Nobelprijs Natuurkunde: Revolutionaire led-lamp

De Nobelprijs voor Natuurkunde gaat dit jaar naar de Japanners Isamu Akasaki en Hiroshi Amano en de Amerikaan Shuji Nakamura. Zij krijgen de prijs voor het uitvinden van een nieuwe milieuvriendelijke lichtbron, de led-lamp.

Akasaki (1929) is hoogleraar aan de Meijo Universiteit in de Japanse stad Nagoya. Amano (1960) is hoogleraar aan de Universiteit van Nagoya in dezelfde stad. Nakamura (1954) is in Japan geboren en werkt aan de University of California, Santa Barbara.

Revolutionaire lichtbron

Goedkoop, duurzaam en energiezuinig. De licht-emitterende diode (LED) klopt gloei- en spaarlampen op alle vlakken en is voor wetenschap en industrie daarom de lichtbron van de toekomst. Vandaag kennen we ze van onze zaklampen, fietsverlichting en de gigantische beeldschermen die grote winkelstraten kleur geven. Maar de ambitie van de led-lamp reikt veel verder. Door het lage energieverbruik kunnen de lampen branden op zonne-energie, en zo licht schenken aan de meer dan 1,5 miljard mensen wereldwijd die geen toegang hebben tot elektriciteit.

Hier bij ons kunnen ze verlichting – thuis, op straat en in de industrie - zuiniger maken. Een led-lamp is tien keer efficiënter dan een gloeilamp, en twee tot drie keer zo efficiënt als een spaarlamp. Aangezien een vierde van de elektriciteitsconsumptie wereldwijd naar verlichting gaat, kan een opschaling van led-toepassingen een enorme bijdrage leveren aan de bescherming van de energievoorraden van deze planeet. Bovendien vragen led-lampen minder grondstoffen, hoofdzakelijk omdat ze minder snel aan vervanging toe zijn. Ze branden gemiddeld 100.000 uur vooraleer ze stukgaan, tien keer langer dan spaarlampen en honderd keer langer dan gloeilampen.

Een licht-emitterende diode bestaat uit een aantal laagjes van een halfgeleider: een zogenaamde n-laag met een overschot aan negatieve elektronen en een p-laag met een tekort aan elektronen, of een overschot aan positieve ‘gaten’. Wanneer een elektrisch stroompje door de halfgeleider wordt gestuurd, bewegen de elektronen en positieve gaten zich naar een tussenlaagje. Wanneer ze met elkaar in contact komen ontstaat er licht. Elektriciteit wordt dus onmiddellijk omgezet in lichtdeeltjes, fotonen, wat een winst oplevert ten opzichte van gloei- en spaarlampen die een groot deel van de elektriciteit via warmte verliezen.

De kleur van een led-lamp hangt af van de gekozen halfgeleider. De eerste halfgeleiders die in de jaren zestig werden gebruikt, konden enkel rood en groen licht produceren. Net voldoende om cijfertjes te laten zien op digitale rekenmachines. Er was blauw licht nodig om het complete kleurenspectrum te kunnen maken. Van de halfgeleider Galliumnitride was geweten dat het ook blauw licht kon produceren, maar lange tijd leek het onmogelijk om er een p-laag mee te maken. Daar slaagden Akasaki, Amano en Nakamura op het einde van de jaren tachtig na vele duizenden experimenten als eerste in. Hun doorbraak effende het pad richting revolutionaire witte led-lampen. (kv)

Herbekijk de bekendmaking: