mandag 12. desember 2016

Hvordan fungerer det: Hvitt lys fra LED

Fikk nobelprisen for oppfinnelsen av den blå lysdioden



Røde lysdioder (LED) er en ganske gammel oppfinnelse som kan dateres helt tilbake til 1950-tallet. Til forskjell fra glødepærer fremstiller LED lyset i en halvlederovergang som emitterer fotoner.  En gammeldags glødepære bruker bare omtrent fire prosent av den tilførte energien til å produsere lys. Resten blir varme. En LED (Light Emitting Diode) kan konvertere omtrent 50 prosent av den tilførte energien til lys. Sammenliknet med en "hvit" lyspære derimot hadde den røde LED-dioden et ganske begrenset bruksområde.

Vi som har levd noen år husker godt kalkulatorene på 70-tallet som brukte røde lysdioder til å vise tallene. Datidens stereoanlegg på 70- og 80-tallet brukte gjerne en haug med røde og delvis grønne dioder til å signalisere at ymse funksjoner var av/på. Blå lysdioder derimot var et ukjent fenomen. Til tross for at halvlederteknologien på tidlig 80-tallet kunne produsere billige laserdioder som var en viktig komponent i den moderne Compact Disc-spilleren var effektive blå lysdioder umulig å fremstille.

Blå lysdiode.

Gjennombruddet kom på slutten av 1980-tallet da to forskerteam i Japan uavhengig av hverandre til slutt klarte å "gro" den nødvendige halvlederovergangen som kunne produsere blått lys. Ut over 1990-tallet ble den blå LED-teknologien finpusset og forskerne klarte også å lage en blå laserdiode. Sistnevnte ble en viktig komponent i Blu-ray-spilleren 10 år seinere. De tre japanerne som ble annerkjent som oppfinneren av den blå lysdioden ble belønnet med Nobelprisen i fysikk i 2014.

Så hvorfor var oppfinnelsen av den blå lysdioden så viktig? Den blå lysdioden var den siste biten i puslespillet som var nødvendig for å lage "hvitt" lys ved help av halvlederteknologi. Ved additiv fargesyntese (fargeblanding) er det mulig å få frem alle fargene i den synelige spekteret ved å variere lysstyrken for de tre primærfargene rødt (R), grønt (G) og blått (B). Like mengder av hver primærfarge skaper hvitt lys. Siden både røde og grønne lysdioder var velkjent teknologi fra før var den blå lysdioden det siste som manglet for å lage hvitt lys med additiv fargesyntese.

Additiv fargeblanding. Av Quark67 - Eget verk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=818982

Selv om det er mulig å blande hvitt lys ved hjelp av RGB-metoden så er det ikke den vanligste metoden for å skape hvitt lys fra LED-pærer i dag. På bildet under ser du et nærbilde av en CREE LED-emitter som sitter i Scubapro Nova 720-lykten.

CREE XP-L LED.
Som du ser fremstår emitteren med gul farge. Der er fordi hvitt lys fra denne dioden lages ved å bruke en blå diode som er dekket med et fosforiserende lag som er gult. Fosforen konvertere noe av det blå lyset til et spektrum som øye oppfatter som gult og dermed får vi den nødvendige fargeblandingen for å skape hvitt lys (blå + gul = hvit). Metoden kalles for fosfor konvertert LED. Denne metoden er mer effektiv enn å lage hvitt lys med tre forskjellige dioder og er derfor mest vanlig. Bølgelengden til den blå dioden og spektrumet til det gule forsformaterialet tilpasses for å gi ulike fargetemperaturer og CRI-verdier (fargegjengivelsesindeks) på det samlede lyset.


Fosfor konvertert LED.


Fosfor konvertert LED (pcLED) lager hvitt lys ved å kombinere et bredspektret gult fosforlag og blått diodelys.

Blå lysdiode plus det forsfor konverterte spektrumet (gult).



EspenB 12.12.2016





Ingen kommentarer:

Legg inn en kommentar