Кто создал светодиодные лампы

Светодиодные лампы. История и современность

В настоящее время бешеными темпами набирают популярность светодиодные лампы. С каждым днём они становятся всё более востребованными. Попытаемся разобраться с вопросом о том, чем же так хороши эти источники света? Поговорить об из недостатках, конечно же, тоже забывать не будем. Но для начала немного истории появления светодиодных ламп.

История создания светодиодных ламп

Первое открытие, которое привело к появлению светодиодных ламп, было зафиксировано в 1907г. инженером из Англии Х.Д. Раундом. Причём, сделано это было абсолютно случайно. Раунд заметил, что вокруг детектора, с которым он работал, возникает свечение точечного контакта.

Дальнейшее развитие светодиоды получили в 1922 г. И серьёзно подошел к этому вопросу советский радиолюбитель 18-ти летний Олег Владимирович Лосев, который после многих экспериментов достиг внушительных положительных результатов. К сожалению этот изобретатель погиб в 1942 г. Но он успел получить четыре патента на практическое применение своих изобретений.

На основе «эффекта Лосева» в 1951 г. Курт Леговец, при участии физика В. Шокли, произвёл исследования по эффективным материалам для создания данного источника света. Их работа стала фундаментом новой отрасли – оптоэлектроники, появившейся в 1961 г.

Первые промышленные светодиоды в 1962 г. создал работник компании “Дженерал Электрик” Н. Холоньяк. Это были устройства с желто-зеленым и красным свечением.

В 70 – е годы ХХ века академиком Ж.И. Алфёровым было открыто явление сверхинжекции в гетеростуктурах. Вследствие этого им были разработаны новые полупроводниковые структуры. Исследования в этой области позволило создать целое направление в науке – гетеропереходы в полупроводниках. За свои труды в развитии физики Алфёров со временем был номинирован на Нобелевскую премию, которую и получил.

В 1972 Джоржд Крафорд, который учился у Н. Холоньяка в 10-ки раз усовершенствовал красный и красно-оранжевый светодиод, тем самым открыл их жёлтый аналог.

Чуть позже, в 1993 году Суджи Накамура, работник корпорации «Ничиа», добился высокого значения яркости у светодиода синего цвета, что позволило комбинировать его с другими устройствами и получать оттенки любого света.

В 2000 – х годах «белые» светодиоды имели уже достаточно хорошую степень яркости для того, чтобы выпускать их в массовом количестве для всего сегмента рынка.

Теперь поговорим о современных светодиодных лампах – что они из себя представляют, в чём их особенности, где применяют, какими характеристиками они обладают, об их достоинствах и недостатках.

Светодиодная лампа – это многокомпонентный прибор, при изготовлении которого не используют опасные вещества. За счёт чего он абсолютно безопасен. Конструкция лампы не очень сложная. То, что излучает свет – называют монокристаллом. Устанавливают его в металлической чашечке, которая является отражателем, потом заливают всё пластиком и светодиод готов.

Основной особенностью светодиодов является хорошая экономичность. При потребляемой мощности в 8 – 10 Вт он работает аналогично классической лампы накаливания, обладающей мощностью 100 Вт. Светодиодное устройство компактно, долговечно и способно на очень длительное время работы.

В настоящее время светодиодные лампы активно вытесняют другие источники света, во всех областях, где применяют осветительные приборы. К основным характеристикам данных ламп можно отнести светосилу, мощность и спектр свечения. Рассмотрим вопрос о том, из-за чего светодиод оставляет далеко позади всех своих конкурентов.

Самый главный параметр, который обеспечивает подавляющее превосходство светодиодных ламп над другими источниками освещения – это экономичность и очень низкое энергопотребление. При этом светят подобные лампы не хуже своих аналогов.

