Nobelpriser
Investering i Nobelpræmiepræstationer – Blå Lys LED-dioder Oplyser Fremtiden
Føj Securities.io til dine foretrukne kilder på Google
En Hverdagsrevolution
Nogle Nobelpriser i fysik tilskrives en revolution i den grundlæggende måde, vi forstår universet på, fra sorte huller (2020) til subatomare partikler (2013) eller udvidelsen af universet (2011). Andre belønner tilsyneladende mere “hverdagsagtige” opdagelser, som alligevel er fuldstændig værd at vinde for den holdbare og radikale indvirkning, de vil have på menneskelig civilisation.
LED‑dioder, der kan udsende rødt, gult og grønt lys, har været kendt siden opfindelsen af LED‑teknologien. Men for at udsende hvidt lys skal LED‑dioderne udsende blåt lys, hvor det er nødvendigt, og dette viste sig svært at opnå.
Den Rette Type Lys
Kvantenergi
Hvad der gør blåt lys så svært at producere med LED, stammer fra den grundlæggende fysik i LED‑dioderne.
LED‑er producerer lys takket være principperne i kvantefysik. I en forenklet version af kvantefysik er atomer dannet af en kerne, omkring hvilken en eller flere elektroner kredser, ikke helt ulig Jorden omkring Solen.
På grund af kvantemekanikens regler kan disse elektroner kun “kredse” omkring atomets kerne på forudbestemte niveauer, hver bestemt af et bestemt energiniveau. Når en elektron bevæger sig fra et højt til et lavt energiniveau, udledes overskuddet i form af lys.
Lys med lav energi har en tendens til at ligge på den “røde side” af lysspektret, mens lys med højere energi ligger på den blå side af spektret.
Kilde: Online Learning College
LED Grundlæggende
Denne evne hos atomer til at udsende lys, som stammer fra grundlæggende fysik, er grundprincippet bag LED‑dioder. I praksis kræves der nogle flere specifikke egenskaber.
For at skabe en LED‑diode skal du først have materialer, der er halvledere, dvs. har evnen til enten at lade en elektrisk strøm passere eller blokere den (deraf “semi”-betegnelsen).
Du skal derefter kombinere 2 forskellige typer halvledere:
- Den ene, der kan afgive elektroner, kaldes også “n‑type”.
- Den anden, med ekstra plads til at modtage de nævnte elektroner, kaldes også “p‑type”.
Halvlederkombinationerne, der bruges i LED‑er, har et “båndgab”, med en betydelig forskel i energipotentiale mellem de 2 materialer.
Når elektroner bevæger sig fra den ene halvleder til den anden, bliver den frigivne energi til det lys, vi ønsker fra dioden.
Kilde: BYJUS
De tidlige LED‑systemer havde meget små energiforskelle mellem de 2 typer halvledere, hvilket førte til udsendelse af lav‑energi infrarødt lys. Snart fandt forskere og elektronikvirksomheder ud af, hvordan de kunne øge dette energigab med en vis mængde, hvilket førte til synlige lys‑LED‑er i røde, gule og grønne farver.
En vigtig del af disse forbedringer var at “spike” de tidligere rene halvledermaterialer med andre elementer, hvilket øgede deres ydeevne.
Kilde: Wikipedia by VectorVoyager
Denne metode var utilstrækkelig i flere årtier til at skabe det høje energibåndgab, der kræves for at LED‑er kan udsende blåt lys.
Den Besværlige Vej til Blå LED-dioder
Gallium Nitride – Et Besværligt Mirakelmateriale
Båndgabet for materialerne, der bruges til lav‑energi LED‑lys, som galliumarsenid (1,42 eV) og galliumfosfid (2,26 eV), som bruges til røde og grønne LED‑er, var under de 2,6 til 3,4 eV, der kræves for blåt lys.
Et alternativ blev fundet med galliumnitrid (3,37 eV). At bruge galliumnitrid til at skabe blå LED‑lys syntes en god idé, men i praksis var det tilsyneladende upraktisk.
Kilde: Britannica
Den første hindring var, at der ikke eksisterede en metode til at forberede en overflade, hvorpå man kunne dyrke galliumnitridkrystaller. Derudover vidste ingen, hvordan man skulle lave et p‑type lag af galliumnitrid. Mange havde forsøgt og fejlet i at gøre galliumnitrid til et funktionelt LED‑system for blåt lys. Det er her, de tre vindere af Nobelprisen i 2014 kom ind i billedet.
Løsning af Blå LED fra Flere Vinkler
I 1986 var Isamu Asaki og Hiroshi Amano de første, der fandt ud af, hvordan man kan dyrke galliumnitridkrystaller på et lag af aluminiumnitrid på et safirsubstrat.
De ville skabe et p‑lag et par år senere og endelig fremstille den første prototype af en lysende blå LED i 1992.
Parallelt begyndte Shuji Nakamura at udvikle sin blå LED i 1988. Han fandt sin egen måde at dyrke galliumnitridkrystallen på, først ved at dyrke et tyndt lag af galliumnitrid ved lav temperatur og derefter dyrke efterfølgende lag ved højere temperatur.
Ægte Forståelse af Gallium Nitride
Asakis og Amanos p‑lag blev optimeret ved at udsætte galliumnitrid for elektronstrålen fra et scanningelektronmikroskop.
Nakamura havde den teoretiske ramme til at forklare, hvordan elektronstrålemikroskopet virkede: det fjernede hydrogenatomer, som forhindrede p‑laget i at dannes. Han kom derefter med en enklere & billigere metode til at opnå samme resultat: kontrolleret opvarmning af materialet.
Begge parallelle forskningsgrupper fortsatte med stadig mere avancerede og komplekse design for deres blå LED, og skabte forskellige legeringer af galliumnitrid med aluminium eller indium, hvilket effektivt dopede halvlederne for at øge deres lysudbytte og effektivitet.
Kilde: Nobel Prize
De opfandt også blå lasere ved hjælp af deres blå LED‑lys. Da den blå lysfrekvens er meget mindre end andre farver, kan den indeholde 4‑gange så meget information som infrarødt lys, hvilket baner vejen for Blu‑ray‑diske.
Blå LED-lysets Fremskridt
Mere Lys fra Mindre Elektricitet
Blå LED‑er gjorde det muligt at skabe hvidt lys, hvilket gør det muligt at erstatte de fleste glødepærer og fluorescerende lamper med LED‑er. Dette er særligt bemærkelsesværdigt, da LED‑er er 20 × mere effektive end glødepærer og 4 × mere end glødelamper.
Kilde: Nobel Prize
Da 1/4th af elforbruget går til at producere lys, udgør dette en radikal besparelse på det globale energiforbrug.
Det gør også off‑grid belysningssystemer meget mere levedygtige, idet små solpaneler eller andre alternative energikilder nu kan forsyne lys i fjerntliggende eller fattige områder. Dette muliggør igen øget produktivitet og bedre uddannelse.
Tilpassede Farver
Ud over hvide LED‑er gør kombinationen af røde, grønne og blå LED‑er det muligt at skabe alle mulige farver i det synlige spektrum. Dette åbner vejen for specialiserede LED‑er til niche‑applikationer.
En stor anvendelse af blå LED‑er og tilpassede farver på efterspørgsel har været LED‑skærme til tv‑er, computere og smartphones, da variationer i rød/grøn/blå‑forholdet er ansvarlige for at vise den rette farve pixel for pixel.
Eller for eksempel bruger planter ikke grønt lys til fotosyntese. Så LED‑lys til indendørs dyrkning kan kun bruge røde og blå LED‑er, hvilket i høj grad optimerer strømforbruget i drivhusdyrkning og muliggør revolutionen inden for hydroponik og bylandbrug. Måske en dag endda dyrkning af mad i rummet eller på Mars.
Kilde: Agritecture
Ultraviolet LED’er
Efter den indledende udvikling af blå LED‑lys har yderligere forbedringer gjort et endnu mere kraftfuldt system, der udsender ultraviolet lys, muligt.
Disse UV‑C LED‑er kan bruges til at rense vand i enhver skala, fra campingudstyr til forsyningsvirksomheder, der betjener titusinder af mennesker i store byer. De kan også bruges til at dræbe luftbårne patogener og sterilisere overflader, for eksempel på hospitaler.
Blu‑Ray og Blå Lasere
Som nævnt tidligere, ville Blu‑ray og andre høj‑densitets datalagringsløsninger, der er afhængige af blå laser, ikke have været mulige uden blå LED‑er. Den høje datadensitet er lige så nyttig for optisk kommunikation, især når høj båndbredde kræves.
Blå lasere er også “den ideelle lyskilde til højreflekterende metalbehandling, hvilket giver betydelige fordele i forskellige industrielle anvendelser såsom skæring og svejsning”.
Blå lasere bruges også nu til operation på strubehovedet, takket være deres høje energiproduktion og absorptionen af 445 nm‑bølgelængden af hæmoglobin, hvilket muliggør en meget præcis koagulation af blodkar.
Gallium Nitride Ud over LED-lys
Blå LED‑lys skabte en hel industri, der producerer i stor skala og studerer galliumnitridkrystaller. Dette kan igen skabe en revolution i designet af elektronik, med galliumnitrid kaldet “den næste store ting inden for power‑elektronik”.
Galliumnitrid kan fungere ved meget højere temperaturer og højere spænding end silicium‑baserede felt‑effekt‑transistorer (FET‑er). Således kan galliumnitrid‑baserede komponenter bruges til 5G‑mobilbasestationer, transistorer, små elektroniske enheder og endda AI, da beregningsapplikationer kræver stadig højere energiforbrug.
Alle disse anvendelser ville ikke være mulige uden stordriftsfordelene i produktionen og den enorme viden, som den blå LED‑industri oprindeligt skabte.
Blå LED-virksomheder
Nakamura-relaterede Virksomheder
Nakamura udviklede sit blå LED‑lys, mens han arbejdede hos Nichia Corporation. Efter et lederskifte i 1989 beordrede virksomheden faktisk Nakamura til at stoppe projektet, men han fortsatte heldigvis. Det var også god nyhed for virksomheden, som firedoblede sin omsætning fra 1993 til 2001, hvor 60 % af den samlede forretning kom fra blå LED‑lys.
Nakamura forlod Nichia i 1999, og han blev senere involveret i en kompleks række retssager om ejerskabet af teknologien, som involverede Nakamura, Nichia og den amerikanske konkurrent Cree. Nakamura indgik til sidst et forlig på ¥840 millioner (≈ US$8,1 millioner) med Nichia.
Nakamura grundlagde i 2008 Soraa, et privat noteret selskab, der sælger blå LED‑er, som for nylig blev opkøbt af Ecosense i 2020.
I 2022 var Nakamura medstifter af Blue Laser Fusion, et kommercielt kernesfusion‑selskab. Det sigter mod at bruge mega‑joule pulslaser med høj repetitionsrate for at opnå kommerciel fusion. Selskabet planlægger at færdiggøre sin første prototype i 2025 og demonstrere en kommercielt klar fusionsreaktor i 2030.
Blue Laser Fusion støttes af Mirai Creation Fund, som igen er støttet af Toyota Motor (TM ) og andre investorer.
Med Soraa/Ecosense og Nichia (for ikke at forveksles med Nichias – NICFF) private selskaber, skal investorer se på andre blå LED‑lysproducenter for at investere i den teknologi, der blev grundlaget for moderne innovation inden for elektronik, telekommunikation, medicin, fremstilling og endda landbrug.
1. SMART Global Holdings
Cree var et amerikansk selskab, der var blandt de første til at masse‑kommercialisere blå LED‑lys og en stor konkurrent til Nakamura‑relaterede Nichia. Det stod også bag den første kommercielle silicium‑karbid‑wafer.
Senere omdøbte det sig til ‘Wolfspeed‘, og solgte sin LED‑forretning til SMART Global Holdings i 2021.
Kilde: SGH
SGH administrerede fire forskellige mærker:
- Cree LED
- Penguin Solutions , en AI‑infrastruktur‑løsning.
- Stratus, en ultra‑pålidelig computerplatform.
- SMART Modular Technologies, en leder inden for DRAM‑ og solid‑state datalagringsteknologi.
Cree LED udgør omkring 1/5th af den samlede omsætning, og intelligente platformsløsninger udgør halvdelen af den samlede omsætning.
Så SGH er ikke et rent LED‑fokuseret selskab. Dog ejer Cree LED vigtige IP‑rettigheder (især XLamp‑mærket), med et ry for teknologisk ekspertise på området og en tilstedeværelse i alle blå LED‑relaterede markeder.
2. Osram (OSAGF)
Osram er en global virksomhed, der leder inden for sensorer og innovative lysløsninger. Halvledersegmenterne, herunder LED‑er, lasere, integrerede kredsløb og sensorer, udgør 2/3 af virksomhedens omsætning.
Den er især nummer 1 i mange kategorier:
- Auto LED‑ og laserlys.
- Traditionelle billys.
- Horticulture LED.
- CT Medicinsk billeddannelse.
Kilde: OSRAM
Samlet set er OSRAM nummer 2 på LED‑markedet med 13 % markedsandel, bag Nichia (15 %), men langt foran resten af konkurrencen som nummer 3 & 4 Seoul Semiconductors (7 %) og Samsung LED (7 %), samt MLS (6 %).
OSRAM er også førende inden for lyssensorer med 29,2 % af markedet, lige foran STMicroelectronics (28,5 %).
Størstedelen af virksomhedens omsætning kommer fra Asien‑Stillehavsområdet, med den seneste omsætning næsten ligeligt fordelt mellem EMEA og Amerika.
LED‑markedet forventes at fortsætte med at vokse med en CAGR på 6,8 % indtil mindst 2028. Dette skyldes primært bil‑ og generelle belysnings‑LED‑markeder.
Kilde: OSRAM
Med OSRAMs førerposition på bilmarkedet, både klassiske og LED‑lamper samt horticulture, er virksomheden næsten sikker på at se sit samlede adresserbare marked vokse kontinuerligt i de kommende år.
