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Isamu Akasaki |
ShujiNakamura |
Hiroshi Amano |
Isamu Akasaki (1929). Chiran, Japón
Shuji Nakamura (1954). Ikata, Japón
Hiroshi Amano (1960).
Hamamatsu, japón
"Por
el desarrollo de diodos emisores de luz azul más eficientes
que han hecho posible nuevas fuentes de luz blanca y el
ahorro de energía".
Documento
Fundación Nobel traducido
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Isamu
Akasaki, Hiroshi Amano and Shuji Nakamura han sido
premiados por desarrollar una nueva fuente de luz más
eficiente y respetuosa con el medio ambiente, el diodo
emisor de luz (LED) azul. De acuerdo con el espíritu de
Alfred Nobel se ha premiado un invento que proporciona
grandes beneficios a la humanidad; usando LEDs azules
podemos obtener luz blanca. Las lámparas LED son, en la
actualidad, una alternativa, más duradera y eficiente, a
las antiguas fuentes de luz. |
Tenemos
LEDs rojos y verdes desde hace casi medio siglo, pero
para obtener LEDs azules era necesaria toda una
revolución tecnológica. Solo mezclando los colores rojo,
verde y azul se puede obtener la luz blanca que ilumina
nuestro mundo, pero a pesar de los grandes esfuerzos
llevados a cabo en la investigación y en la industria,
la luz azul continuó siendo un desafío durante tres
décadas.
Akasaki
trabajó con Amano en la universidad de Nagoya y Nakamura
era un empleado de Nichia Chemicals, una pequeña empresa
ubicada en Tokushima, en la isla de Shikoku. Cuando
obtuvieron brillantes rayos azules utilizando
semiconductores, abrieron las puertas a una
transformación fundamental en la tecnología de la
iluminación. Si las bombillas de luz incandescente han
iluminado el siglo XX; el siglo XXI se iluminará con
lámparas LED. |
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El corazón del LED se compone
de varias capas de materiales semiconductores:
una capa
de tipo n con un excedente de electrones (cargas negativas) y
una capa tipo p con un déficit de electrones (por tanto con
carga positiva), también conocida como una capa con "agujeros"
Una diferencia de
potencial hace que los electrones de la capa n y los huecos
de la capa p se dirijan a la capa activa, donde se recombinan
emitiendo luz. La longitud de onda de la luz emitida depende
del material semiconductor utilizado.
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A pesar de que antes otros no habían
tenido éxito, Akasaki , Amano y Nakamura eligieron el nitruro de
galio (GaN) y sus esfuerzos obtuvieron recompensa. En principio el
material se consideró apropiado para la producción de luz azul, pero
las dificultades prácticas eran enormes. Nadie fue capaz de obtener
cristales de nitruro de galio con la calidad suficiente, ya que los
intentos para conseguir una superficie adecuada sobre la que
crecieran los cristales de nitruro de galio resultaron infructuosos.
Por otra parte, era prácticamente imposible crear capas tipo p en
este material.
Akasaki y Amano fueron los primeros
(en 1986) en obtener un cristal de nitruro de galio de alta calidad
sobre una capa de nitruro de aluminio con sustrato de zafiro. Unos
años más tarde, al final de la década de 1980, lograron un gran
avance con la creación de una capa tipo p. Ambos, Akasaki y Amano,
descubrieron que el material brillaba más intensamente cuando era
estudiado con un microscopio electrónico de barrido. Eso les sugirió
que el haz electrónico del microscopio hacía más eficiente la capa
tipo p. En 1992 lograron presentar su primer diodo emisor de luz
azul.
Nakamura comenzó a desarrollar su
LED azul en 1988. Dos años más tarde también consiguió obtener
nitruro de galio de alta calidad. Lo logró, de forma muy
inteligente, depositando una delgada capa de nitruro de galio a baja
temperatura y, sobre ella, sucesivas capas a una temperatura más
alta. Además Nakamura reemplazó el haz de electrones por un
procedimiento más simple y barato: calentando el material se
las arregló para crear una capa tipo p (1992). Había logrado una
solución diferente de la propuesta por Akasaki y Amano.
Durante la década de 1990, ambos
grupos lograron mejorar sus LEDs azules, haciéndolos más eficientes.
Obtuvieron diferentes aleaciones de nitruro de galio con aluminio o
indio, logrando LEDs estructuralmente cada vez más complejos
En los LED la electricidad se
convierte directamente en partículas de luz, fotones, de una manera
mucho más eficiente que en otras fuentes de luz donde la mayor parte
de la electricidad se convierte en calor y sólo una pequeña cantidad
en luz. En las lámparas de incandescencia, así como en las bombillas
halógenas, la corriente eléctrica se utiliza para calentar un
filamento de alambre, haciéndolo brillar. En las lámparas
fluorescentes (conocidas como lámparas de bajo consumo, aunque con
la llegada de las lámparas LED esa denominación ha perdido su
significado) la electricidad excita el gas que contienen
produciéndose luz y calor.
Los nuevos LED requieren menos
energía para emitir luz. Además su eficiencia aumenta
constantemente, lográndose cada vez mayores flujos luminosos
(medidos en lúmenes) por unidad de potencia eléctrica (medida en
watios). El récord actual está en unos 300 lm/W. Las lámparas de
incandescencia producen unos 16 lm/W y las lámparas
fluorescentes 70 lm/W. Como aproximadamente una cuarta parte del
consumo mundial de electricidad se utiliza para iluminación, los
LEDs contribuyen al ahorro de recursos de nuestro planeta.
Los LED también duran más que otras
lámparas. Las bombillas incandescentes duran unas 1000 h, al cabo de
las cuales el calor destruye su filamento, mientras que las lámparas
fluorescentes duran 10 000 h. Un LED puede durar 100 000 h, lo que
reduce de forma considerable el consumo de material.
Las lámparas LED blancas se pueden
crear de dos formas diferentes. Una forma es utilizar luz azul para
excitar fósforo que brilla en rojo y verde. Al mezclarse los tres
colores se produce luz blanca. La otra forma es construir una
lámpara con tres LEDs, rojo, verde y azul, y que el ojo hagan el
trabajo de mezclar los tres colores percibiendo color blanco.
La tecnología LED puede aumentar la
calidad de vida de más de 1500 millones de personas que actualmente
carecen de acceso a las redes de electricidad, ya que su bajo
consumo permite que puedan funcionar conectados a células solares.
Además el agua contaminada puede esterilizarse con LEDs
ultravioleta, construido tras el LED azul.
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