Oletko koskaan kuullut lauseesta ”aina on parantamisen varaa”? No, tämä koskee LEDien kehitystä enemmän kuin luulet. Ledien historia ja sen kehitys on ollut välillä hidasta, mutta viimevuosina todella nopeaa. Lue eteenpäin ja opit lisää ledien historista.
Ledien historia, lyhyt oppimäärä
2000-luvulla lisääntyneen suosionsa vuoksi useimmat ihmiset olettavat, että valodiodit ovat uusi innovaatio. Mutta tämä ei ole täysin totta, tekniikkaa on kehitetty vuosia.
Elektroluminesenssin, LEDien taustalla olevan periaatteen, löysi ensimmäisen kerran Henry Joseph Round vuonna 1907. Mutta vasta vuonna 1962 insinööri Nick Holonyak käytti tiedettä luodakseen näkyvää valoa tuottavia LEDejä sellaisina kuin me ne tunnemme.
Ledit ovat nykyään kaikkialla katuvaloista ja laskimista television kaukosäätimiin ja liikennevaloihin. Matka Piirilevyltä kodin kattovalaisimeen ei ole täysin suora.
Palataan led historian alkuun.
Kuka keksi LED-valaistuksen?
Nick Holonyak keksi LEDin, jos vain yksi henkilö pitäisi nimetä led historiassa.
LEDien kehittäminen on parasta ajatella yhteistyönä. Viimeisen kahdenvuosikymmenen aikana tekniikka on kehittynyt valtavasti on tullut kaupallisia harppauksia.
Useat ihmiset ovat osallistuneet nykyaikaisia LED-valoja ohjaavaan tieteeseen. Historiassa Tärkeimpänä Nick Holonyak.
Nick oli yhdysvaltalainen pikkukaupungissa kasvanut tekniikasta innostunut nuori mies. Hän vietti lapsuutensa isänsä Ford Model T:n parissa. Nickin isä houkutteli Nickiä jatkamaan sähkötekniikan uraa. Niinpä Nick suoritti kandidaatin ja maisterin tutkinnon sekä tohtorin tutkinnon Illinoisin yliopistosta.
Valmistuttuaan vuonna 1957 Nick työskenteli loiste- ja halogeenilamppuja valmistavassa General Electricissä. Holonyakin suuri läpimurto tapahtui vuonna 1962, kun hänelle annettiin tehtäväksi luoda infrapunalaser. Kokeilunsa aikana Nick loi vahingossa punaisen LEDin.
Vaikka muut tiedemiehet olivat tutkineet elektroluminesenssia vuosia, Nickin LED oli ensimmäinen, joka säteili valoa näkyvän valon spektrissä. Toisin sanoen se oli ensimmäinen, joka tuotti valoa, jonka ihmiset näkivät. Edeltävät olivat kaikki infrapunavaloa joka ei näy silmälle.
Vuoden sisällä General Electrics myi keksittyä polttimoa yli 200 dollarilla polttimolta. 1963 Valittujen Palojen artikkelissa hän arvioi että pian lopulta LEDit kattavat koko valon spektrin ja korvaavat Edisonin lamput. Siinä meni 50 vuottaä mutta led historia oli ennustettu.
Milloin LED keksittiin?
Nick Holonyakin ansiosta ensimmäinen näkyvän valon LED syntyi vuonna 1962. Mutta se ei ollut satunnainen keksintö, joten mistä LEDien taustalla oleva tiede juontaa juurensa?
Yllättäen Ledien historia on yli 100 vuotta vanha!
Vuonna 1907 brittiläinen tiedemies Henry Joseph Round löysi elektroluminesenssin ilmiöt. Hän huomasi, että kun syötät 10 voltin sähkövirtaa piikarbidikiteeseen, se lähettää valoa. Tämä tapahtuu, koska positiivisesti varautuneet elektronit kohtaavat negatiivisesti varautuneiden elektronit ja aiheuttavat reaktion.
Löytö oli uraauurtava, mutta valitettavasti Henryn luoma keltainen valo oli liian himmeä ollakseen todellista hyötyä.
https://en.wikipedia.org/wiki/H._J._Round
Tiedemiehet jatkoivat elektroluminesenssin tutkimista koko 1900-luvun ensimmäisen puoliskon ajan. Termin loi virallisesti George Destriau vuonna 1936.
Ensin venäläinen tutkija Oleg Vladimirovich Losev huomasi elektroluminesenssin potentiaalin. Tarkkailtuaan sinkkioksidin ja piikarbidin valopäästöjä Losev julkaisi vuosina 1924-1930 julkaisut, joissa esiteltiin LED ja sen mahdolliset sovellukset.
Losev kirjoitti vuonna 1927 antamassaan patentissa ”Light Relay”:
https://en.wikipedia.org/wiki/Oleg_Losev
”Ehdotetussa keksinnössä hyödynnetään tunnettua luminesenssin ilmiötä ja sellaisen ilmaisimen käyttöä optisessa releessä nopeaan lennätin- ja puhelinviestintään, kuvien siirtoon…”
Losev oli reilusti aikaansa edellä, kuten moni tiedemies.