К достоинствам светодиодных ламп относятся, также, долговечность работы, точнее длительный срок безотказной службы и отсутствие бьющихся хрупких элементов в их конструкции.
Данные лампы могут прекрасно работать при достаточно низких температурах, но вот высоких температур они боятся, поэтому устанавливать их в бане или сауне не рекомендуется. Светодиодные лампы совершенно не греются и могут использоваться для подсветки каких-либо предметов.

Теперь пришло время упомянуть недостатки светодиодных ламп. Основной причиной, по которой многие люди отказываются от скорейшего перевода всех своих домашних осветительных приборов на работу со светодиодными лампами является достаточно высокая стоимость последних. Но на производственных объектах и в офисных центрах уже давно осуществляют замену старых источников света на эти лампы. Это объясняется тем, что по сравнению с квартирой экономия на энергозатратах в таких масштабах окупает стоимость светодиодных ламп достаточно быстро.

На этом можно подвести определённые итоги. Стоит ли бежать в магазин и закупать светодиодные лампы? Ответ на этот вопрос можно оставить на усмотрение лично каждого. Если не слишком пугает её цена, то установив один раз светодиодную лампу, можно на долго забыть о том, что такое замена сгоревшей лампы. В этом случае останется лишь одна проблема – периодически протирать люстру и светильники от осевшей на них пыли.

И ещё один момент – не стоит приобретать светодиодную лампу, которая была изготовлена неизвестным производителем и продаётся по довольно низкой цене. Ничего хорошего из этой экономии не получится – лампа очень скоро выйдет из строя.

Кто изобрел светодиод и как он работает

Интересные факты о светодиодах

Светодиод изобрел Олег Лосев

Содержание

Интересные факты о светодиодах

• Светодиод изобрел Олег Лосев
• Как устроен светодиод
• Срок службы светодиодов
Средний срок службы
Почему же у белых светодиодов наименьший срок службы?
• Светодиоды греются
Как реагирует светодиод на нагрев

Еще в 1907 году было впервые отмечено слабое свечение, испускаемое карбидокремниевыми кристаллами вследствие неизвестных тогда электронных превращений. В 1923 году наш соотечественник, сотрудник Нижегородской радио-лаборатории Олег Лосев отмечал это явление во время проводимых им радиотехнических исследований с полупроводниковыми детекторами, однако интенсивность наблюдаемых излучений была столь незначительной, что Российская научная общественность тогда всерьез не интересовалась этим феноменом.

Через пять лет Лосев специально занялся исследованиями этого эффекта и продолжал их почти до конца жизни (О.В. Лосев скончался в блокадном Ленинграде в январе 1942 года, не дожив до 39 лет). Открытие “Losev Licht”, как назвали эффект в Германии, где Лосев публиковался в научных журналах, стало мировой сенсацией. И после изобретения транзистора (в 1948 году) и создания теории p-n-перехода (основы всех полупроводников) стала понятна природа свечения.

В 1962 году американец Ник Холоньяк продемонстрировал работу первого светодиода, а вскоре после этого сообщил о начале полупромышленного выпуска светодиодов.

Светодиод (англ. light emission diode – LED) является полупроводниковым прибором, его активная часть, называемая «кристалл» или «чип», как и у обычных диодов состоит из двух типов полупроводника – с электронной (n-типа) и с дырочной (p-типа) проводимостью. В отличие же от обычного диода в светодиоде на границе полупроводников разного типа существует определенный энергетический барьер, препятствующий рекомбинации электронно-дырочных пар. Электрическое поле, приложенное к кристаллу, позволяет преодолеть этот барьер и происходит рекомбинация (аннигиляция) пары с излучением кванта света. Длина волны излучаемого света определяется величиной энергетического барьера, который, в свою очередь, зависит от материала и структуры полупроводника, а также наличия примесей.

Значит, прежде всего, нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного p-n-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

Как устроен светодиод

Основные современные материалы, используемые в кристаллах светодиодов:

  • InGaN – синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости;
  • AlGaInP – желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости;
  • AlGaAs – красные и инфракрасные светодиоды;
  • GaP – желтые и зеленые светодиоды.

