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Leuchtdiode. Geschichte der Erfindung und Produktion

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LED oder Leuchtdiode – ein Halbleiterbauelement mit einem Elektron-Loch-Übergang, das optische Strahlung erzeugt, wenn ein elektrischer Strom in Vorwärtsrichtung durch es geleitet wird.

Das von der LED emittierte Licht liegt in einem schmalen Bereich des Spektrums. Mit anderen Worten: Ihr Kristall strahlt zunächst eine bestimmte Farbe aus (wenn es sich um LEDs im sichtbaren Bereich handelt) – im Gegensatz zu einer Lampe, die ein breiteres Spektrum ausstrahlt, bei der die gewünschte Farbe nur durch Verwendung eines externen Lichtfilters erzielt werden kann. Die Emissionsreichweite einer LED hängt maßgeblich von der chemischen Zusammensetzung der verwendeten Halbleiter ab.

Blaue LED

In den Nachschlagewerken heißt es, dass die Tunneldiode 1958 von Leo Esaki erfunden wurde (1973 erhielt er dafür den Nobelpreis) und die LED 1962 von Nick Holonyak. Mittlerweile war ein einfacher sowjetischer Laborassistent den beiden um mehr als 30 Jahre voraus.

Schon als Kind wusste Oleg Losev genau, wofür er sein Leben widmen würde. 1917 hörte er einen Vortrag des Chefs eines Militärfunksenders, und von diesem Moment an existierte für ihn alles außer dem „drahtlosen Telegraphen“. Nach der Schule landete Oleg Losev, der dank einer zufälligen Bekanntschaft mit dem Professor des Rigaer Polytechnischen Instituts, Wladimir Lebedinsky, dem ersten Vorsitzenden der Russischen Gesellschaft der Funkingenieure (RORI), nicht in das Moskauer Institut für Kommunikation eintreten konnte, in Nischni Radiolabor Nowgorod (NRL). Das NRL war zu dieser Zeit ein innovatives Zentrum, in dem sowohl grundlegende als auch angewandte wissenschaftliche Forschung auf dem Gebiet der damals aufstrebenden Elektronik und Elektrotechnik betrieben wurde.

Im NRL beschloss Losev, der als Laborassistent arbeitete, Kristalldetektoren für den Radioempfang zu untersuchen. Diese Elemente waren skurril, schienen ihm aber vielversprechender als sperrige und gefräßige Vakuumröhren. Darüber hinaus konnte Losev, von Natur aus ein Einzelforscher, völlig unabhängig mit Detektoren experimentieren und die Kontaktnadel um kleinste Bruchteile eines Millimeters entlang der Kristalloberfläche bewegen.

Er ging davon aus, dass „einige Kontakte ... zwischen einem Metall und einem Kristall nicht dem Ohmschen Gesetz gehorchen, es ist wahrscheinlich, dass in einem an einen solchen Kontakt angeschlossenen Schwingkreis ungedämpfte Schwingungen auftreten können.“ Er hat sich geirrt: Es war bereits bekannt, dass die Erzeugung nicht nur eine Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie erfordert, sondern auch einen fallenden Abschnitt (diesen Abschnitt bieten moderne Lawinendioden).

Doch Losev hatte großes Glück – er entdeckte diesen Effekt beim Kontakt von Zinkit mit einer Kohlenstoffnadel und erreichte so den weltweit ersten Heterodyn-Radioempfang auf Basis von Halbleiterelementen. Im Jahr 1922 wurde Losevs Artikel über neue Funkelemente, genannt „Cristadins“, in der Zeitschrift „Telegraphy and telephony without wires“ („TiTbp“) veröffentlicht. Später wurden Losevs Artikel über Kristadine in sowjetischen („JETF“, „Reports of the ANSSSR“) und ausländischen Zeitschriften (The Wireless World und Radio Review, Radio News, Radio Revue, Philosophical Magazine, Physikalische Zeitschrift) veröffentlicht.

Als er Kristadin verbesserte, experimentierte Losev mit verschiedenen Halbleitermaterialien und Kontaktnadeln und entdeckte 1923 ein schwaches Leuchten an der Verbindung von Karborund und Stahldraht. Das Phänomen wurde „Losevs Leuchten“ genannt und der Entdecker erhielt ein Patent für ein „Lichtrelais“ (eigentlich die erste Halbleiter-LED!) und (1938) einen Doktortitel in Physik und Mathematik, ohne eine Dissertation zu verteidigen. Nach der Neuorganisation des NRL zog Losev nach Leningrad, wo er seine Forschungen bis zum Beginn des Krieges fortsetzte. Und 1942 starb der Erfinder in einer belagerten Stadt an Hunger und sein Werk blieb unvollendet.

Im Jahr 1961 entdeckten und patentierten Robert Byard und Gary Pittman von Texas Instruments die Infrarot-LED-Technologie.

Die weltweit erste praktische LED, die im hellen (roten) Bereich arbeitet, wurde 1962 von Nick Holonyak an der University of Illinois für die General Electric Company entwickelt. Holonyak gilt daher als „Vater der modernen LED“. Sein ehemaliger Schüler George Craford erfand 10 die erste gelbe LED der Welt und verbesserte die Helligkeit roter und rot-orangefarbener LEDs um den Faktor 1972. 1976 entwickelte T. Pearsol die weltweit erste Hochleistungs-LED mit hoher Helligkeit für Telekommunikationsanwendungen, die speziell für die Datenübertragung über Glasfaser-Kommunikationsleitungen geeignet ist.

LED zur Anzeige

LEDs blieben bis 1968 extrem teuer (ca. 200 US-Dollar pro Stück) und ihre praktische Anwendung war begrenzt. Jacques Pankows Forschungen im RCA-Labor führten zur industriellen Produktion von LEDs; 1971 erhielt er die erste blaue LED. Monsanto war das erste Unternehmen, das LEDs in Massenproduktion herstellte, die im sichtbaren Lichtbereich betrieben und in Blinkern eingesetzt werden konnten. Hewlett-Packard gelang es, LEDs in seinen frühen serienmäßig hergestellten Taschenrechnern einzusetzen.

Leistungsstarke LED zur Beleuchtung: 1 - Kunststofflinse; 2 - Silikondichtmittel; 3 - Halbleiterkristall InGaN; 4 - Spitze; 5 - eingebauter Siliziumchip mit Schutz vor statischer Elektrizität; 6 - Kühlkörper; 7 - Golddraht; 8 - Kathode

Anfang der 1990er Jahre gelang es Isama Akasaki, der mit Hiroshi Amano an der Universität Nagoya zusammenarbeitete, und Suji Nakamura, damals Forscher beim japanischen Konzern Nichia Chemical Industries, eine billige blaue Leuchtdiode (LED) zu erfinden. Für die Entdeckung der günstigen blauen LED erhielten die drei 2014 den Nobelpreis für Physik. LED-Hintergrundbeleuchtung.

Im Jahr 2014 erhielten die Japaner Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura (US-Bürger) den Nobelpreis für Physik für die Entwicklung blauer LEDs.

Autor: S.Apresov

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