decir su longitud de onda, depende del material empleado en el semiconductor. Akasaki y Amano y también Nakaura emplearon cristales de nitrito de galio, que lograron producir a mediados de los ochenta, y recien en 1992 ambos equipos lograron producir un diodo de luz azul brillante.




Fuente y links:

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2014/
https://twitter.com/NobelPrize/status/519423549770330112/photo/1
https://twitter.com/NobelPrize
http://www.huffingtonpost.fr/2014/10/06/prix-nobel-physique-2014_n_5940174.html
http://www.standaard.be/cnt/dmf20141007_01307674
http://timesofindia.indiatimes.com/home/science/Nobel-prize-for-physics-2014-goes-to-inventors-of-energy-efficient-LED-light/articleshow/44615595.cms