Кроме светодиодов лампового типа (3, 5, 10 мм, их форма действительно напоминает миниатюрную лампочку с двумя выводами), в последнее время все большее распространение получают SMD – светодиоды. Они совершенно иной конструкции, отвечающей требованиям технологии автоматического монтажа на поверхность печатной платы (surface mounted devices – SMD).

А сверхяркие светодиоды такого типа называются эммитеррами (emitter, англ. “излучатель”).

SMD светодиоды имеют более компактные размеры, допускают автоматическую расстановку и пайку на поверхность платы без ручной сборки. Некоторые производители светодиодов выпускают специальные SMD-диоды, содержащие в одном корпусе три кристалла, излучающие свет трех основных цветов – красный, синий и зеленый. Это позволяет получить при смешении их излучения всю цветовую гамму, включая белый цвет, при ультракомпактных размерах.

Яркость светодиода характеризуется световым потоком (Люмены) и осевой силой света (Кандела), а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучающих в телесном угле от 4 до 140 градусов.

Цвет, как обычно, определяется координатами цветности, цветовой температурой белого света (Кельвин), а также длиной волны излучения (нанометры).

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности (характеристика “Люмен/Ватт”).

Также интересной характеристикой оказывается цена одного люмена ($/Люмен).

Итак, любой светодиод состоит из одного или нескольких кристаллов, размещенных в корпусе с контактными выводами и оптической системы (линзы), формирующей световой поток. Длина волны излучения кристалла (цвет) зависит от материала полупроводника и от легирующих примесей. Биновка (wavelength bin) кристаллов по длине волны излучения происходит при их изготовлении. В партии поставки на современном производстве отбираются близкие по спектру излучения кристаллы.

Широкий диапазон оптических характеристик, миниатюрные размеры и гибкие возможности по дискретному управлению обеспечили применение светодиодов для создания самых различных световых приборов и изделий. Светодиод излучает в узкой части спектра, на определенной длине волны его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры.

Срок службы светодиодов

Основная характеристика надежности светодиодов – срок их службы. В процессе эксплуатации возможны две ситуации: световой поток излучателя либо частично уменьшился, либо вовсе прекратился. Срок службы отражает эти факты: различают полезный срок службы (пока световой поток не упадет ниже определенного предела) и полный (пока прибор не выйдет из строя).

Срок службы напрямую зависит от типа светодиода, подаваемого на него тока, охлаждения кристалла (chip) светодиода, состава и качества кристалла, компоновки и сборки в целом.

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче чем у маломощных сигнальных. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

Очевидно, например, что в светодиодах мощностью от 1 Вт (рабочий ток 0,350 А) и более мощных, тепловыделение гораздо обильнее, чем в светодиодах типа «5 мм», рассчитанных на ток 0,02 А. По светоотдаче 1 светодиод мощностью 1 Вт заменяет около 50 светодиодов типа «5 мм», но и греется сильнее. Поэтому светодиодные сборки с мощными светодиодами требуют пассивного охлаждения (монтаж на MCPCB плату (печатная плата на металлической основе) и радиатор).

Средний срок службы

5 мм -LED и SMD-LED:

• белый до 50000 ч. с падением светового потока до 35% в течении первых 15000 ч.
• синий, зеленый до 70000 ч. с падением светового потока до 15% в течении первых 25000 ч.
• красный, желтый до 90000 ч. с падением светового потока незначительно.

HI-POWER LED от 1 Вт и выше:

• белый до 80000 ч. с падением светового потока до 15% в течении первых 10000 ч.
• синий, зеленый до 80000 ч.
• красный, желтый до 80000 ч.

Почему же у белых светодиодов наименьший срок службы?

К сожалению, структур, излучающих белый свет, никто еще не придумал. Основой диода белого цвета является структура InGaN, излучающая на длине волны 470 нм (синий цвет) и нанесенный сверху на нее люминофор (специальный состав), излучающий в широком диапазоне видимого спектра и имеющий максимум в его желтый части. Человеческий глаз комбинацию такого рода воспринимает как белый цвет. Люминофор ухудшает тепловые характеристики светодиода, поэтому срок службы сокращается. Сейчас мировые производители изобретают новые и новые варианты эффективного нанесения люминофора.

Большинство сверхярких светодиодов служат в районе 50000 – 80000 часов. Много это или мало?

50000 часов — это:

24 часа в день 5.7 лет
18 часов в день 7.4 лет
12 часов в день 11.4 лет
8 часов в день 17.1 лет

Светодиоды греются

Многие считают, что светодиоды практически не греются. Так почему светодиодным приборам нужен теплоотвод и что будет, если теплоотвода нет?

Светодиоды продуцируют тепло в полупроводниковом переходе. И чем мощнее LED, тем больше тепла. Конечно, индикаторные светодиоды, например, датчики автосигнализаций сильно не греются. Но со сверхяркими LED они имеют мало общего. Если мощные светодиоды объединены в некую сборку, да еще и установлены в герметичный корпус, то нагрев становится значительным.

И если не происходит отвод тепла, полупроводниковый переход перегревается, отчего изменяются характеристики кристалла, и через некоторое время светодиод может выйти из строя. Так что очень важно строго контролировать количество тепла и обеспечивать эффективный теплоотвод.

Как реагирует светодиод на нагрев

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй – световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у красных и желтых светодиодов, и меньше у зеленых, синих и белых.

Кто создал светодиодные лампы

Имеющая многолетнюю историю лампочка светодиодная является на сегодняшний день самой экономичной и долговечной. Она еще не так доступна для обычного потребителя, как более дешевые источники искусственного света, но впереди ее ждет большое будущее.

Первое сообщение

В начале прошлого века (1907 год) английский изобретатель Генри Раунд впервые обнаружил излучение света от твердотельного диода. Сообщение об этом событии появилось в научных кругах. Раунд исследовал и описал явление электролюминесценции при прохождении тока через полупроводник – соединение карбида кремния и металла. На катоде появлялось свечение трех цветов:

  • оранжевое;
  • желтое;
  • зеленое.

Независимо от Генри Раунда подобные результаты были получены советским ученым.

В лаборатории Лосева

Через 16 лет после первого сообщения Раунда о необычном явлении советский физик Олег Лосев открыл люминесценцию полупроводникового перехода. Во время экспериментов в своей лаборатории в Нижнем Новгороде он заметил свечение в кристаллах из карборунда и стальной проволоки, применявшихся в радиопередатчиках.

О наблюдении ученый сообщил в прессе. К сожалению, это открытие не стало рождением светодиодной лампочки. В то время никто кроме самого изобретателя не понял значение и возможности электролюминесценции.

Хотя теоретически объяснить открытое явление в то время не представлялось возможным, советский ученый в полной мере оценил уникальность открытия, позволявшего создавать безвакуумные, очень экономичные и быстродействующие источники света. Он запатентовал свое изобретение, назвав его «Световым реле».

Без поддержки со стороны государства Лосев не смог организовать полномасштабные исследования своего открытия. Он продолжал самостоятельно изучать полученные результаты исследований. К сожалению, Лосев умер во время войны в блокадном Ленинграде. Если бы не трагические события истории, возможно, именно Советскому Союзу принадлежала честь производства первых светодиодных ламп.

История исследований электролюминесценции в СССР на этом не закончилась. Выдающийся физик из Беларуси Ж. Алферов защитил в 1970 году диссертацию, тема которой заключалась в исследовании в полупроводниках гетеропереходов. Он получил степень доктора наук, а позднее стал профессором и почетным академиком Российской академии.

Через тридцать лет (2000, Швеция) Алферов получил Нобелевскую премию за прорыв в исследовании полупроводниковых гетероструктур. Его изобретение позволило усовершенствовать светодиоды, увеличив внешний световой поток для красной части видимого спектра излучения.

