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Hiroshi Amano es uno de los inventores de la tecnología del ‘diodo emisor de luz’

Cultura - El Mostrador

Luces LED: un invento que hoy parece tan común y que ganó el Nobel por su impacto en la mecánica cuántica

por 13 enero, 2017

Luces LED: un invento que hoy parece tan común y que ganó el Nobel por su impacto en la mecánica cuántica
El investigador y profesor japonés Hiroshi Amano, uno de los tres científicos que desarrollaron el LED azul, estuvo presente en Chile para el Congreso del Futuro y presentó en el Salón de Honor del Ex Congreso Nacional los desafíos del arduo camino de crear el sistema de iluminación basado en el "diodo emisor de luz" que probó ser más eficiente que las débiles y costosas luces incandescentes.
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Las iluminación LED fue uno de los descubrimientos que más se rápido se popularizó en todo el mundo. Un invento que revolucionó la física y que en solo unos años se insertó en la vida cotidiana en un uso tan común, que invisibilizó la novedad científica como si el diodo de luz desde siempre hubiese existido.

En los últimos años la presencia de este tipo de luz ha dominado las pantallas de los televisores, los teléfonos, los ambientes internos y calles y avenidas de las grandes ciudades del mundo. Y sus usos no paran por ahí. En entrevista a El Mostrador C+C el profesor Hiroshi Amano, uno de los creadores de las luces LED, ganador del premio Nobel de Física de 2014, cuenta acerca de los desafíos que aún le espera a este descubrimiento.

Derivada del inglés, la luz LED (light-emitting diode)  o en español “diodo emisor de luz”, es un tipo de diodo ampliamente utilizado en computadoras y paneles numéricos cuya parte de su historia comenzó hace unos 40 años.

En 1971 el profesor Jack Pankove desarrolló el primer LED azul basado en Nitruto de Galio (GaN). Desde esos años muchos científicos han logrado desarrollar otros tipos de luz LED de color amarillo, rojo y verde. Pero sólo a fines de los años 90, un equipo de científicos, en el que participó Hiroshi Amano, desarrolló el LED azul que años después sirvió de base para llegar hasta a la revolucionaria y más eficiente luz blanca.

“Nuestro LED azul de unión pN basado en GaN fue 1989. La corporación Nichia dirigida por el Profesor Nakamura comercializó el LED azul basado en InGaN 28 años después”, cuenta Amano acerca de los intentos anteriores que sirvieron de referencias para su pesquisa.

Las luces LED  han sido una gran contribución para el ahorro de energía en comparación con los focos incandescentes, que poco a poco se han ido reemplazando. Las bombillas blancas que están presentes en nuestros hogares se tratan originalmente de LEDs azules cubiertas de una película amarilla basada en fósforo que a los ojos humanos se perciben en forma de luz blanca. Pero antes de llegar hasta esa combinación fue necesario que investigadores desarrollasen otros tipos de LED con materiales distintos.

“Los LEDs rojos, amarillos y verdes están hechos de materiales diferentes como el Arseniuro de galio (GaAs) y Fosfato de galio (GaP). Los investigadores pueden desarrollar una estructura LED sobre el mismo sustrato, por ejemplo los LED rojos basados en Arseniuro de galio (GaAs) se cultivan sobre sustrato de Arseniuro de galio también (GaAs) ya los LEDs verdes basados en Fosfato de galio (GaP) se hacen crecer sobre el sustrato Fosfato de galio (GaP). Se llama crecimiento homoepitaxial. En el caso del azul, los LEDs basados en Nitruro de Galio (GaN) se cultivan sobre zafiro, que se llama crecimiento heteroepitaxial”, explica.

Conforme señala Amano, el establecimiento de una tecnología de producción en masa, especialmente el método de crecimiento de cristal sobre un sustrato de zafiro contribuyó con la reducción de costo de las bombillas. La eficiencia de los LEDs blancos representa en números una cantidad de 160 lúmenes por vatio (lm/W). Esto significa que el ahorro del LED es 8 veces más eficiente energéticamente que las bombillas incandescentes y dos veces mayor que las fluorescentes.

“El principio de la emisión en estos tipos de luces es diferente. En el caso de lámpara incandescente, se trata de una emisión de cuerpo negro. Por lo tanto, se basa en la primera etapa de la mecánica cuántica. La alta temperatura en ese caso es esencial para la emisión eficiente de la luz visible, aunque la mayoría se encuentra en la región infrarroja. Es por eso que la eficiencia no es tan alta. Ya en el caso del LED, este se basa en la recombinación de electrones en la banda de conducción y agujeros en la banda de valencia. Por lo tanto, es un verdadero emisor de luz basado en la mecánica cuántica”, aclara Amano.

Otros usos

Los usos del LED no se resumen solo a la eficiencia de los sistemas de iluminación y ahorro de energía como tampoco nadie toma en cuenta el invento revolucionó también el campo de la física óptica. Otras descubrimientos inimaginables ocurrieron directa y indirectamente gracias al desarrollo del LED, como por ejemplo la esterilización de instrumentos quirúrgicos y hasta inducción de fotosíntesis a las plantas.

"Con las luces LED la mecánica cuántica basada en la física se hace cada vez más importante. Las pantallas también han cambiado mucho por la aparición de LEDs. Algunas personas utilizan LED para promover la fotosíntesis de los alimentos y las plantas. Otra aplicación interesante del LED es la esterilización por LEDs UV profundos”, destaca.

El científico japonés agrega con buen humor que "a los jóvenes les digo que la razón por la cual ustedes pueden disfrutar de Pokemon GO es por el LED azul".

Efectos controvertidos

Recientemente, imágenes de satélite han demostrado que las luces LED estarían impactando fuertemente las ciudades y serían los responsables de una especie de contaminación lumínica debido al fuerte brillo que los LEDs poseen. Entre los efectos conocidos de esta situación es que la larga exposición a este tipo de luz podría afectar el ciclo del sueño humano.

En términos de ecología, sin embargo, la energía LED siguen siendo mucho más eficientes y volver a la iluminación incandescente anterior ya no es una opción. ¿Cuál sería una solución plausible para esta situación? Para Amano, la respuesta está en la flexibilidad para manejarse con el LED.

“La tecnología LED es muy flexible. Por ejemplo, podemos controlar fácilmente la proporción de luz azul con luz amarilla mediante el cambio de fósforo. Si la gente necesita blanco cálido, debemos usar más fósforo. El mecanismo de la luz azul que afecta nuestro ritmo circadiano ya está aclarado. Para los dormitorios es mejor utilizar LEDs blancos cálidos. En comparación, los LED blancos frescos son mejores para la oficina o la escuela. También podemos utilizar LEDs Ultravioleta con fósforos multicolor. Podemos elegir varios tipos de LED dependiendo de la situación”, aclara.

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