De verbazingwekkende kracht van blauwe LED’s

Het grootste stadion van de Verenigde Staten, gevuld met tienduizenden schreeuwende American football-fans, baadde in blauw licht. Mensen op de tribunes hielden hun telefoon omhoog, waardoor er een zee van sterachtige plekken in het publiek ontstond.

“Dit is ons team! Dit is Michigan!” Er werd een video op het grote scherm uitgebracht terwijl het gejuich losbarstte.

De sfeer werd versterkt door een nieuw visueel entertainmentsysteem dat op 16 september debuteerde in het Michigan Stadium. Kleurrijke reeksen van zwaaiende zwaailichten vieren de landing of begeleiden de muziek.

De teamkleuren van de Universiteit van Michigan zijn geel of “maïs” en blauw. De lichtshow is hierop afgestemd.

“Het heeft 100 procent invloed op de ervaring in het stadion”, zegt Jake Stoker, directeur gamepresentatie en fanervaring aan de Universiteit van Michigan.

“Een ander spannend element van het bijwonen van een voetbalwedstrijd is dat je niet thuis op de bank zit.”

Zoals in veel stadions zorgen light-emitting diodes (LED’s) voor een lichtshow in het Michigan Stadium.

Maar nog niet zo lang geleden zouden blauwe LED’s die krachtig genoeg zijn om zo’n groot stadion – het derde grootste ter wereld – te verlichten schandalig geavanceerd hebben geleken. Heldere LED’s die blauw licht uitstralen, werden pas in de jaren negentig uitgevonden. Wetenschappers die deze technologie bedachten, kregen later de Nobelprijs.

Onderzoekers zeggen dat LED’s goedkoper en energiezuiniger zouden kunnen zijn dan ze nu zijn. Ze zouden een revolutie teweeg kunnen brengen in alles, van buitenverlichting tot virtual reality-headsets.

In het Michigan Stadium worden de verschillende kleuren weergegeven door entertainmentverlichtingssystemen geproduceerd met behulp van rode (R), groene (G) en blauwe (B) LED-modules of -lampen, zegt Brad Schlesselman, senior onderzoeksingenieur bij Musco Lighting, die de technologie leverde. RGB-systemen kunnen feitelijk een breed scala aan kleuren uitzenden door rood, groen en blauw in verschillende intensiteiten te mengen.

“Het heeft zelfs het niveau van de middelbare school bereikt, waar er vraag is naar de kleurveranderingen en theatrale dingen die we in Michigan zien”, voegt de heer Schlesselman toe.

Bovendien installeren dorpen en steden in de Verenigde Staten LED-verlichting op lokale herkenningspunten, waaronder watertorens, om gebouwen met speciale kleuren te verlichten voor specifieke evenementen of gelegenheden. Roze staat bijvoorbeeld voor de Breast Cancer Awareness Month, die deze maand, oktober, valt.

Misschien wel het meest opwindende gebruik van LED’s vond plaats in de Las Vegas Sphere, die vorige maand werd geopend. Miljoenen LED’s kunnen de buitenkant transformeren in vrijwel elk patroon of beeld dat u maar kunt bedenken, waardoor de enorme displays binnenin worden verlicht.

In de jaren zeventig en tachtig werden LED’s echter routinematig afgedaan als inefficiënt. “Dit kleine speelgoedlampje zou op geen enkele manier iets nuttigs kunnen doen – dat was destijds de houding”, zegt Paul Scheidt, senior productmarketingmanager bij Cree LED, een grote fabrikant van de apparaten. Dure, weinig emitterende lichtbronnen waren misschien geschikt voor een kleine rode LED of een afstandsbediening van een infrarood-tv, maar verder niets.

Dat veranderde toen ingenieurs LED’s konden produceren die veel meer fotonen of licht uitstralen dan voorheen. LED’s zenden licht uit wanneer elektronen – negatief geladen deeltjes – in het apparaat van een hogere energietoestand naar een lagere energietoestand vallen. Bij dit proces komt energie vrij in de vorm van licht. Door verschillende materialen te gebruiken, kunt u de druppelgrootte (ook wel de bandafstand genoemd) en de golflengte of kleur van het uitgestraalde licht aanpassen.

De blauwe kleur was bijzonder moeilijk omdat het benodigde basismateriaal voor deze kleur galliumnitride was. Het was moeilijk te vervaardigen Zonder gebreken. Maar blauw is een sterke, zeer energierijke kleur (met een grote bandafstand), dus blauwe LED’s zouden bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt als basis voor alle andere kleuren in sommige RGB OLED TV-schermen – oorspronkelijk zouden alleen rode en groene tinten worden gebruikt. verlicht door de LED’s Blauw.

Er wacht echter een gloednieuwe LED-technologie in de coulissen, omdat wetenschappers zeggen dat deze technologie efficiënter zou kunnen zijn.

Dan Congreve en zijn collega’s van Stanford University werken aan LED’s gemaakt van perovskietkristallen, een materiaal dat vaak in zonnecellen wordt gebruikt. Perovskieten zijn goedkoop en gemakkelijk te maken. Dr. Congreve zegt dat ze “af te stemmen” zijn op de gewenste kleur en zelfs tot een oplossing kunnen worden gemengd en vervolgens als lichtgevende coatings op oppervlakken kunnen worden geverfd.

Het stabiel houden van perovskiet-LED’s is echter moeilijk. Ze blijven breken.

“We schalen ze op en meten ze, en ze sterven heel snel”, zegt Congreve. Hij voegt eraan toe dat hij hoopt dat dit probleem zal worden overwonnen. Hij en zijn collega’s hebben de stabiliteit al verbeterd sinds hun eerste experimenten.

Als ze dergelijke problemen kunnen overwinnen, kunnen perovskiet-LED’s op een breed scala aan apparaten worden gebruikt, zegt John Buckridge, materiaalfysicus aan het University College London.

Daarnaast hebben onderzoekers in Japan onlangs een blauwe LED bedacht die kan worden gevoed door een enkele AA-batterij die slechts 1,47 volt levert. Normaal gesproken heb je minimaal 4 volt nodig. “Dit is opmerkelijk, als technisch hoogstandje”, zegt dr. Congreve, die zelf niet bij het werk betrokken was.

Het systeem maakt gebruik van intelligente fysica om de productie van fotonen te verbeteren. Bij conventionele LED’s bereiken de interne materialen, wanneer er stroom wordt ingeschakeld, een excitatietoestand die driekwart van de tijd feitelijk geen licht uitstraalt. Het team in Japan kon deze opgewonden staten aanmoedigen om licht te combineren en te produceren, waarbij ze aanvankelijk minder energie nodig hadden. Ze hebben hun werk gepubliceerd In een krant in september.