Una de las tecnologías más revolucionarias del siglo XXI, los-diodos emisores de luz (LED), están cambiando la forma en que nos comunicamos, iluminamos nuestros hogares y nos relacionamos con el mundo exterior. Es una historia de perseverancia, creatividad y-descubrimientos innovadores que los llevaron desde fenómenos científicos oscuros hasta soluciones de iluminación ampliamente utilizadas. Este artículo describe el desarrollo deLEDa través del tiempo, enfatizando las innovaciones que hicieron posibles sus usos actuales.
1. Primeros hallazgos: los orígenes de la electroluminiscencia (1907-1960)
El fenómeno de la electroluminiscencia, o la liberación de luz de una sustancia cuando una corriente eléctrica la atraviesa, es la base de la tecnología LED. Henry Joseph Round, un investigador británico, hizo la primera observación de este concepto en 1907 cuando descubrió que un cristal de carburo de silicio (SiC) emitía un brillo tenue cuando se aplicaba voltaje. A pesar de ser involuntario y poco comprendido, el hallazgo de Round fue la primera electroluminiscencia documentada.
Oleg Losev, un inventor ruso, se basó en el trabajo de Round en la década de 1920. Losev escribió-artículos en profundidad sobre "relés de luz" mientras investigaba cristales de carburo de silicio y óxido de zinc. También sugirió que la electroluminiscencia puede servir como base para fuentes de luz útiles. Pero debido a las limitaciones técnicas de la época, su estudio fue prácticamente ignorado y sus contribuciones no fueron recordadas hasta décadas después.
Las décadas de 1950 y 1960 vieron el amanecer de la era LED contemporánea cuando se hicieron posibles nuevas posibilidades gracias a los avances en la ciencia de los semiconductores. Investigadores de RCA, General Electric e IBM investigaron materiales como el arseniuro de galio (GaAs) y el fosfuro de galio (GaP). Un LED infrarrojo fue inventado en 1961 por Robert Biard y Gary Pittman, pero el descubrimiento crucial fue realizado por el científico de General Electric Nick Holonyak Jr. Holonyak desarrolló el primer LED de espectro visible-en 1962, utilizando un cristal de fosfuro de arseniuro de galio (GaAsP) para generar luz roja. Conocido como el "padre del LED", Holonyak hizo la entonces-predicción futurista de que los LED eventualmente reemplazarían a las lámparas incandescentes.
2. La revolución del color (décadas de 1970 y 1980): ampliando el espectro
La luz roja-de baja intensidad producida por los primeros LED solo era apropiada para las luces indicadoras utilizadas en relojes, calculadoras y otros dispositivos. En la década de 1970, la investigación estuvo impulsada por el deseo de encontrar nuevos colores y una mayor eficiencia.
LED verdes y amarillos: a principios de la década de 1970, los inventores crearon LED verdes y amarillos dopando fosfuro de galio con nitrógeno. Estos crecieron hasta incluir indicadores de tablero para automóviles y semáforos.
LED que son azules: el Santo Grial Debido al desafío de crear cristales de nitruro de galio (GaN) de alta-calidad, la luz azul sigue siendo difícil de alcanzar. El crecimiento fue difícil debido a la alta temperatura de fusión del GaN y al desajuste de la red con los sustratos. Utilizando la deposición química de vapor metalorgánico (MOCVD), investigadores como Isamu Akasaki e Hiroshi Amano en Japón persistieron y lograron avances significativos en el desarrollo de GaN sobre sustratos de zafiro a fines de la década de 1980.
El primer LED azul-de alto brillo fue creado en 1993 por Shuji Nakamura de Nichia Corporation, lo que supone el último avance significativo. El campo fue transformado por la invención de Nakamura, que utilizó nitruro de indio y galio (InGaN) para la capa activa. Además de completar la tríada de colores RGB, los LED azules hicieron posibles los LED blancos mediante la aplicación de un recubrimiento de fósforo (más sobre esto más adelante). La reputación del LED azul como invento-revolucionario se consolidó cuando Akasaki, Amano y Nakamura recibieron el Premio Nobel de Física de 2014 por sus esfuerzos.
3. Iluminando el mundo: el avance del LED blanco (décadas de 1990 a 2000)
La iluminación general requiere luz blanca. Antes de los LED, mezclar LED rojos, verdes y azules para crear luz blanca era un procedimiento difícil e ineficaz. La introducción de LED azules ofreció una solución más sencilla: aplicar un fósforo amarillo (como granate de itrio y aluminio dopado con cerio-, o YAG:Ce) a un LED azul. Cuando el fósforo es excitado por la luz azul, libera un amplio espectro de luz que se combina con cualquier luz azul restante para crear blanco.