Начало практического использование светодиода

Американцам принадлежит первенство в изобретении светодиода, имевшего практическое применение. В шестидесятых годах двадцатого столетия Ник Холоньяк сделал первый красный светодиод по заказу компании, занимающейся производством электрических приборов. Это произошло в Иллинойском университете.

Немного раньше американские ученые запатентовали первый инфракрасный светодиод, который был слишком сложно устроен и не нашел практического применения. После этого события разработкой светодиодов занялись в широких масштабах, с целью их использования в промышленности. Были получены лампы, светящиеся желто-зеленым светом. В 1968 году фирмой «Монсанто» была выпущена первая серия таких ламп. Другой компанией в целях рекламы был создан слабосветящийся красным светом дисплей, на котором отображалась информация при помощи работы встроенных красных светодиодов.

Учеником Холонька Джорджем Крафордом был изобретен желтый светодиод. Он по яркости в десять раз превосходил первый красный светодиод его учителя.

Работавший в лаборатории компании «АйБиЭм» Дж. Панков изобрел светодиоды фиолетового и голубого излучения. К сожалению, небольшой срок их службы не позволил применять их в промышленных целях.

Фирма Hewlett Packard в 1976 году выпустила серию оранжево-красных и желто-зеленых светодиодов, которые работали на фосфидах.

Открытие в Японии

К началу двадцать первого века были получены все цвета диапазона, не удавалось создать только синий излучатель. Честь его открытия в девяностых годах двадцатого века принадлежит доктору Накамура из Японии. Благодаря его изобретению недорогого синего светодиода появилась возможность выпускать лампы белого света, который получается в результате сочетания синего, красного и зеленого излучения. Эти лампы нашли широкое применение не только в быту, для освещения помещений, но и в других электроприборах. Появились экраны со светодиодной подсветкой. Компания «Ситизен Электроникс» впервые в 2003 году выпустила СИД модуль, запатентовав технологию.

Ученые из Японии вместе с Судзи Накамуро получили Нобелевскую премию за свое изобретение. А прогресс светодиодных устройств пошел с тех пор ускоренными темпами.

Перспективы

Отживает свое привычная лампочка Ильича с вольфрамовой спиралью в вакуумной колбе. Электроэнергия при ее горении расходуется в основном на нагрев спирали. Поэтому КПД невелик и составляет не более 4%. Замена лампочки происходит довольно часто из-за ограниченного срока службы и быстрого перегорания вольфрамовой спирали.

Немного экономичнее галогенновая лампочка – лампа, в которую добавлен газ. Принцип ее работы позволяет продлить срок службы благодаря возвращению вольфрама на тело накала в особой среде, которой наполнена колба. Повышается также температура внутренней спирали, что позволяет увеличить яркий свет лампочки. Максимальный срок службы галогенных ламп не превышает полутора лет.

Необходимы осветительные приборы не только для того, чтобы сделать светлее квартиры и дома. Лампочка ближнего света в автомобиле помогает в ночное время избежать аварий на дороге. Это может быть галогенная лампа или светодиодный прибор.

Преимущество светодиодных лампочек позволило найти им широкое применений во многих отраслях производства. Электроэнергия в них расходуется очень экономно, так как непосредственно преобразовывается в световой поток, миную необходимость нагрева поверхностей для получения светового потока. Срок службы тоже впечатляет. Горит лампочка более двадцати лет.

Купить светодиодные лампы в Тюмени можно у нас в магазине. Товар в наличии.

