Den utrolige kraften til blå lysdioder

Det største stadionet i USA, fylt med titusenvis av støyende amerikanske fotballfans, ble badet i blått lys. Folk på tribunen holdt telefonene sine høyt, og skapte et hav av stjernelignende prikker i mengden.

«Dette er laget vårt! Dette er Michigan!» han sprengte en video på den gigantiske skjermen mens applausen brøt ut.

Atmosfæren ble forsterket av et nytt visuelt underholdningssystem, som debuterte på Michigan Stadium 16. september. Fargerike sekvenser av blinkende lys feirer touchdowns eller akkompagnerer musikk.

Lagfargene til University of Michigan er gule, eller «mais», og blå. Lysshowet ble designet for å matche.

«Det har en 100 % innvirkning på stadionopplevelsen,» sier Jake Stocker, direktør for spillpresentasjon og fanopplevelse ved University of Michigan.

«Et annet spennende element ved å komme til en fotballkamp som ikke ligger hjemme på sofaen din.»

Som på mange stadioner gir lysdioder (LED) lysshowet på Michigan Stadium.

Men for ikke lenge siden ville blå lysdioder kraftig nok til å lyse opp et så stort stadion – det tredje største i verden – ha virket uhyrlig avansert. Lyse lysdioder som sender ut blått lys ble først oppfunnet på 1990-tallet. Forskerne som fant opp teknologien fikk senere en Nobelpris.

Forskere sier at LED kan være enda billigere og mer energieffektive enn i dag. De kan revolusjonere alt fra utendørsbelysning til virtual reality-headset.

På Michigan Stadium produseres de forskjellige fargene som vises av underholdningsbelysningssystemer med rød (R), grønn (G) og blå (B)-emitterende LED-enheter eller armaturer, sier Brad Schlesselman, senior forskningsingeniør ved Musco Lighting, som leverte teknologien. RGB-systemer kan faktisk produsere et bredt spekter av farger ganske enkelt ved å blande rødt, grønt og blått med forskjellige intensiteter.

«Det er til og med å komme til videregående skole der det er etterspørsel etter fargeskiftende og teatralske ting vi ser i Michigan,» legger Schlesselman til.

I tillegg installerer byer og byer over hele USA LED-belysning på lokale landemerker, inkludert vanntårn, for å lyse opp strukturer i spesielle farger for visse hendelser eller anledninger. Pink for Breast Cancer Awareness Month, for eksempel, som faller denne måneden, oktober.

Den kanskje mest spektakulære bruken av lysdioder skjedde på Las Vegas Sphere, som åpnet forrige måned. Millioner av lysdioder kan forvandle utsiden til nesten hvilket som helst mønster eller bilde som kan tenkes og lyse opp enorme skjermer inni.

På 1970- og 1980-tallet ble imidlertid lysdioder rutinemessig avvist som ineffektive. «Det er ingen måte at denne lille lekelampen kan gjøre noe nyttig – det var holdningen den gangen,» sier Paul Scheidt, senior produktmarkedsføringssjef hos Cree LED, en stor enhetsprodusent. Disse dyre lyskildene med lav effekt var fine for et lite rødt indikatorlys eller en infrarød fjernkontroll for TV, kanskje, men lite annet.

Det endret seg da ingeniører var i stand til å produsere lysdioder som sendte ut mange flere fotoner, eller lys, enn før. LED-er sender ut lys når elektroner (negativt ladede partikler) i enheten går fra en høyere til en lavere energitilstand. Denne prosessen frigjør energi i form av lys. Ved å bruke forskjellige materialer kan du justere størrelsen på dråpen (kjent som båndgapet) og bølgelengden, eller fargen, på lyset som sendes ut.

Blått var spesielt vanskelig fordi nøkkelmaterialet som kreves for den nyansen, galliumnitrid, det var vanskelig å produsere uten defekter. Men blått er en kraftig farge med svært høy energi (med bred båndbredde), så blå lysdioder kan brukes som grunnlag for alle andre farger i noen RGB OLED TV-skjermer, for eksempel: røde og grønne nyanser ville rett og slett blitt opplyst, opprinnelig , via blå lysdioder.

Likevel er en helt ny LED-teknologi i vingene ettersom forskere sier at denne teknologien kan være enda mer effektiv.

Dan Congreve og kolleger ved Stanford University jobber med lysdioder laget av perovskittkrystaller, et materiale som ofte brukes i solceller. Perovskitter er billige og enkle å lage. De er «tuneable», sier Dr. Congreve, til ønsket farge og kan også blandes til en løsning og deretter males på overflater som lysemitterende lag.

Det er imidlertid vanskelig å få perovskite-lysdioder til å forbli stabile. De går i stykker.

«Vi overvåker dem og måler dem, de dør ganske raskt,» sier Congreve. Han legger til at han håper dette problemet kan løses. Han og kollegene hans har allerede forbedret stabiliteten siden deres første eksperimenter.

Hvis de kunne overvinne slike problemer, kan perovskitt-LED-er brukes i en lang rekke enheter, sier John Buckeridge, en materialfysiker ved University College London.

Separat, i Japan, oppfant forskere nylig en blå LED som kan drives ved hjelp av et enkelt AA-batteri som leverer bare 1,47 volt. Vanligvis trenger du minst 4 volt. «Det er fantastisk, som en ingeniørbragd,» sier Dr. Congreve, som ikke var personlig involvert i arbeidet.

Systemet bruker intelligent fysikk for å øke fotonproduksjonen. I en tradisjonell LED, når strøm tilføres, når de interne materialene energiserte tilstander som, tre fjerdedeler av tiden, faktisk ikke avgir lys. Det japanske teamet klarte å oppmuntre disse begeistrede statene til å kombinere og produsere lys, som i utgangspunktet krever mindre energi. De publiserte arbeidet sitt i en septemberartikkel.