A finales de la década de 1990, esta técnica-conocida como LED blanco convertido-de fósforo o PC-LED-se volvió económicamente viable. En la década de 2000, empresas como Cree, Philips y Osram producían en masa LED blancos con una eficiencia superior a la de las bombillas incandescentes y fluorescentes.
Los puntos de inflexión importantes incluyeron:
Eficacia luminosa: en la década de 2010, la eficiencia aumentó de 5 lm/W (rojoLEDdesde los años 1960) a más de 150 lm/W.
Reducción de costos: entre 2000 y 2015, los métodos de fabricación mejorados (como la producción a escala de obleas-) redujeron los precios en un 90 %.
Adopción en iluminación: para ahorrar energía, los gobiernos de todo el mundo fomentaron el uso de LED. Por ejemplo, el Premio L 2008 del Departamento de Energía de Estados Unidos aceleró la adopción de luces LED en lugar de las incandescentes de 60W.
4. Más allá de la iluminación: tecnología inteligente y diversificación (década de 2010 al presente)
Hoy en día, los LED se utilizan para algo más que iluminación. Numerosos usos han sido posibles gracias a los avances en la ciencia de los materiales y la miniaturización.
a. Tecnología visual y pantallas.
Los LED orgánicos, u OLED, son pantallas flexibles y muy delgadas que se ven en los teléfonos inteligentes (como los paneles AMOLED de Samsung).
Micro-LED: píxeles auto-emisores para cascos AR/VR y televisores de alta-definición.
Li-Fi: Modulación de luz mediante LED para transmitir datos de forma inalámbrica.
b. Iluminación centrada en los humanos
Hoy en día, los LED sintonizables cambian la temperatura de color para replicar los ciclos de la luz solar natural, mejorando la calidad del sueño y la productividad. La "iluminación circadiana" se utiliza en escuelas y hospitales para controlar los niveles de melatonina.
do. Agricultura y Jardinería
Las luces de cultivo LED utilizan longitudes de onda particulares (rojo y azul para la fotosíntesis, por ejemplo) para maximizar el desarrollo de las plantas. Los LED son esenciales para la producción agrícola-durante todo el año en granjas verticales.
d. Transporte y Automóviles
Debido a su robustez y adaptabilidad en el diseño, los LED son el estándar de la industria para la iluminación de vehículos. Los LED se utilizan en los vehículos eléctricos actuales para cualquier cosa, desde los faros hasta las indicaciones del estado de la batería, y las luces LED de conducción diurna de Audi de 2004 iniciaron una tendencia.
5. Innovaciones y dificultades
Los LED siguen enfrentando obstáculos a pesar de su éxito:
a. Eficiencia caída
La eficiencia del LED disminuye con corrientes altas debido al calor y la fuga de electrones. GaN-sobre-sustratos de GaN y diseños de pozos cuánticos son dos formas de reducir los defectos.
b. Cuestiones ambientales
En los LED se encuentran metales pesados y elementos-de tierras raras, como el europio en el fósforo. Las preocupaciones sobre los residuos electrónicos- surgen por la brecha en las instalaciones de reciclaje.
do. Calidad del color
La reproducción cromática del blanco tempranoLED was subpar (CRI). Modern violet-pumped phosphors and quantum dot LEDs (QLEDs) may now match natural light in CRI (>90).
6. El futuro de los LED
Las nuevas tecnologías tienen el potencial de hacer avanzar los LED:
LED de perovskita: materiales-de bajo coste y de gran pureza cromática.
LED UV-C: para purificar y esterilizar agua.
Integración LiDAR: mapeo 3D usando LED en vehículos autónomos-.
El desarrollo de los LED, desde el cristal de iluminación de Henry Round hasta el LED azul de Shuji Nakamura, es una prueba del ingenio humano y la cooperación interdisciplinaria. Más de la mitad de la iluminación del mundo ahora funciona con LED-, lo que reduce las emisiones de carbono y ahorra miles de millones de dólares en gastos de energía.LEDseguirá liderando la revolución tecnológica a medida que continúa la investigación sobre una iluminación más inteligente, más ecológica y más adaptable, demostrando que incluso el diodo más pequeño puede iluminar el planeta.