Kuinka LED-valosta tuli suosittu?
Tässä herää kysymys. Jos Led valo keksittiin 1962, miksi ne eivät kehittyneet, kuin vasta 2000-luvun puolivälissä? Kaikki riippuu rahasta. Ledien historiassa oli pitkä luova tauko.
Kun General Electrics aloitti punaisten LEDien myynnin vuonna 1963, niiden Myyntihinta oli yli 200 dollaria per lamppu. Tämä oli aivan järjetön verrattuna 5–20 dollariin, jonka ihmiset olivat tottuneet maksamaan hehkulampuista. Lisäksi Led valoa ei ollut valkoisena. Nykyään led valoja on saatavilla vain 2 Eurolla lähikaupasta… Varsinainen massatuotanto alkoi 1970 luvulla.
1970 luvulla alkoi tapahtumaan
1972 Herb Maruska ja Wally Rhines keksivät sinisen ledin Stanfordin yliopistossa. Professorinsa David Stevensonin kanssa he kehittävät tekniikkaa lisää ja saivat aikaiseksi myös vihreää valoa. Tämä Magnesium-Gallium Nitriitti tekniikka on patentoitu ja tänä päivänäkin sinisen led valon tekniikan pohjana.
1970-luvun puoliväliin mennessä Fairchild Optoelectronics loi LEDin massatekniikalla, mutta ledien ongelma oli edelleen niiden pieni valontuotto.
Ajan myötä suuret yritykset, kuten IBM ja HP, alkoivat käyttää LEDejä esimerkiksi taskulaskimissa ja muussa elektroniikassa. LEDit alkoivat yleistymään pieninä merkkivaloina.
Kysynnän kasvaessa tuotantomäärät kasvoivat. Massatuotanto antoi mahdollisuuden hyödyntää ledejä uusissa tuotteissa.
Ledien historia 1980 luvulta eteenpäin
1980 luvulla aloitettiin kehittämään galliumalumiiniarsenidiin perustuvia ledejä. Suuret valmistajat lähtivät kehitykseen mukaan ja 1980 luvun lopulla Theodorode Moustakas keksi uuden yksinkertaisemman tavan valmistaa uusia suuren (verrattuna edellisiinä) valon tuottavia ledejä. Keksintö patentoitiin 1991
Edellisen keksinnön pohjalta Shuji Nakamura (samaan aikaan Isamu Akasaki ja Hiroshi Amano) kehittävät ensimmäiset korkean kirkkauden sinisen LEDin käyttämällä galliumnitridiä ja sen sovelluksia, jota voitiin hyödyntää myös kaupallisesti. Nämä henkilöt palkittiin myöhemmin fysiikan Nobel palkinnolla 2014 nykyaikaisen sinisen ledin keksijöinä.
Nykyaikainen silikonipohjalle tehtävä Led piiri kehitettiin 2001-2002 ja 2000 luvulla kaikki suuret: Osram, Cree, Philips kehittävät kilpaa led piirejä. Ledien historia kirjoittaa edelleen itseään.
Valkoinen valo
Vaikka valkoista valoa voidaan luoda käyttämällä yksittäisiä punaisia, vihreitä ja sinisiä LEDejä, tämä johtaa huonoon värintoistoon, koska vain kolme kapeaa valon aallonpituuskaistaa säteilee erikseen. Tehokkaiden sinisten LEDien saavuttamista seurasi nopeasti ensimmäisen valkoisen LEDin kehitys.
Tässä laitteessa (tunnetaan nimellä ”YAG”) seriumilla seostettu fosforipinnoite tuottaa keltaista valoa fluoresenssin kautta. Tuon keltaisen ja jäljellä olevan sinisen valon yhdistelmä näyttää valkoiselta silmälle.
https://en.wikipedia.org/wiki/Yttrium_aluminium_garnet
Ensimmäiset valkoiset ledit olivat kalliita ja tehottomia. Tämän jälkeen valoteho on kasvanut eksponentiaalisesti. Kehitystä ovat johtaneet mm. Panasonic, Nichia ja Samsung.
Laboratoriossa kokeessa 2014 onnistuttiin tuottamaan 303 lumenia wattia kohden ja led piiri joka kestää teoriassa 100000 tuntia. Tämän toteuttaminen käytännössä vaatisi kuitenkin niin massiivisen jäähdytyksen, että siinä ei ole kaupallisesti järkeä. Nykyään led piirit tuottavat valmiissa valaisimessa 100-170 lumen wattia kohden riippuen sovelluksesta.
Mutta Led kehittyy yhä..
Alla tiivistetty aikajana LEDin kehityksen historiasta:
Viimeiset sanat
Kehitys on kestänyt pitkään ja mukana on ollut 100 vuoden ajan lukuisia kehittäjiä.
Nykyään kaikkialla on led piirejä. Laite jolla tätä luet sisältää led näytön, huone jossa olet sisältää led valaisimia.. Eli Led ei ole enään historiaa vaan nykypäivää.
