História dos LEDs brancos

Em comparação com as lâmpadas incandescentes, os LEDs produzem muito mais lumens por watt de potência de entrada - eles são mais eficientes na produção de luz. Claro, isso significa que as lâmpadas incandescentes são mais eficientes na produção de calor e, à medida que os dias ficam mais curtos e as noites mais frias, em algum lugar, alguém que deu o salto para a iluminação LED tem um forno que está trabalhando demais. E que alguém também pode se perguntar como chegamos aqui: um mundo iluminado por semicondutores inorgânicos esotéricos iluminando fósforos.

O fato de os diodos emitirem luz sob certas condições é conhecido há mais de 100 anos; o primeiro diodo emissor de luz foi descoberto nos Laboratórios Marconi em 1907 no detector de bigode de um gato, o primeiro tipo de diodo. Esta descoberta foi simplesmente uma curiosidade científica até que outra descoberta da Texas Instruments revelou emissões de luz infravermelha de um diodo de túnel construído a partir de um substrato de arsenieto de gálio. Este LED infravermelho foi então patenteado pela TI, e um projeto começou a fabricar esses diodos emissores de luz infravermelha.

Mas a luz infravermelha é invisível ao olho humano e não é útil para qualquer tipo de indicação ou iluminação. O primeiro LED de espectro visível foi construído na General Electric em 1962, com os primeiros LEDs (vermelhos) disponíveis comercialmente produzidos pela Monsanto Company em 1968. A HP iniciou a produção de LEDs naquele ano, usando o mesmo fosfato de arsenieto de gálio usado pela Monsanto. Esses LEDs da HP foram introduzidos em visores de LED de sete segmentos muito pequenos usados ​​nas calculadoras HP da década de 1970.

Dos LEDs infravermelhos do início dos anos 1960 aos LEDs vermelhos do final dos anos 1960, a década de 1970 viu LEDs laranja-vermelho, laranja, amarelo e, finalmente, verde. Há uma tendência para esses desenvolvimentos e tem a ver com lacunas de elétrons. Para um diodo gerar luz, você deve primeiro colocar energia em um elétron. Essa energia faz com que o elétron salte de seu estado natural em uma banda de valência para uma banda de condução. Essa energia não é suficiente para manter o elétron na banda de condução, então ele acabará voltando para o buraco que deixou na banda de valência. Ao fazer isso, ele libera energia novamente na forma de um fóton.

Quanto mais energia for necessária para mover o elétron para uma banda de condução, mais energia será liberada como um fóton, na forma de luz de frequência mais alta. A razão pela qual os LEDs infravermelhos vieram antes dos LEDs vermelhos e os LEDs verdes vieram depois disso é que é simplesmente mais difícil escalar essas lacunas e encontrar um substrato de LED que emita frequências de luz mais altas.

Os LEDs infravermelhos, vermelhos e até verdes eram "fáceis", mas os LEDs azuis exigem um bandgap muito maior e, portanto, exigiam materiais mais exóticos. O quebra-cabeça por trás de fazer um LED azul de alto brilho foi resolvido pela primeira vez em 1994 na Nichia Corporation usando nitreto de índio e gálio. Ao mesmo tempo, Isamu Akasaki e Hiroshi Amano, da Universidade de Nagoya, desenvolveram um substrato de nitreto de gálio para LEDs, pelo qual ganharam o Prêmio Nobel de Física de 2014. Com LEDs vermelhos, verdes e azuis, a única coisa que impedia alguém de construir um LED branco era colocar todas essas cores no mesmo pacote.

Os primeiros LEDs brancos não eram explicitamente LEDs brancos. Em vez disso, os LEDs vermelho, verde e azul foram colocados em um único gabinete de LED. No entanto, se você misturar luz vermelha, verde e azul, obterá luz branca, é realmente apenas uma questão de obter as proporções corretas de fótons de cores diferentes.

Esse continua sendo o padrão para LEDs RGB, e alguns até experimentaram melhorar a gama de cores que esses LEDs podem produzir. O olho humano é extremamente sensível às frequências verdes da luz e, ao adicionar um quarto LED a um pacote - é melhor chamá-lo de 'esmeralda', ou um tom de verde ligeiramente mais azul do que estamos acostumados nos LEDs verdes - você pode fazer um LED com uma gama de cores mais ampla ou, se preferir, um branco mais branco.

Este foi o primeiro método de desenvolver um LED branco e, embora as lâmpadas de LED que você compra na loja de ferragens não tenham LEDs vermelhos, verdes e azuis individuais, ainda é uma maneira fantasticamente popular de criar mais cores com LEDs. Esses neopixels, WS2812s ou APA101s, têm LEDs vermelhos, verdes e azuis dentro de um gabinete. Alguns dos LEDs RGB endereçáveis ​​individualmente mais avançados até adicionam um quarto LED, para branco. Mas como esses LEDs brancos individuais são feitos?