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Eine kurze Geschichte der LED-Beleuchtung

Eine kurze Geschichte der LED-Beleuchtung LED ist eine Abkürzung für den englischen Namen „Light-Emitting Diode“ und stellt eine spezielle Art von Halbleiterdiode dar, die Licht emittiert, wenn Strom durch sie fließt. Das Licht, das sie emittiert, kann im sichtbaren Spektrum sowie im Infrarot- und Ultraviolettbereich liegen. Ungeachtet der Tatsache, dass LED heute eine breite Anwendung findet, so dass sie jederzeit zur Hand ist, war der technologische Weg zur Herstellung der ersten LED-Leuchte, wie wir sie kennen, äußerst komplex und zeitaufwändig. Die elektrische Glühbirne hat fast das gesamte 20. Jahrhundert beleuchtet, aber ihre beiden größten Nachteile sind Energieineffizienz, da sie den größten Teil ihrer Energie für Aufwärmen verwendet, und ihre kurze Lebensdauer. Fluoreszente Beleuchtung (oft als „Neon“ bezeichnet) wurde in den 1930er Jahren zum ersten Mal eingesetzt. Obwohl fluoreszente Leuchten im Vergleich zu elektrischen Glühbirnen viel effizienter sind, waren sie sicherlich keine ideale Lösung, da sie giftiges Quecksilber enthalten und zum Flimmern neigen. Es wurde eine bessere Lösung benötigt.

Im Jahr 1961 erfanden Gary Pitman und James Beard ganz zufällig eine Leuchtdiode, als sie versuchten, eine Laserdiode zu konstruieren. Die erste LED strahlte für das menschliche Auge unsichtbares Infrarotlicht aus, das später in verschiedenen Geräten wie Fernbedienungen Anwendung fand. In den nächsten Jahrzehnten wurden durch Forschungsarbeit rote und grüne für das menschliche Auge sichtbare LEDs entwickelt, jedoch konnten Wissenschaftler keine blaue LED erzeugen, die einen Wendepunkt in Richtung der angestrebten weißen LED darstellen würde.

Die größten Unternehmen, die elektrische Geräte herstellten, gaben ihr Bestes, um eine blaue LED zu schaffen. Das Schlüsselelement war eine chemische Verbindung namens Galliumnitrid, die sich im Labor als schwierig herzustellen erwies. Nach fast dreißig Jahren erfolgloser Versuche haben sich Wissenschaftler anderen vielversprechenderen Halbleitermaterialien zugewandt.

Eine kleine japanische Firma namens NICHIA und der japanische Physiker Shuji Nakamura beteiligten sich ebenfalls am Wettlauf um die blaue LED. Nakamura versuchte zunächst, selbstständig eine blaue LED zu erstellen, aber er verfügte über ein minimales Budget, so dass er gezwungen war, rote und infrarote LEDs praktisch aus dem Nichts, mit gebrauchten Teilen zu erstellen, die er gefunden und von Hand modelliert hatte. Dies führte ihn nicht zum gewünschten Ergebnis, gab ihm jedoch viel Erfahrung und Wissen über die Erstellung von LEDs. Darüber hinaus war Nakamura entschlossen, die Verbindung Galliumnitrid bei der Herstellung der blauen LED zu verwenden, die damals in wissenschaftlichen Kreisen bereits als unmögliche Lösung charakterisiert war. Dieser Wissenschaftler ließ sich von dem geringen Budget und der Verwendung von Verbindungen, die kaum herzustellen waren, nicht entmutigen, da er ein äußerst starkes persönliches Motiv für die Erfindung der blauen LED hatte – seine Doktorarbeit. Nakamuras Promotion war nämlich notwendig, um seine Universitätskarriere in Amerika fortzusetzen. Er entschied sich für diese problematische Technologie aufgrund der geringen Anzahl von Arbeiten, die sie bis dahin bearbeitet haben.

Die meisten Unternehmen stellten in den 1980er Jahren LED-Materialien mit handelsüblichen teuren Geräten her, die sich bei der Herstellung blauer LEDs als unwirksam erwiesen und im Labor häufige Explosionen verursachten. Trotzdem gelang es Nakamura, die Führung des Unternehmens NICHIA, in dem er arbeitete, davon zu überzeugen, die für die Herstellung der Verbindung erforderliche Ausrüstung zu kaufen, die zur Schaffung der blauen LED führen würde. Anstatt wie beim ersten Mal von Null an zu beginnen, modifizierte er die gekaufte Ausrüstung. Nach nur einem Jahr gelang es ihm, unter Laborbedingungen Galliumnitrid herzustellen. Seine Methode hat die Kosten für die Herstellung eines LED-Chips gesenkt, der ein bläuliches Licht liefert. Die weiße LED enthält in ihrem Gehäuse diesen LED-Chip, der ein bläuliches Licht erzeugt und mit einer Phosphorschicht bedeckt ist, die das bläuliche ins weiße Licht umwandelt.

Kleine, energieeffiziente und extrem helle LEDs haben eine Lichtrevolution ausgelöst und werden heute in fast allen elektrischen Geräten wie Telefonen, Fernsehgeräten, Computern usw. verwendet. Shuji Nakamura erhielt 2014 für seine Erfindungen zusammen mit Isamu Akasaki und Hiroshi Amano den Nobelpreis für Physik.

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