LED Menerangi Masa Depan

Kerusuhan cahaya menyerang seorang pengunjung yang berjalan ke lobi Color Kinetics di lantai 17 gedung perkantoran di pusat kota Boston. Desain berputar pada poster berubah dari oranye menjadi hijau, bentuk plastik bening bersinar biru, ungu dan merah secara berurutan. Dan sebuah pertanyaan segera muncul: Apa warna sofa itu? Itu bersinar merah ceri, memudar menjadi merah tua, berubah menjadi biru muda, lalu memulai siklus lagi.



kapan penguntitan grup berhenti?

Faktanya, sofa itu berwarna merah. Itu selalu merah, dan hanya cahaya yang menyinarinya dari lusinan lampu sorot kecil yang berubah, karena Color Kinetics menunjukkan efek yang mungkin terjadi dengan lampu digitalnya. Setiap lampu kecil berisi light-emitting diodes (LEDs) merah, hijau dan biru, yang menyala dalam berbagai kombinasi di bawah kendali komputer. Kami merevolusi industri pencahayaan dengan apa yang kami anggap sebagai teknologi yang mengganggu, kata presiden perusahaan George Mueller dengan antusias, tinggi dan dikuncir kuda dengan janggut standar Gen-X. Ini adalah cara baru untuk menciptakan cahaya.

Perampasan Gen Hebat

Kisah ini adalah bagian dari edisi September 2000 kami





  • Lihat sisa masalah
  • Langganan

Mueller dan salah satu pendirinya, Ihor Lys, telah menggabungkan perangkat lunak komputer dengan kemajuan teknologi LED selama satu dekade. LED telah ada di mana-mana dalam kehidupan sehari-hari, bersinar dari permukaan VCR, radio jam, dan oven microwave. Tapi LED ini telah menjadi lampu indikator sederhana pada segala macam peralatan elektronik. Setelah terbatas dalam kecerahan dan terjebak di ujung merah spektrum, LED telah menjadi lebih kuat dalam belasan tahun terakhir. Dan terobosan di awal 1990-an menciptakan LED biru, tiba-tiba membuat seluruh pelangi tersedia dan memenuhi janji LED cahaya putih-baik dengan memadukan output LED berwarna atau dengan teknik yang lebih eksotis. Color Kinetics membeli LED dari pembuat perangkat seperti Agilent dan Cree dan menggabungkannya ke dalam lampu yang mengeluarkan hampir semua warna yang berubah pada dinding putih atau tampilan toko dari hijau pucat menjadi merah muda panas seketika.

Perangkat mereka, yang saat ini sebagian besar ditujukan untuk pasar ritel dan hiburan, memanfaatkan beberapa karakteristik khusus LED: ukuran kecil, ringan, konsumsi daya rendah, pilihan warna yang hampir tak terbatas. Namun para ahli pencahayaan mengatakan ini baru permulaan. Di depan terbentang seluruh bangunan yang menyala, lampu lalu lintas yang bertahan selama satu dekade, lampu depan yang tidak akan menghabiskan aki mobil Anda jika Anda membiarkannya menyala, dan bahkan mungkin lampu murah yang tahan lama yang akan membuat lampu pijar dan lampu pijar padam.

Membuat Pekerjaan Ringan



Thomas Edison diakui, di atas segalanya, karena menemukan bola lampu. Sementara penemuannya yang lain-seperti fonograf, mimeograf dan mesin tickertape-telah digantikan dalam beberapa dekade terakhir oleh teknologi digital, bola lampu terus bersinar. Kini, setelah 12 dekade, kemajuan teknologi akhirnya mengancam untuk menggulingkannya. Mengantisipasi transisi, produsen pencahayaan utama menjalin aliansi dengan pembuat LED. General Electric Lighting bergabung dengan pembuat chip Emcore tahun lalu untuk membentuk divisi pencahayaan yang disebut GELCore, yang berbasis di Independence, Ohio. Philips Lighting and Agilent Technologies, sebuah spin-off Hewlett-Packard, menciptakan LumiLeds di San Jose. Dan Osram Sylvania telah bekerja sama dengan bisnis semikonduktor dari perusahaan induknya, Siemens. Anda melihat dorongan besar oleh produsen bola lampu, yang dalam arti tertentu memakan bisnis mereka sendiri, tetapi dengan pengakuan bahwa jika mereka tidak melakukannya, orang lain akan melakukannya, kata Makarand Chipalkatti, manajer pemasaran dan teknis untuk LED kebaktian ringan di Osram Sylvania di Danvers, Mass.