История появления светодиодных ламп


Светоизлучающие диоды и электролюминесценция известны более века. Генри Раунд (Henry Round), британский экспериментатор из лаборатории Маркони, в 1907 году впервые обратил внимание на эмиссию света при работе с кристаллами карбида кремния и контактным детектором (диодом). В опубликованном отчете, посвященном этому открытию, отмечалось, что под воздействием электрического возбуждения из кристалла карбида кремния выходил свет. Раунд особенно отмечал тот факт, что при низком напряжении он видел желтоватый свет, а затем, по мере увеличения напряжения, в различных точках разных кристаллов, желтый, зеленый, оранжевый и синий. Однако, после этого, до середины 1920-х годов, никаких работ, относящихся к случайно открытой Раундом электролюминесценции, в печати больше не появлялось.

В это время, русский экспериментатор Олег Лосев успешно создал светодиод после того, как обнаружил, что используемые в радиоприемниках диоды испускали свет при протекании через них электрического тока. В течение последующих лет он исследовал это явление и опубликовал множество работ, описывающих связь спектров излучения с вольтамперными характеристиками диодов. В 1927 Лосев запатентовал «световое реле». Это была первая ссылка на использование светодиодов в целях коммуникации.

И, хотя Раунд и Лосев сдвинули изучение электролюминесценции с мертвой точки, выбранное ими направление дальнейшего движения оказалось бесполезным для практики. Используемый в точечных диодах карбид кремния в то время был полупроводником с непрямой запрещенной зоной, и, как следствие, неэффективным. Производимый им свет, в лучшем случае, был слаб.

В 1955 Рубин Браунштайн (Rubin Braunstein) из Radio Corporation of America сообщил об инфракрасном излучении, генерируемом простыми диодными структурами, сделанными на основе арсенида галлия, антимонида галлия, фосфида индия и сплавов кремний-германий. Спустя несколько лет, исследователи из Texas Instruments Боб Биард и Гари Питтмен (Bob Biard и Gary Pittman) обнаружили, что под воздействием электрического тока арсенид галлия излучает инфракрасный свет. В 1961 году ими был получен первый патент на инфракрасный светодиод.

Отцы-основатели

В начале 1960-х годов Ник Холоньяк (Nick Holonyak) из General Electric занимался исследованиями комбинаций галлия, мышьяка и фосфида в поисках путей создания туннельных диодов с большей шириной запрещенной зоны. При содействии сослуживца д-ра Роберта Холла (Robert Hall), изобретателя арсенид галлиевого лазера, Холоньяк в 1962 году создал лазер с видимым излучением. Вскоре после этого началось коммерческое внедрение первых светодиодов видимого (красного) спектра.

Холоньяк стал профессором Иллинойского университета в 1963 году. Именно там у него учился аспирант М. Джордж Крэфорд (M. George Craford), который в 1972 году изобрел желтый светодиод, а яркость красных и красно-оранжевых сумел увеличить на порядок.

Усилиями Крэфорда и Холоньяка компания Monsanto, в которой ранее служил Крэфорд, смогла впервые организовать массовое производство светодиодов видимого спектра, а также, семисегментных индикаторов на их основе. Первые стали применяться в лабораторном и электронном оборудовании, вторые — в коммерческих приборах, таких как телевизоры, радиоприемники, телефоны, калькуляторы и часы.

Заметно снизить себестоимость производства светодиодов удалось в середине 1970-х компании Fairchild Optoelectronics. Разработчики компании впервые использовали планарную технологию изготовления полупроводниковых кристаллов, изобретенную доктором Жаном Эрни (Jean Hoerni) из фирмы Fairchild Semiconductor. Комбинация этой уникальной, используемой и по сей день, технологии и новых методов упаковки позволила пионеру оптоэлектроники Томасу Брандту (Thomas Brandt) и группе его сотрудников намного снизить производственные затраты и, одновременно, повысить надежность их светодиодов.

В 1976, Т.П. Пиэрсолл (T.P. Pearsall) изобрел уникальный полупроводниковый материал, длина волны излучения которого была специально оптимизирована для передачи по оптоволокну. На базе этого материала им был создан первый сврхяркий высокоэффективный светодиод.

