» »

Nobelova nagrada za fiziko 2014

Nobelova nagrada za fiziko 2014

Nobelove nagrade - Švedska kraljeva akademija znanosti je razglasila prejemnike letošnje Nobelove nagrade za fiziko. Isamu Akasaki, Hiroshi Amano in Shuji Nakamuro prejmejo nagrado za odkritje učinkovitih modrih LED-diod, ki omogočajo svetle in varčne vire bele svetlobe.

Diode, ki oddajajo svetlobo, niso nov izum, a so šele v zadnjem desetletju spremenile način osvetljave prostorov in omogočile velikanske prihranke pri porabi energije. Že v 50. in 60. letih prejšnjega stoletja so odkrili, da lahko diode oddajajo vidno svetlobo. Prva patentirana dioda iz leta 1962 je oddajala infrardečo svetlobo, kmalu pa so izdelali diode, ki so svetile rdeče in zeleno. Zaradi nizke porabe energije je bil tudi omejen barvni spekter dovolj za nišne uporabe, medtem ko je bilo treba za osvetljevanje prostorov, kjer so mogoči pravi prihranki, izumiti diodo, ki sveti modro. Na problemu je vrsta raziskovalcev delala dolga tri desetletja in v začetku 90. let je nagrajeni trojki uspelo. Z uporabo modre, zelene in rdeče LED-diode pa je mogoče pripraviti belo svetlobo, ki je zelo podobna Sončevemu spektru.

Diode so večnamenski elektronski element, ki ga v principu sestavljata dve polprevodniški plasti. Vsako plast dopiramo s svojo primesjo, ki na eni strani povzroči presežek elektronov in s tem negativnega naboja (n-plast), na drugi strani pa presežek vrzeli in pozitivnega naboja (p-plast). Na stiku se plasti delno nevtralizirata. Če na diodo pritisnemo električno napetost v primerni smeri (anodo na pozitivno napetost, katodo na negativno), tok skozi diodo steče. V primeru LED se pri rekombinaciji elektronov in vrzeli sproščajo fotoni. Generacija svetlobe z diodami je zelo učinkovita, ker se praktično vsa električna energija porabi za svetlobo. Dosegajo svetilnosti 300 lm/W in 50-odstotno učinkovito izrabo energije, medtem ko so fluorescentne sijalke štirikrat manj učinkovite, tipične žarnice z žarilno nitko pa skoraj dvajsetkrat. To je pomembno, ker se trenutno približno četrtina vse električne energije na svetu porabi prav za razsvetljavo.

Frekvenca svetlobe, ki jo oddaja LED-dioda, je odvisna od materiala v np-spoju. Za modro svetlobo je bil ključen galijev nitrid, ki so ga prejemniki nagrade uspeli vzgojiti v dovolj visoki čistoči in pravilni kristalni rešetki, da je bil uporaben kot diodni material. Pred njimi so to desetletja poskušali številni raziskovalni in industrijski (recimo Philipsov) laboratoriji, a jim ni uspelo, zato so se preusmerili na druge materiale. A preizkusi so kazali, da je prav galijev nitrid najprimernejši, le vzgojiti ga bo nekako treba. Akasaki in Amano sta ga vzgojila tako, da sta na safirjev kristal nanesla plast aluminijevega nitrida (30 nm) pri 500 °C in na njem kristalizirala galijev nitrid pri 1000 °C. Nakamura se je problema lotil drugače, in sicer tako, da je začel kristal gojiti pri nizki temperaturi in jo počasi povečeval.

Velik problem je bilo tudi p-dopiranje galijevega nitrida. Amano in Asaki sta pri preiskavah s cinkom dopiranega vzorca z vrstičnim elektronskim mikroskopom (SEM) ugotovila, da se emisija svetlobe pod mikroskopom izboljša. Tudi obsevanje z magnezijem dopiranega vzorca je pokazalo izboljšanje emisij. Šele nekaj let pozneje je Nakamura pojasnil, da je skrivnost v vodiku. Magnezij in cink se kompleksirata z vodikom in postaneta inertna, obsevanje pa ju spet aktivira, kar izboljša p-sloj v materialu. Prve delujoče modre LED-diode smo tako dobili leta 1992. Akasaki in Amano sta izumila tudi moder laser, ki nam je med drugim prinesel blu-ray pogone.

Danes so LED-diode varčnejše in vzdržljivejše (življenjska doba 100.000 ur) od ostalih virov svetlobe. Belo svetlobo lahko ustvarimo tako, da uporabljamo tri barvne LED-diode (rdečo, zeleno in modro) ali pa da s svetlobo modrih diod obsevamo fosfor, ki sveti tudi v rdečem in zelenem delu spektra. Galij-nitridne diode so danes uporabne za osvetlitev zaslonov iz tekočih kristalov, prostorov, v DVD-jih in blu-rayjih ter tudi v bolj eksotičnih aplikacijah, kot je na primer sterilizacija z UV-svetlobo iz močnih diod.

23 komentarjev

carota ::

Še slovar: kratica "LED" pomeni "Light-emitting diode".
Če nekdo reče "LED dioda", je to na dolgo "light-emitting diode dioda". Kot bi rekel "itd dalje", "TV vizija", "OS sistem", "SSD disk", "SFRJ Jugoslavija", ...

Dr_M ::

SSD disk je narobe, ker D pomeni drive in ne disk. SSD v nobenem primeru ni disk.

MrStein ::

Vsako plast dopiramo s svojo primesjo, ki na eni strani povzroči presežek elektronov in s tem negativnega naboja (n-plast)

Ni presežka negativnega naboja, zadeva je po naboju nevtralna.
(velja enako za P plast)
Teštiram če delaž - umlaut dela: ä ?

Furbo ::

Nisem vedel, da je bilo potrebnega toliko truda za led diode.

Zdaj pa pogumno v razvoj kakih tablet, ki bi omilile težave grammar nacijev.
Lp,f

gruntfürmich ::

super zadeva. velik preboj na področju svetil.
"Namreč, da gre ta družba počasi v norost in da je vse, kar mi gledamo,
visoko organizirana bebavost, do podrobnosti izdelana idiotija."
Psiholog HUBERT POŽARNIK, v Oni, o smiselnosti moderne družbe...

gus5 ::

Ni res, da z uporabo rdečih, zelenih in modrih svetil ustvarimo belo svetlobo. Ustvarimo kvečjemu iluzijo bele svetlobe. Retina človeškega očesa lahko zazna le določene valovne dolžine elektromagnetnega valovanja, in sicer 'rdečo', 'modro' in 'zeleno' valovanje. Barve so pisane v narekovajih zato, ker elektromagnetno valovanje samo po sebi ne vsebuje nobenega pigmenta; rečeno drugače: barve v realnem sploh ne obstajajo! So iluzija, ki jo ustvarijo človeški možgani. Vse barvne nianse, ki jih ustvarijo možgani, ki jih torej 'vidimo', so konec koncev specifične kombinacije omenjenih treh valovnih dolžin, tj. tistih valovnih dolžin, ki jih receptorji v človeškem očesu sploh lahko 'predelajo' v nevronski signal in z njimi 'vzburijo' določene dele možganov - ti pa ustvarijo iluzijo določene barve. Možgani ustvarijo iluzijo bele (svetlobe) v primeru, če so receptorji človeškega očesa enakomerno 'obremenjeni' z 'rdečo', 'modro' in 'zeleno' svetlobo.

HeMan ::

Kaj točno si hotel s tem povedati? A ni to isto?

Pithlit ::

gus5 je izjavil:

Ni res, da z uporabo rdečih, zelenih in modrih svetil ustvarimo belo svetlobo. Ustvarimo kvečjemu iluzijo bele svetlobe. Retina človeškega očesa lahko zazna le določene valovne dolžine elektromagnetnega valovanja, in sicer 'rdečo', 'modro' in 'zeleno' valovanje. Barve so pisane v narekovajih zato, ker elektromagnetno valovanje samo po sebi ne vsebuje nobenega pigmenta; rečeno drugače: barve v realnem sploh ne obstajajo! So iluzija, ki jo ustvarijo človeški možgani. Vse barvne nianse, ki jih ustvarijo možgani, ki jih torej 'vidimo', so konec koncev specifične kombinacije omenjenih treh valovnih dolžin, tj. tistih valovnih dolžin, ki jih receptorji v človeškem očesu sploh lahko 'predelajo' v nevronski signal in z njimi 'vzburijo' določene dele možganov - ti pa ustvarijo iluzijo določene barve. Možgani ustvarijo iluzijo bele (svetlobe) v primeru, če so receptorji človeškega očesa enakomerno 'obremenjeni' z 'rdečo', 'modro' in 'zeleno' svetlobo.

A to je tko kot uno da je rdeč list v resnici vseh mogočih barv _razen_ rdeče? Jaz pa sem sestavljena iz 99.9% lufta? In tako dalje...
Life is as complicated as we make it...

nekikr ::

gus5 je izjavil:

Ni res, da z uporabo rdečih, zelenih in modrih svetil ustvarimo belo svetlobo. Ustvarimo kvečjemu iluzijo bele svetlobe. Retina človeškega očesa lahko zazna le določene valovne dolžine elektromagnetnega valovanja, in sicer 'rdečo', 'modro' in 'zeleno' valovanje. Barve so pisane v narekovajih zato, ker elektromagnetno valovanje samo po sebi ne vsebuje nobenega pigmenta; rečeno drugače: barve v realnem sploh ne obstajajo! So iluzija, ki jo ustvarijo človeški možgani. Vse barvne nianse, ki jih ustvarijo možgani, ki jih torej 'vidimo', so konec koncev specifične kombinacije omenjenih treh valovnih dolžin, tj. tistih valovnih dolžin, ki jih receptorji v človeškem očesu sploh lahko 'predelajo' v nevronski signal in z njimi 'vzburijo' določene dele možganov - ti pa ustvarijo iluzijo določene barve. Možgani ustvarijo iluzijo bele (svetlobe) v primeru, če so receptorji človeškega očesa enakomerno 'obremenjeni' z 'rdečo', 'modro' in 'zeleno' svetlobo.

Pred tabo je izjemna kariera v politiki. Toliko prazne slame, da opišeš prazno slamo, pa že dolgo ne :)

gus5 ::

HeMan je izjavil:

Kaj točno si hotel s tem povedati? A ni to isto?


Poanta: valovne dolžine elektromagnetnega valovanja ne vsebujejo pigmenta; še bolj na kratko: barv v realnem ni! Barve so iluzija, ki jo ustavijo naši možgani. Torej z uporabo rdečih, zelenih in modrih svetil ne moremo ustvariti bele svetlobe, ker, se ponavljam, svetloba nima belega pigmenta. In še manj je res, da je »z uporabo modre, zelene in rdeče LED-diode mogoče pripraviti belo svetlobo, ki je zelo podobna Sončevemu spektru«.

Elektromagnetno valovanje obsega spekter različnih valovnih dolžin. Človeško oko ne zazna celotnega spektra. Če bi zaznalo npr. mikrovalove, bi lahko ljudje opazovali kozmično pra-sevanje oz. kozmično sevanje mikrovalovnega ozadja, tj. vesolje, ko je bilo to še v plazemskem stanju in je bilo staro približno 400.000 let. Nekatere valove dolžine pa oko vendarle zazna, tj. jih zna 'prevesti' v nevronske impulze, ki človeškim možganom omogočijo, da ustvarijo iluzijo barv. A vsa bitja ne 'vidijo' enako posameznih valovnih dolžin. Ne-človeška bitja lahko določeno valovno dolžino 'vidijo' v povsem drugi barvi kot človek. Obstaja domnevna, da celo pripadniki iste živalske vrste posamezne barve 'vidijo' nekoliko drugače, saj je vsako bitje biološki organizem zase.

BALAST ::

In komu proizvajalci plačujejo patente, zagotovo ne tem znanstvenikom?
"You may fool all the people some of the time;
you can even fool some of the people all the time;
but you can't fool all of the people all the time."

one too many ::

Če prav razumem @gus5-a, hoče povedati, da bele LEDice ne oddajajo v celoti zveznega spektra v vidnem delu EMV kot običajna žarnica ali Sonce, temveč samo tiste valovne dolžine, ki jih zaznava naše oko (link s tega wiki članka).
Torej gre se bolj za to, da naše oči niso nek blazno dober spektrometer. Zlahka se lahko pretentamo, da vir oddaja rdečo svetlobo, čeprav je večina spektra v IR (npr. kako žareče železo).
Če bele LEDice res tako delujejo - da so sestavljene iz teh RGB virov, ne vem. Vem pa, da vsaj bolj preproste LEDice (rdeča, zelena) oddajajo ozek zvezen spekter in to potem zveni logično.

HeMan ::

gus5 je izjavil:

Poanta: valovne dolžine elektromagnetnega valovanja ne vsebujejo pigmenta; še bolj na kratko: barv v realnem ni! Barve so iluzija, ki jo ustavijo naši možgani. Torej z uporabo rdečih, zelenih in modrih svetil ne moremo ustvariti bele svetlobe, ker, se ponavljam, svetloba nima belega pigmenta.


Imam občutek da ne veš točno kaj barva je, oz kako je definirana. Lahko prebereš na wiki: Color @ Wikipedia

In bela barva je po definiciji barva, ki jo človeško oko vidi, ko zazna svetlobo, ki vsebuje vse valovne dolžine vidnega spektra (vir: White @ Wikipedia. Tako da na podlagi te definicije, če narediš ledico iz rdeče, modre in zelene ledice in vidiš belo svetlobo, si naredil ravno to, belo svetlobo! Vem da se zabavno sliši ko rečeš da barve v realnem svetu ne obstajajo. Ampak saj smo na tehnološki spletni strani. Vsi vemo kaj približno je definicija barve. In kot take, barve obstajajo.

mtosev ::

zanimivo, da so rabili 40let, da so naredili prve modre ledice. zakaj je to tolk trajalo, če so rdeče in zelene bile zunaj tolk prej?
i like:) [Dell Inspiron 13 7000 - i7 6500U, 8gb ddr3l, 256gb samsung, ips fhd]
moj oče darko 1960-2016
moj labradorec max 2002-2013

MrStein ::

A ni lepo opisano v novici?
Ker ta material ni tako preprosto pripraviti.
Teštiram če delaž - umlaut dela: ä ?

gus5 ::

HeMan je izjavil:

Imam občutek da ne veš točno kaj barva je, oz kako je definirana. Lahko prebereš na wiki: Color @ Wikipedia


Nemogoče je vedeti nekaj, še zlasti če to 'nekaj' v realnem, fizičnem svetu ne obstaja. In barve ter barvne svetlobe ne obstajajo. Razlage na Wikipediji gre jemati z rezervo, a v primeru definicije barve tamkajšnja razlaga niti ni slaba; barva je OBČUTEK, piše na slovenski Wikipediji. Občutek, iluzija, vsekakor pa ne realno obstoječa entiteta.

HeMan ::

Fora je da vsi to vemo. In to nič ne spremeni novice niti dejstva, da vsi vidimo barve. Saj noben ni rekel da je barva sestavljena iz atomov.

...:TOMI:... ::

100 kh ni nič takega, če upoštevamo, da so naredili klasično žarnico, ki je dosegala 150 kh in celo 1 Mh.

Lumni na watt so na najbolj butasta enota, najbrž so jo izzumili trgovci.

Kratice v vsakdanjem življenju so tako butaste, vsak dan lahko poslušate čudne stvari, recimo stranka xyz in po navadi je v kratici tudi en s, ki pomeni stranko.

Poraba energije za razsvetljavo sploh ni problematična, tu je spetbena floskula.

Najhujši absurd je MLM MB. Pomeni Mariborska livarna Maribor Maribor. Kdo se je spomnil tega imena mi ni jasno, tako butasto, da je kar kičasto.
Tomi

gruntfürmich ::

uf uf, sami bodoči nobelovci vidim.
"Namreč, da gre ta družba počasi v norost in da je vse, kar mi gledamo,
visoko organizirana bebavost, do podrobnosti izdelana idiotija."
Psiholog HUBERT POŽARNIK, v Oni, o smiselnosti moderne družbe...

Invictus ::

gruntfürmich je izjavil:

uf uf, sami bodoči nobelovci vidim.

Itak.

Najbrž bodo dobili Nobelovo nagrado za slovnico in besedišče, ker se non-stop samo nekaj zapenjajo okoli uporabe izrazov.
"Life is hard; it's even harder when you're stupid."

http://goo.gl/2YuS2x

Furbo ::

Zdi se mi, kot bi prispevek o LEDicah objavili na kakem forumu prfoksov slovenščine.
Lp,f

acquiesce ::

Furbo je izjavil:

Zdi se mi, kot bi prispevek o LEDicah objavili na kakem forumu prfoksov slovenščine.


Ha, ampak res. Malo preveč ste pikolovski. Saj večina nas (je) študira na naravoslovnih faksih, ker nam je šla slovenščina bolj slabo in imamo rajši številke hehe ;).
Mene recimo bolj moti oz. me je, tisto pri trgovcih, o moči v V, o porabi pa tudi že govorimo praktično normalno v W.

Drugače pa zaslužena nagrada ni kaj.

Aja btw gus5, mi razložiš kvantno fiziko 8-).

jype ::

Pithlit> Jaz pa sem sestavljena iz 99.9% lufta?

Ne, praznega prostora, ki _ni_ luft.


Vredno ogleda ...

TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
TemaSporočilaOglediZadnje sporočilo
»

Delovanje laserja

Oddelek: Elektrotehnika in elektronika
413729 (2219) 2f4u
»

LCD zaslonček preko USB

Oddelek: Novice / Zasloni / projektorji / ...
61596 (1596) krho
»

Menjava led diode v mišaku™

Oddelek: Novice / Modifikacije
81597 (1597) Dami
»

Komplet LED diod namesto neonke

Oddelek: Novice / --Nerazporejeno--
62250 (2250) krucymucy

Več podobnih tem