Namun, tidak semua pemain di bidang ini adalah perusahaan besar. Startup juga mulai beraksi. Mueller dan Lys of Color Kinetics bertemu di Carnegie Mellon University, di mana Lys memperoleh gelar doktor di bidang teknik elektro dan Mueller mengambil jurusan komputer dan teknik listrik, dengan minor dalam seni rupa. Usaha pertama mereka dalam pencahayaan, pada tahun 1992, adalah membangun tanda baru seperti yang pernah dilihat Mueller di Pusat Sains Detroit. Satu baris vertikal LED menampilkan irisan gambar, satu kolom pada satu waktu. Otak manusia, merespons seolah-olah mata pemirsa sedang memindai gambar yang tidak terputus, akan menyusun kembali gambar tersebut. Tanda pertama yang dibuat Mueller adalah CINTA; dia memberikannya kepada ibunya. Kemudian, untuk teman sekamar yang bertaruh dia tidak bisa melakukannya, dia membuat tanda bertuliskan BEER.

Kami menulis rencana bisnis di sekitarnya karena saya mengambil kelas sekolah bisnis, kenang Mueller. Dia memiliki tiga tujuan untuk perusahaan yang dihasilkan, Teknologi Zaman Batu. Dua yang pertama adalah keinginan khas siswa: dapatkan uang bir dan dapatkan beberapa gratis (dalam hal ini, tanda gratis). Tujuan ketiga adalah menjadi sampul majalah In Pittsburgh, katanya, sambil mengambil sekeranjang keripik kentang desainer untuk menemukan yang berwarna oranye. Tujuan baru saya adalah Rolling Stone.

Saya akan puas dengan Wall Street Journal, memasukkan Lys, setengah berambut pendek, kurang kinetik dari pasangan. Guru teknis, Lys adalah seorang insinyur yang, seperti rekan-rekannya di startup komputer, datang untuk bekerja sekitar tengah hari dan tetap terlambat.



Meskipun Lys dan Mueller datang dengan ide untuk pencahayaan digital pada tahun 1993, mereka mengesampingkannya ketika Mueller dan saudaranya Gary pergi untuk mendirikan sebuah perusahaan riset ekonomi, Internet Securities, Inc. Saudara-saudara menjual 80 persen dari perusahaan yang berbasis di Boston. tahun lalu sebesar juta. Mueller meremehkan industri lampu kuningan, kaca, dan gas tradisional. Membosankan, katanya. Tidak ada teknologi yang terlibat.

Mungkin tidak, tapi pasti ada uang yang terlibat. Amerika Serikat membeli bohlam pijar, tabung fluoresen, dan lampu halogen senilai ,5 miliar setiap tahun; global pasar adalah $ 11,5 miliar. Sejauh ini, pasar untuk lampu LED yang terang dan tampak terang relatif kecil—sekitar 0 juta, menurut firma riset Strategies Unlimited. Namun kemajuan dalam teknologi LED menggerakkan perangkat ini ke dalam jumlah aplikasi yang semakin banyak, dan pasar diperkirakan akan tumbuh menjadi ,8 miliar dalam lima tahun.

Jawaban Putih

LED pertama dibangun pada awal 1960-an. Keripik kecil bahan semikonduktor, terbungkus dalam epoksi bening, mengeluarkan satu warna cahaya ketika listrik mengalir melaluinya. Elektron bermuatan negatif bergerak untuk mengisi daerah bermuatan positif dalam materi, yang disebut lubang, di mana elektron hilang. Kombinasi elektron dan lubang menghasilkan foton cahaya. Semakin besar perbedaan energi antara elektron dan hole—yang disebut celah pita—semakin tinggi energi foton yang muncul. Energi foton pada gilirannya sesuai dengan warna cahaya; dalam spektrum tampak, foton biru dan ungu membawa energi paling banyak, foton jingga dan merah paling sedikit. Bahan yang berbeda secara alami memiliki celah pita yang berbeda, sehingga untuk mengubah tingkat energi dan warna foton, para insinyur menumbuhkan semikonduktor kristal dari paduan yang berbeda (lihat artikel pendamping: Mereka Datang dalam Warna).

LED monokromatik dengan kecerahan tinggi telah membuat kemajuan di pasar. Sekitar 10 persen lampu lalu lintas merah di Amerika Serikat telah digantikan oleh LED. Mereka lebih mahal daripada bola lampu konvensional tetapi memiliki keunggulan lain yang lebih besar daripada masalah biaya. Salah satunya adalah efisiensi: Lampu lalu lintas LED merah hanya menggunakan 15 watt listrik, bukan 150 watt yang dikonsumsi oleh lampu lalu lintas tradisional. Yang lainnya adalah umur panjang-LED diharapkan menghentikan lalu lintas tanpa terbakar selama satu dekade penuh. Kekompakan LED satu warna, daya rendah, warna intens, dan panas rendah juga membuatnya muncul sebagai lampu belakang mobil, lampu peringatan pesawat di menara radio, dan lampu landasan pacu di bandara. Tetapi pikiran para peneliti dan mata industri pencahayaan terfokus pada warna putih.