Арсенид галлия-алюминия (GaAlAs) стал широко использоваться как полупроводниковый материал в середине 1980-х годов. Он позволил поднять яркость светодиодов, уменьшить рассеиваемую мощность и повысить гибкость использования за счет появления возможности импульсного питания и мультиплексирования. А это, в свою очередь, расширило список возможных применений светодиодов, добавив в него сканеры штрих-кодов, системы волоконно-оптической связи и медицинское оборудование.

Однако оставались нерешенными некоторые проблемы, связанные с первыми GaAlAs светодиодами, а именно — единственная длина волны излучения (660 нм) и значительная деградация светоотдачи, существенно большая, в сравнении со светодиодами, выпускавшимися по традиционной, на то время, технологии. К 1987 году компания Hewlett Packard усовершенствовала технологию GaAlAs све- тодиодов настолько, что их яркость стала достаточной для замены автомобильных габаритных огней и стоп-сигналов. Это была знаменательная веха в истории светодиодов, когда впервые в светотехнических приложениях появилась возможность замены ламп накаливания светодиодами.

В конце 1980-х — начале 1990-х годов появился и стал использоваться более эффективный полупроводник — фосфид алюминия- галлия-индия (AlGalnP). Благодаря возможности управления шириной запрещенной зоны, новый материал позволил значительно уменьшить деградацию светоотдачи и расширить цветовой диапазон. Отныне зеленые, желтые, оранжевые и красные светодиоды стали изготавливаться по одной и той же технологии.

А что насчет синего?

Теперь недоставало только чистого синего светодиода. Первые эксперименты в попытке создать такой прибор были выполнены Жаком Панковом (Jacques Pankove) в лабораториях RCA в середине 1970-х, однако результаты оказались более чем скромными. Была очевидна необходимость дополнительных исследований.

В конце 1980-х служащие университета Нагои Исаму Акасаки (Isamu Akasaki) и Ироси Амано (Hiroshi Amano) совершили важный прорыв в технологии выращивания эпитаксиальных структур нитрида галлия и легирования p-примесями. Результаты своих исследований они принесли в компанию Nichia Corporation, чтобы в 1993 году, используя нитрид индия-галлия, продемонстрировать первый ярко-синий светодиод. Этим открытием завершилось формирование RGB триады цветов, и потребовалось совсем немного времени, чтобы мы смогли увидеть на улицах полноцветные вывески и экраны.

В 1995 году в лаборатории Кардиффского университета Альберто Барбьери (Alberto Barbieri) занимался проблемами повышения эффективности и надежности высокоэффективных светодиодов, и с успехом продемонстрировал впечатляющие результаты, достигнутые при использовании прозрачных контактов на светодиодах из алюминия-галлия-индия-фосфида/арсенида галлия (AlGalnP/GaAs). Последние достижения в области синих светодиодов, в совокупности с усовершенствованиями, сделанными Барбьери, быстро привели к появлению первых высокоэффективных белых светодиодов, в которых смешение желтого излучения люмино- форного покрытия с синим излучением кристалла дают результирующее свечение, кажущееся белым.

Глядя в будущее

В течение двух последних десятилетий популярность и диапазон использования светодиодов росли экспоненциально. Сегодня, благодаря их эффективности и долгосрочной надежности, с ними связывают главные решения будущего в области светотехники. Но исследования продолжаются, и имеются все признаки того, что мы станем свидетелями новых открытий, которые сделают светодиоды еще более мощными, надежными и дешевыми.

Кто создал светодиодные лампы

Светодиоды повсюду. Существует вероятность, что даже эту статью о светодиодах вы читаете с экрана, который подсвечивает один или даже несколько светодиодов.

Итак, что же такое светодиод? И как он появился? Мы собираемся это выяснить!

Определение светодиода

Светодиод представляет собой электронное устройство, состоящее из двух разных типов полупроводникового материала. По аналогии с полупроводниковым материалом, используемым в различных компьютерных компонентах, таких как ОЗУ, процессоры и транзисторы, диоды являются устройствами, которые позволяют потоку электричества проходить только в одном направлении.

Светодиод делает то же самое: он блокирует поток электричества в одном направлении, позволяя ему свободно перемещаться в другом. Когда электричество в виде электронов проходит через соединение между двумя типами полупроводникового материала, энергия теряется в виде света.

История светодиодов

Создание светодиода принадлежит российскому изобретателю Олегу Лосеву, который продемонстрировал светодиод в 1927 году. Потребовалось почти четыре десятилетия до первого практического применения светодиодов.

Светодиоды впервые появились в коммерческих приложениях в 1962 году, когда Texas Instruments выпустила светодиод, который пропускал свет в инфракрасном спектре. Эти начальные светодиоды использовались главным образом в устройствах дистанционного управления, таких как ранние телевизионные пульты.

Первый светодиод видимого света появился в 1962 году, излучая слабый, но видимый красный свет.

Спустя еще одно десятилетие, яркость светодиодов увеличится, а дополнительные цвета (в основном желтые и красно-оранжевые), станут доступными.

Светодиоды стали популярны в 1976 году с внедрения высоко-яркостных и высокоэффективных моделей, которые могут использоваться в самых разнообразных сферах, в том числе в коммуникациях и в качестве индикаторов в инструментах.

В конце концов, светодиоды использовались в калькуляторах как числовые дисплеи.

Синий, красный, желтый, красно-оранжевый и зеленый светодиодные цвета

Светодиоды в конце 70-х и начале 80-х годов были ограничены лишь несколькими цветами: красные, желтые, красно-оранжевые и зеленые. Хотя в лаборатории можно было производить светодиоды разных цветов, стоимость производства постоянно дополняла спектр цветов светодиодов от массового производства.

Считалось, что светодиод, производящий свет в синем спектре, позволит использовать светодиоды в полноцветных дисплеях. Поиск проводился для коммерчески жизнеспособного синего светодиода, который в сочетании с существующими красными и желтыми светодиодами мог производить широкий спектр цветов.

Первый синий светодиод высокой яркости дебютировал в 1994 году. Мощные и высокоэффективные синие светодиоды появились несколько лет спустя.

Но идея использования светодиодов для полнофункционального дисплея никогда не заходила слишком далеко до изобретения белого светодиода, который произошел вскоре после появления высокоэффективных синих светодиодов.

Хотя вы можете видеть термин LED TV или светодиодный монитор, большинство этих типов дисплеев используют ЖК-дисплей (жидкокристаллический дисплей) для фактического компонента дисплея и используют светодиоды для подсветки ЖК-дисплеев. Это не значит, что настоящие светодиодные дисплеи недоступны в мониторах и телевизорах с использованием технологии OLED (Organic LED); они просто очень дорогие, а производство их в больших масштабах очень затруднительно.

Но по мере того, как производственный процесс продолжает развиваться, то же самое происходит со светодиодное освещение.

Сферы применения для светодиодов

Светодиодная технология продолжает развиваться, в том числе и сферы, в которых светодиоды могут применяться:

  • Инфракрасные светодиоды, используются для управления приборами. Проверьте свой пульт телевизора, скорей всего, в верху пульта вы обнаружите инфракрасный светодиод.
  • Светодиоды используются в качестве индикаторов в приборах. В свое время широко использовались неоновые лампы и лампы накаливания. Теперь светодиоды, которые являются более эффективными, имеют долгий срок службы и, как правило, менее дороги, взяли на себя это использование.
  • Светодиоды используются на дисплеях, включая буквенно-цифровые дисплеи, начиная от ранних калькуляторов до часов, рекламных вывесок и транспортных дисплеев. И не забывайте, что ваш телевизор и монитор компьютера используют светодиоды для подсветки дисплея.
  • И, конечно же, мы не можем забыть об освещении. Светодиоды находятся на пути к полной замене ламп накаливания и других источников света.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий