Edullisempia ja parempia led-valoja

Fysiikan Nobel myönnettiin tänä vuonna Isamu Akasakille, Hiroshi Amanolle ja Shuji Nakamuralle sinisen led-valon kehittämisestä 1990-luvulla.

Kun kolmikon keksintö yhdistetään jo aiemmin kehitettyihin punaiseen ja vihreään, syntyy valkoista led-valoa. Sitä hohtavia valonlähteitä alkaa olla kaikkialla, eikä ihme: hehkulamppuun ja loisteputkeen verrattuna led on ylivoimainen sekä kestossa että energiatehokkuudessa.

Ledeissäkin on kuitenkin parannettavaa. Aalto-yliopistossa on jo 2000-luvun alusta kehitetty niille parempia materiaaleja ja valmistusmenetelmiä. Professori Filip Tuomisto tutkii ryhmänsä kanssa muun muassa ledeissä käytettävien puolijohdemateriaalien pistevirheitä.

”Ne ovat poikkeamia atomitason rakenteessa. Jokin atomi voi puuttua tai olla väärässä paikassa, ja nämä virheet määrittävät pitkälti puolijohteen ja siten myös ledin ominaisuudet”, hän selittää ja nostaa tärkeäksi tutkimusmenetelmäksi positroniannihilaatiospektroskopian.

”Sanahirviöhän se on”, hän nauraa.

”Positroniannihilaatiospektroskopialla tutkitaan atomitason kidevirheitä, niiden laatua ja määrää. Me olemme maailman huippuja menetelmän käytössä, ja tehneet sen parissa yhteistyötä muun muassa tuoreiden nobelistien kanssa. Meillä on myös yhteisjulkaisuja heidän kanssaan, ainoana yliopistona Suomessa.”.

Me olemme maailman huippuja menetelmän käytössä, ja tehneet sen parissa yhteistyötä muun muassa tuoreiden nobelistien kanssa.

Perinteisesti led-valot on valmistettu kalliiden safiirikiekkojen päällä.  Professori Harri Lipsasen tähtäimessä on löytää ledeille sekä edullisempia että parempia valmistusmenetelmiä että uusia led-rakenteita. Aalto-yliopisto on panostanut tähän merkittävästi jo vuosien ajan, muun muassa Sähkötekniikan ja Perustieteiden korkeakoulujen välisessä yhteistyössä Aallon energiatehokkuusohjelmassa sekä rahoittamalla suuria laiteinvestointeja.

”Piistä tehty kiekko on selvästi safiirikiekkoa edullisempi alustakiekko, mutta vaikeampi valmistaa. Galliumnitridikiekko taas on kiinnostava siksi, että sen päällä saadaan aikana parhaan laatuista materiaalia”, hän kertoo.

Lipsasen mukaan ledien kanssa ympäri maailmaa tehty tutkimus on tuottanut tulosta. Hyötysuhde on kasvanut ja kestävyyskin parantunut niin, ettei katulamppuun tai autoon tarvitse vaihtaa lamppua lainkaan.

Valaistuksen lisäksi sinisille ja vastaaville ultraviolettiledeille on muitakin sovelluksia. Esimerkiksi blu-ray-levyt perustuvat samasta materiaalista tehtyyn laseriin.

”Ultravioletilla led-valolla voidaan myös puhdistaa vettä. Sitä on tutkittu Aallossakin yhdessä Helsingin yliopiston ja Lappeenrannan teknillisen yliopiston kanssa”, Harri Lipsanen sanoo.

Siniselle ledille palkinto jo lähes vuosikymmen aiemmin

Vuonna 2006 Tekniikan Akatemia TAF myönsi Millenium-teknologiapalkinnon Shuji Nakamuralle sinisen led-valon kehittämisestä. Nakamura esitteli vuonna 1993 ensimmäisen kirkkaansinisen led-valon, joka myöhemmin johti valkoisen led-valon syntyyn.

Millennium-teknologiapalkinto on suomalainen kunnianosoitus innovaatioille paremman elämän puolesta. Palkinnon arvo on miljoona euroa. TAFin taustavoimia ovat suomalainen tiedeyhteisö, valtionhallinto ja elinkeinoelämä. Aalto-yliopisto toimii Tekniikan Akatemian strategisena kumppanina.