Dan itu menciptakan tantangan: Bagaimana Anda mengeluarkan cahaya putih dari perangkat yang, pada dasarnya, monokromatik? Salah satu metode melibatkan pencampuran LED warna yang berbeda sehingga tampak putih. Sama seperti pesawat televisi yang membuat semua warna yang ditampilkannya—termasuk putih dari fosfor merah, hijau, dan biru yang bersinar, kombinasi LED yang tepat dapat memberikan tampilan putih. Cara standar untuk mencampur adalah dengan tiga dioda merah, hijau dan biru yang terpisah, tetapi kombinasi yang tepat dari hanya dua-katakanlah biru dan oranye-juga dapat menghasilkan putih.

Squeeze Fotonik

Metode apa pun yang dipilih untuk menghasilkan cahaya putih, LED yang terlibat harus mengeluarkan lebih banyak cahaya dan menjadi lebih hemat energi jika ingin mengganti bohlam Edison. LED putih menghasilkan sekitar 10 lumen penerangan per watt listrik yang dikonsumsi, yang sebanding dengan kinerja lampu pijar (lumen adalah ukuran seberapa terang mata menangkap cahaya). Kira-kira 10 persen listrik yang mereka konsumsi diubah menjadi cahaya—sedikit lebih baik daripada angka 7 hingga 8 persen untuk lampu pijar. Tapi LED masih terlalu mahal untuk menantang rata-rata GE Soft White Anda. Dijual di toko diskon lokal, bola lampu pijar 100 watt berharga sekitar satu dolar untuk paket empat dan masing-masing menghasilkan 1.500 lumen penerangan. Saya tidak dapat membuat LED yang memberi Anda 1.500 lumens seharga 25 sen, kata Roland Haitz, manajer penelitian dan pengembangan grup produk semikonduktor di Agilent. Dia memperkirakan bahwa dalam beberapa tahun, kelompoknya akan dapat membuat LED 1.500 lumen yang dapat dijual seharga 0. Dia ragu pemilik rumah rata-rata akan bergegas keluar untuk membeli produk seperti itu.

LED berbahan AlInGaP cukup efisien dalam mengubah listrik menjadi cahaya. Sekitar 90 persen elektron yang masuk ke dioda menghasilkan foton. Sayangnya, paduan semikonduktor ini juga memiliki indeks bias yang tinggi (ukuran seberapa banyak bahan membelokkan sinar cahaya). Alih-alih bersinar untuk dilihat semua orang, oleh karena itu, sebagian besar foton memantul di sekitar bagian dalam dioda dan berubah menjadi panas yang terbuang; hanya 30 persen dari mereka muncul sebagai cahaya tampak. GaN memiliki indeks bias yang lebih rendah, sehingga lebih banyak cahaya yang keluar dari LED yang terbuat dari bahan tersebut. Hanya 30 persen listrik yang dimasukkan ke perangkat GaN yang diubah menjadi cahaya, jadi efisiensi akhir masih hanya sekitar 10 persen. Itu cukup terang untuk sesuatu seperti lampu lalu lintas, tetapi tidak untuk penerangan umum.

Ini bukan masalah yang tidak dapat diatasi, kata George Crawford, chief technical officer di LumiLeds. Para peneliti di sana telah bereksperimen dengan struktur baru dioda untuk membiarkan lebih banyak foton keluar. LED konvensional terdiri dari kristal berbentuk kubus. Tetapi dengan mengatur lapisan semikonduktor secara berbeda dan memotong wafer untuk membuat sisi miring, LumiLeds telah menciptakan piramida terbalik yang menghasilkan jalur optik yang lebih pendek untuk dilalui foton. Di lab, LumiLeds telah berhasil mengeluarkan setengah foton dari LED piramida terbalik yang terbuat dari AlInGaP, dan mereka berharap memiliki LED seperti itu dalam produksi komersial tahun ini. Lima puluh persen masuk akal, tetapi sulit, kata Crawford, tetapi menambahkan: Sulit bagi saya untuk membayangkan melakukan jauh lebih baik dari itu.

Mendapatkan setengah foton dari AlInGaP mungkin cukup untuk bersaing dengan lampu neon, tetapi tidak dengan sendirinya. Perangkat yang terbuat dari bahan itu hanya memberikan lampu merah dan kuning. Foton biru pelengkap yang dibutuhkan untuk menghasilkan cahaya putih harus berasal dari galium nitrida, dan di sana teknologinya masih embrionik. Kami benar-benar tidak memahami dasar-dasar bagaimana membangun kristal yang lebih baik dalam galium nitrida, kata Steve Johnson, pemimpin kelompok penelitian pencahayaan di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley.

Para peneliti sedang mencari suntikan dana pemerintah untuk membantu pencarian mereka. Arpad Bergh, presiden Asosiasi Pengembangan Industri Optoelektronik, menginginkan upaya besar R&D untuk membawa LED ke titik di mana mereka dapat bersaing dengan sumber cahaya tradisional. Kelompoknya bekerja dengan Johnson di Lawrence Berkeley untuk mengembangkan rencana penelitian untuk LED cahaya putih yang lebih efisien dan bermaksud meminta Kongres untuk program pendanaan lima tahun, juta per tahun yang akan dimulai segera setelah tahun 2002. Sementara itu, Haitz telah menulis buku putih dengan Sandia National Laboratories yang menyerukan pemerintah untuk menggelontorkan 0 juta untuk penelitian selama 10 tahun. Pengeluaran seperti itu diperlukan, menurut Haitz, untuk mengangkat pencahayaan LED melewati rintangan yang sekarang menghambat kemajuan. Dibiarkan sendiri, menurutnya, industri pencahayaan akan memajukan LED hanya cukup untuk mengambil sekitar sepersepuluh dari pasar pencahayaan pada tahun 2025. Tetapi dengan bantuan pemerintah, katanya, perangkat tersebut pada tahun itu dapat mencapai setengah pasar. Karena pencahayaan menyumbang sekitar 20 persen dari listrik yang dikonsumsi di Amerika Serikat, pergeseran ke teknologi LED yang lebih efisien dapat menghasilkan penghematan energi yang signifikan.

wiki perang meme yang hebat

Cahaya yang Menakutkan

Tetapi jika LED ingin menangkap sebagian besar pasar penerangan, mereka harus menghasilkan cahaya dengan nada yang tepat. Seperti yang diketahui siapa pun yang pernah mengambil gambar dalam ruangan dengan film luar ruangan, cahaya pijar memiliki gips kuning yang kuat, dan para desainer mengatakan bahwa cahaya itu memiliki nuansa hangat. LED fosfor putih, di sisi lain, memancarkan cahaya kebiruan yang jelas. Jika Anda mencoba menerangi objek merah dengan LED putih yang hanya memiliki spektrum biru dan kuning, Anda tidak akan mendapatkan warna merah yang tampak sangat bagus, kata Kathryn Conway dari Lighting Research Center di Rensselaer Polytechnic Institute. . Itu bisa menjadi masalah dengan kulit manusia, misalnya, yang terlihat tidak alami di bawah cahaya yang tidak mendekati siang hari. Desainer pencahayaan New York yang terkenal Howard Brandston menunjukkan: Anda tidak ingin seseorang bangun di pagi hari dan melihat ke cermin dan berkata, 'Egads! Saya bisa mengikuti audisi untuk The Addams Family tanpa makeup.'

Namun teknologinya pasti akan terus meningkat, karena imbalannya besar karena dengan LED, Anda dapat memutar tombol untuk mendapatkan pencahayaan dengan nuansa yang tepat untuk situasi yang dihadapi. Brett Andersen, seorang desainer senior di Focus Lighting, sebuah firma desain pencahayaan yang berbasis di New York, membayangkan suatu hari ketika orang dapat mengatur warna dan kecerahan cahaya di rumah mereka sesuai dengan suasana hati mereka. Kontrol semacam ini akan membuat sakelar peredup kuno menjadi alat primitif untuk menciptakan suasana. Di luar itu, LED menawarkan kemungkinan baru yang menimbulkan pertanyaan mendasar tentang bagaimana orang berpikir tentang pencahayaan, kata Chipalkatti dari Osram Sylvania. Bagaimana keadaannya jika bangunan itu sendiri adalah lampu? dia bertanya. Anda bisa membuat lantai atau langit-langit Anda menyala.

Di kantor Color Kinetics, penulis perangkat lunak Mike Blackwell duduk di sofa bunglon dan mendemonstrasikan program yang dia kembangkan untuk desainer pencahayaan untuk menciptakan efek dengan lampu perusahaan. Dia mengatur deretan lampu untuk berjalan melalui spektrum, mengulangi siklus setiap 10 detik. Kemudian dia menambahkan pulsa putih yang bergerak ke bawah baris sekali dalam satu detik. Efeknya menggelegar, mengingatkan pada pertunjukan cahaya psikedelik tahun 1960-an. Ini juga menyarankan artefak dari era lain: buletin yang diterbitkan desktop pada pertengahan 1980-an, penuh dengan font yang bentrok. Tetapi jika desainer pencahayaan benar, pengguna yang lebih canggih akan dapat menciptakan efek yang lebih halus atau mengecat ulang dinding mereka dengan cahaya. Dan mungkin bola lampu pijar akan bergabung dengan standar pencahayaan sebelumnya, lilin, sebagai aksen kuno untuk acara-acara khusus, sementara siang dan malam kita diterangi oleh cahaya serpihan kecil.

bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan