Den Japanske nobelpristagaren Amano Hiroshi gästade nyligen KTH för att hålla ett seminarium om lysdiodteknik för blått och vitt ljus. Han lyfte där fram framtida utvecklingstrender som vattenrening och energibesparing med hjälp av LED.

År 2014 mottog Amano Hiroshi, tillsammans med Isamu Akasaki och Shuji Nakamura, Nobelpriset i fysik för uppfinningen av  blå lysdioder i GaN, vilket möjliggjorde LED-lampor med vitt ljus.
Lysdioden i GaN ger djupt UV-ljus som aktiverar ett fosforskikt som konverterar ljusvåglängden.
Idag håller LED-lampor på att ta över efter traditionella glödlampor eller halogenlampor.
– De tre Nobelpristagarna har bidragit till den den största energibesparing vi nu ser i världen, säger Fredrik Laurell, professor i fysik vid KTH, med inriktning på laserfysik och fotonik.

Förutom att energiåtgången vid en given ljusstyrka är mindre än en tjugondel av en glödlampas ljussstyrka är livslängden minst 15 gånger längre.

Vattenrening
Men LED-tekniken gagnar inte bara en revolution inom belysningsteknik. Amano Hiroshi visade i sitt föredrag att den kan användas för vattenrening, något som blir allt viktigare i och med en ökande population i världen.
– Vattenbristen är ett problem eftersom bara 70 ppm av världens vattentillgångar utgör dricksvatten. Till det kommer att den globala uppvärmningen ökar bakterietillväxten i vatten.
Att låta vatten passera ett LED-ljus med våglängden 270-280 nm avlägsnar effektivt tarmbakterier.
Vattenrening med hjälp av UV-LED-ljus har framgångsrikt använts vid musselodlingar, liksom i ett försök med dricksvatten i Guatemala.

Amano Hiroshi tog på seminariet upp ett problem, nämligen vattnets ljusadsoption: Vattnet måste vara klart för att LED-ljusmetoden skall fungera. Grumligt vatten försämrar effekten drastiskt.

Ljusstarkare TV
Ett problem hos dagens TV-apparater är det svaga ljusutbytet. Verkningsgraden ligger på bara 5,2 procent. En typisk TV-apparat med LED drar kring 200 W och med OLED ca 320 W.

Amano Hiroshi beskriver nästa steg, som innebär en display som bygger på nanotrådar av GaN. Nästa generations 5 tums skärm för 8K upplösning skulle kunna vara byggd med 1 µm stora nanotrådar i GaN.

Tillverkningen av kvanttrådar görs med pulsad MOVPE-reaktor. Formen på kvanttrådens ände beror på hur långvarig en TMGa-injektion görs: En kort injektion ger en spetsig topp. Förlängs tiden blir toppen allt rundare. På toppen läggs CdSe i storleken 1 – 10 nm.

Nästa utmaning blir att bygga en display som innehåller kvanttrådar för blått, grönt och rött ljus. Våglängden i InGaN-kvantpunkten väljs genom att ändra mängden indium.

För att skynda på utvecklingen har ett GaN-konsortium bildats där 47 företag, 20 universitet och tre nationella institut ingår.

Idag leder Amano Hiroshi Center of Integrated Research of Future Electronics, CIRFE, inom Institute of Materials and systems for Sustainability (IMaSS) och han leder även Akashi Research Center (ARC) vid universitetet i Nagoya.

Filed under: KTH