Mit Blau für ein besseres Weiß

Autor / Redakteur: Robert Weber und Hendrik Härter / Robert Weber

Entwicklung Ein beleidigter alter Mann und drei jubelnde Japaner – der Nobelpreis für Physik 2014 sorgt für Diskussionen in der LED-Welt. Wer hat die Auszeichnung verdient? Der Erfinder oder die Weiterentwickler? Fest steht: Ohne blaue LED, kein Durchbruch der Technik.

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Seit 1901 wird der Nobelpreis für Physik verliehen. Dominiert wird die Disziplin von Männern. Auch dieses Jahr geht die Medaille an drei Physiker.
Seit 1901 wird der Nobelpreis für Physik verliehen. Dominiert wird die Disziplin von Männern. Auch dieses Jahr geht die Medaille an drei Physiker.
(Bild: Nobel Media)

Nick Holonyak Junior ist sauer. „Das ist eine Beleidigung“, diktiert der alte Mann einem Reporter der Associated Press in den Block. Holnyak Junior gilt als ein Vater der LED. Seit 1962 ignoriert das Nobel Komitee allerdings den Forscher und seine Erfindung, heißt es in der Szene. Doch dieses Jahr setzte sich die LED bei der Jury durch. Allerdings nicht Holonyaks rote LED, sondern das blaue Licht dreier Japaner. Nicht die Entwicklung selber, sondern eine Weiterentwicklung prämieren die Schweden, die Sachwalter Alfred Nobels. Das muss Holonyak Junior schmerzen. In Japan freuen sich dagegen die drei Wissenschaftler Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura. Sie dürfen ihr Flugticket nach Stockholm buchen.

Als es den drei Japanern in den 90er Jahren gelang, blaue Lichtstrahlen zu erzeugen, brachten sie eine fundamentale Veränderung der Lichttechnologie ins Rollen. Bei den grünen und roten LEDs gab es bisher keine Probleme. Sie emittierten das Licht in ausreichender Intensität. Doch mit dem blauen Licht hatten die Wissenschaftler ihre Mühe. Denn um weißes Licht zu erzeugen, muss man rot, grün und blau kombinieren oder man versieht die blaue LED mit einer Schicht aus Phosphor. Ende der 1980er und Anfang der 1990er Jahre hatten die gewürdigten Forscher Isamu Akasaki, Hiroshi Amano und Shuji Nakamura Erfolg: Sie entwickelten blaue LEDs auf Basis von Galliumnitrid (GaN). Um blaues Licht bei Elektronenfluss abzugeben, musste die bei der Rekombination der Elektronen mit den Löchern abgegebene Energie besonders hoch sein. Voraussetzung ist eine entsprechend große Bandlücke, also der Energieunterschied, der zwischen den Zuständen der Elektronen.

Eine Grafik für das Verständnis. Die blaue LED revolutionierte die Lichttechnik.
Eine Grafik für das Verständnis. Die blaue LED revolutionierte die Lichttechnik.
(Bild: Nobel Prize Comitee)

Die LED lebt zehn Mal so lange wie eine Leuchtstoffröhre

Zu Deutsch: Kleine Kristalle im Inneren der Leuchtdiode senden bei Stromdurchfluss blaue Lichtwellen aus. Nicht nur für LEDs war das blaue Licht von Interesse. Dank der geringen Wellenlänge können blaue Laser in den Blue-ray-Systemen optische Medien viel präziser abtasten. Doch der viel größere Markt für das blaue Licht wird in der Beleuchtung zu finden sein. Bereits im Jahr 1993 hatte das japanische Unternehmen Nichia kommerzielle blaue LEDs vertrieben. Bevor Galliumnitrid als Basismaterial eingesetzt wurde, hatte man Silicumcarbid verwendet. Doch mit der Entwicklung der blauen LED steht dem Durchbruch der weißen LED nichts mehr im Wege.

Leuchteten im 20 Jahrhundert noch die Glühfadenlampen, so erstrahlen jetzt und künftig lichtemittierende Halbleiter – oder kurz LED. Die Spitzenwerte für diese Leuchtmittel liegen bei über 300 lm/W. Zum Vergleich: Um eine solche Helligkeit zu erzielen, braucht es 16 Glühbirnen oder fast 70 Leuchtstofflampen, erklären Lichtexperten. Zudem lebt eine LED zehn Mal so lange wie beispielsweise eine Leuchtstoffröhre und sogar hundert Mal so lange wie eine Glühbirne. Das Nobel-Komitee würdigte die Forschung von Akasaki, Amano und Nakamura nun mit dem mit 880.000 Euro dotierten Preis. Von der Königlich-Schwedischen Akademie der Wissenschaften heißt es dazu: „The invention of the blue LED is just twenty years old, but it has already contributed to create white light in an entirely new manner to the benefit of us all.“ Davon profitieren alle? Nick Holonyak Junior wird das sicherlich anders sehen.

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