Historia de los LED blancos

En comparación con las bombillas incandescentes, los LED producen muchos más lúmenes por vatio de potencia de entrada: son más eficientes en la producción de luz. Por supuesto, eso significa que las bombillas incandescentes son más eficientes para producir calor y, a medida que los días se acortan y las noches se vuelven más frías, en algún lugar, alguien que dio el salto a la iluminación LED tiene un horno que funciona horas extras. Y que alguien también se pregunte cómo llegamos aquí: un mundo iluminado por esotéricos semiconductores inorgánicos que iluminan fósforos.

El hecho de que los diodos emiten luz bajo ciertas condiciones se conoce desde hace más de 100 años; el primer diodo emisor de luz se descubrió en Marconi Labs en 1907 en un detector de bigotes de gato, el primer tipo de diodo. Este descubrimiento fue simplemente una curiosidad científica hasta que otro descubrimiento en Texas Instruments reveló emisiones de luz infrarroja de un diodo de túnel construido a partir de un sustrato de arseniuro de galio. TI patentó este LED infrarrojo y comenzó un proyecto para fabricar estos diodos emisores de luz infrarroja.

Pero la luz infrarroja es invisible para el ojo humano y no es útil para ningún tipo de indicación o iluminación. El primer LED de espectro visible se construyó en General Electric en 1962, con los primeros LED (rojos) disponibles comercialmente producidos por Monsanto Company en 1968. HP comenzó la producción de LED ese año, utilizando el mismo fosfato de arseniuro de galio que utiliza Monsanto. Estos LED de HP encontraron su camino en las pantallas LED de siete segmentos muy pequeñas que se usaban en las calculadoras HP de la década de 1970.

Desde los LED infrarrojos de principios de la década de 1960 hasta los LED rojos de finales de la década de 1960, la década de 1970 vio LED de color rojo anaranjado, naranja, amarillo y finalmente verde. Hay una tendencia en estos desarrollos, y tiene que ver con los espacios de electrones. Para que un diodo genere luz, primero debes poner energía en un electrón. Esta energía hace que el electrón salte de su estado natural en una banda de valencia a una banda de conducción. Esta energía no es suficiente para mantener al electrón en la banda de conducción, por lo que eventualmente volverá a caer en el hueco que dejó en la banda de valencia. Al hacerlo, libera energía nuevamente en forma de fotón.

Cuanta más energía se necesita para mover el electrón a una banda de conducción, más energía se libera como fotón, en forma de luz de mayor frecuencia. La razón por la que los LED infrarrojos vinieron antes que los LED rojos y los LED verdes después es que simplemente es más difícil escalar estas bandas prohibidas y encontrar un sustrato LED que emita frecuencias de luz más altas.

Los LED infrarrojos, rojos e incluso verdes eran "fáciles", pero los LED azules requieren una banda prohibida mucho mayor y, por lo tanto, requieren materiales más exóticos. El rompecabezas detrás de la fabricación de un LED azul de alto brillo se descifró por primera vez en 1994 en Nichia Corporation utilizando nitruro de indio y galio. Al mismo tiempo, Isamu Akasaki e Hiroshi Amano de la Universidad de Nagoya desarrollaron un sustrato de nitruro de galio para LED, por el que ganaron el Premio Nobel de Física 2014. Con los LED rojos, verdes y azules, lo único que impedía que alguien construyera un LED blanco era poner todos estos colores en el mismo paquete.

Los primeros LED blancos no eran LED explícitamente blancos. En cambio, los LED rojo, verde y azul se empaquetaron en un solo recinto LED. Sin embargo, si mezclas luz roja, verde y azul, obtendrás luz blanca, en realidad solo es cuestión de obtener las proporciones correctas de fotones de diferentes colores.

Este sigue siendo el estándar para los LED RGB, y algunos incluso han experimentado con la mejora de la gama de colores que estos LED pueden producir. El ojo humano es extremadamente sensible a las frecuencias de la luz verde, y al agregar un cuarto LED a un paquete, es mejor llamarlo 'esmeralda', o un tono de verde ligeramente más azul que al que estamos acostumbrados en los LED verdes, puede hacer un LED con una gama cromática más amplia, o si lo prefieres, un blanco más blanco.

Este fue el primer método para desarrollar un LED blanco, y aunque las bombillas de luz LED que compra en la ferretería no tienen LED rojos, verdes y azules individuales en su interior, sigue siendo una forma fantásticamente popular de crear más colores con LED. Esos neopíxeles, WS2812 o APA101, todos tienen LED rojos, verdes y azules metidos dentro de un gabinete. Algunos de los LED RGB direccionables individualmente más avanzados incluso agregan un cuarto LED, para el blanco. Pero, ¿cómo se fabrican esos LED blancos individuales?

Los primeros LED blancos, hechos sin tres LED individuales, se hicieron con la magia de los fósforos. Los fósforos son una ciencia bien entendida, que se encuentran más comúnmente en aplicaciones de iluminación en bombillas fluorescentes. Las bombillas fluorescentes no producen luz blanca por sí solas, sino que producen luz ultravioleta al excitar el vapor de mercurio. Sin embargo, al recubrir el interior de una bombilla fluorescente con un polvo, esta luz ultravioleta se puede convertir en luz roja, verde y azul. El resultado es una bombilla fluorescente que ilumina tu garaje o taller.

Esto también se puede hacer con LED. Con un LED ultravioleta o violeta empaquetado dentro de una caja recubierta de fósforo, puede hacer un LED blanco. Esto se conoce como LED blanco de conversión completa.

En 1996, Nichia Company anunció la producción de LED blancos y el resto es historia. Durante los últimos veinte años, la potencia, la eficiencia y el brillo de estos LED han aumentado. Ahora, o en un futuro muy cercano, el estándar para la iluminación del hogar no serán las bombillas incandescentes, sino los potentes LED que consumen una mera fracción de la energía que consumiría una vieja bombilla Edison, trasladando más de la tarea de mantener la casa caliente al calentador. .