История светодиода

LED (Light-emitting diode) — технология, которая позволяет получить световое излучение в месте соприкосновения катода и полупроводника соединённого с анодом (электроны взаимодействуют с излучением фотонов при переходе через полупроводник на катод).

Для достижения всевозможных типов излучения, применяются различные типы полупроводников. Считается, что первый светодиод, излучающий в видимом диапазоне, был разработан в университете Иллинойса под руководством Ника Холоньяка («отец современного диода») в 1962 году. Но первое упоминание о подобном эффекте было ещё в 1907 году от Генри Раунда, экспериментирующего с различными материалами.

Светодиод был открыт случайно, когда во время экспериментов было обнаружено, что в определённых случаях при переносе заряда возникает свечение в видимом диапазоне. Позже были открыты диоды излучающие и в других спектрах. Развитие диоды получили лишь в середине 80-х, когда начали требоваться компактные и долговечные источники света для индикаторов, освещения и в тех местах где невозможно использовать лампы накаливания и лампы холодного катода.

Диоды выгодно отличаются от них малыми габаритами, малым энергопотреблением, отсутствием необходимости особой подготовки напряжения, практически отсутствием нагрева, высокой выносливостью к ударам и перегрузкам.

Стоимость светодиодов постоянно падает из-за улучшения технологии и удешевления производства. Они применяются в карманных фонарях, прожекторах, фарах автомобилей, индикаторах, подсветках ЖК — матриц, телескопах, приборах ночного видения и многих других приборах.

У LED технологии есть несколько неоспоримых преимуществ в сравнении с другими источниками света:

• Способность выдерживать относительно тяжёлые условия эксплуатации (вибрации, небольшие удары, попадание воды, низкие температуры, давление).
• Низкое энергопотребление (примерно в 7-10 раз меньше чем у стандартных ламп накаливания) и высокий уровень КПД.
• Практически не содержат вредных для здоровья и окружающей среды соединений (в отличии от люминисцентных ламп и CCFL, которые содержат ртуть).
• Долговечность (в 70-80 раз выше чем обычные лампы с нитью накаливания, до 80 000 часов и до 2-х раз долговечнее ламп с холодным катодом).

Минусы LED технологии:

• Плохая переносимость высоких температур, что вызывает помутнение источника света и окружающего материала по причине распада полупроводника.
• Узкий спектр излучения (хотя в определённых случаях, это может быть и плюсом). Сейчас ведётся довольно успешная работа по расширению спектра для ЖК мониторов и ТВ.

Мировыми лидерами по производству светодиодов являются компании Philips и Osram (подразделение Siemens).

Также, активным изучением и производством светодиодов занимается немало известная TSMC.

Существует разновидность дисплейной технологии под названием OLED, диоды которой, излучают свет благодаря органическим соединениям. Применяются в сверх-контрастных и гибких экранах мобильных устройств, имеют великолепную яркость и контрастность, но имеют один существенный минус – малая долговечность.

Каждый суб пиксель в OLED дисплеях это отдельный органический светодиод.

История светодиода

Протон-Импульс

• О компании
• Услуги
• Новости
• Аналоги
• Контакты
• Вакансии

RU/ENG

В основе работы светодиода лежит явление электролюминесценции, т.е. излучение света при прохождении электрического тока через полупроводники. Впервые его наблюдал сотрудник британской компании Маркони (Marconi Company) — Генри Раунд (Henry Round) в 1907 году. Раунд занимался исследованиями, связанными с разработкой технологии радиопередачи над поверхностью земли и моря в различное время суток. Он пропускал электрический ток напряжением 10 вольт через кристалл карборунда (карбид кремния) и заметил, что тот испускает желтоватый свет. Раунд опубликовал короткую заметку о своем наблюдении в журнале Electrical World, однако не стал продолжать свои исследования в этой области.

В 1923 году советский исследователь Олег Лосев наблюдал в Нижегородской радиолаборатории свечение диодов на основе карбида кремния и оксида цинка. Скорее всего, Лосев не знал о работе своего предшественника, но в отличие от Раунда, он сумел оценить значимость открытия. Продолжив работу, Лосев создал ряд изобретений основанных на принципе электролюминесценции. В 1927 году Лосев подробно описал исследуемый эффект в журнале «Телеграфия и телефония без проводов» и установил минимальный ток, необходимый для возникновения свечения.

За период с 1924 по 1930 годы Лосев публикует ряд работ, в которых была доказана нетепловая природа излучения, представлены спектры испускаемого света и вольтамперная характеристика диодов. Также он получил несколько патентов на «Световое реле» (первое в 1927, второе в 1929 году), закрепив за Россией приоритет в исследовании светодиодов.

Промышленное значение светодиоды получили только в начале 60-х годов, после того как Ник Холоньяк (Nick Holonyak) изобрел красный светодиод для компании General Electric. Позднее он продолжил свои исследования в университете Иллинойса, где были созданы светодиоды желто-зеленого и красного свечения. Аспирант Холоньяка Джордж Крафорд изобрел в 1972 году первый желтый светодиод и десятикратной яркости красный и красно-оранжевый светодиоды.

Первый синий светодиод создал в 1971 году Жан Панков, однако его изготовление было связано с серьезными затратами, поскольку в нем применялась сапфирная подложка. Только в 1990 году, благодаря Сюдзи Накамура (Shuji Nakamura), сотруднику японской корпорации Nichia, промышленность получила возможность выпускать синие светодиоды. Уже в 1993 году Nichia удалось наладить производство новых «дешевых» синих светодиодов.

Считается, что с 60-х годов развитие светодиодной техники идет в геометрической прогрессии, причем технические параметры улучшаются в два раза через каждые 36 месяцев, по аналогии с законом Мура. Эта зависимость получила название закона Haitz (по имени Dr. Roland Haitz).

В настоящее время промышленности удалось получить очень яркие светодиоды, светоотдача которых приблизилась к характеристикам люминесцентных ламп, что позволило создавать экраны, обладающие высокой яркостью и контрастностью.

Такие экраны способны отображать информацию даже при ярком солнечном свете, имеют огромные сроки службы и низкое энергопотребление.

Кроме того, светодиоды широко используются в качестве индикаторов, в оптопарах, в качестве источника излучения в оптоволоконных сетях, для подсветки ЖК экранов мобильных устройств. Мощные светодиоды могут использоваться в качестве источника света в фонарях, лампах бытового и промышленного назначения.

История светодиодных светильников

В наши дни светодиодное освещение можно найти практически везде. Светодиоды (LED) в настоящее время являются самой энергоэффективной технологией освещения. Это одна из наиболее быстро развивающихся технологий, которая используется в самых разных приложениях. Вы можете найти его в домах, на предприятиях, в автомобилях, сельскохозяйственном оборудовании и многом другом. Но знаете ли вы, что история его развития насчитывает более ста лет? Прежде чем вернуться к прошлому светодиодного освещения, давайте разберемся, как оно работает в настоящее время.

Как это работает?

Светодиодное освещение — это тип твердотельного освещения (SSL), в котором полупроводник преобразует электричество в свет в небольшом пространстве (диод) размером около одного квадратного миллиметра или меньше. Светодиоды создают свет за счет электролюминесценции в полупроводниковом материале. Электролюминесценция — это явление, при котором материал излучает свет при пропускании через него электрического тока или электрического поля.

Вместо нити накала каждая светодиодная лампа или светильник содержит несколько светодиодов. Свет, который он генерирует, проецируется в одном направлении, а не на 360 градусов от источника. Это устраняет необходимость использования отражателей, которые обычно используются с другими источниками света, такими как флуоресцентные и галогенные.

История изобретения светодиода восходит к самым ранним дням беспроводных технологий. В то время о полупроводниках знали очень мало. Еще меньше было понятно об их использовании для излучения света. Светодиоды коммерчески доступны с 1960-х годов, но рождение светодиодов произошло за много лет до этого. Изобретение светодиодов уходит своими корнями в гораздо более ранние разработки, которые даже не были связаны с технологиями освещения. Давайте совершим путешествие во времени, чтобы изучить историю светодиодных фонарей и историю светодиодных лампочек.

Полная хронология истории светодиодного освещения

1900-е годы

В 1907 году электролюминесценция была открыта Генри Джозефом Раундом , британским радиоинженером.

Ранние радиодетекторы обычно создавались с использованием кристаллов того, что позже назовут полупроводниками. На поверхность детектора помещали тонкую проволоку, а затем делали точечный диод. Они назывались «Кошачьи усы». Раунд заметил, что когда через некоторые детекторы пропускали электрический ток, один из них излучал свет. Однако свет был слишком тусклым, чтобы что-то использовать.

1920-е годы

В 1921 году Олег Лосев , русский физик, наблюдал за открытием Раунда, касающимся электрических токов и неорганических материалов, и назвал его «Эффектом Раунда». В 1927 году Лосев опубликовал отчет, в котором содержались теории на основе его результатов продолжающихся исследований электролюминесценции и светодиодов в радиоприемниках.

Лосев продолжал свои исследования в области полупроводниковой техники до 1942 года. В 1942 году он погиб в блокадном Ленинграде во время Великой Отечественной войны. Из-за этого записи о его работах были в основном уничтожены и не появлялись до 19 века.50-е годы.

1930-е годы

В 1936 году французский физик по имени Жорж Дестрио впервые употребил слово «электролюминесценция». Это произошло из опубликованной им статьи о возникновении света, генерируемого порошком сульфида цинка в результате прохождения через него электрического тока.

1950-е годы

В 1951 году разработка транзистора привела к большому шагу вперед в физике полупроводников. Это позволило лучше объяснить процесс излучения света. Из-за этого были изобретены и разработаны новые диоды.

В 1958 году Рубином Браунштейном и Эгоном Лебнером в лаборатории RCA был создан первый зеленый светодиод.

1960-е годы

В 1961 году Гэри Питтман и Джеймс Р. Биард открыли и разработали инфракрасный светодиод, работая в Texas Instruments.

В 1962 году красный светодиод был разработан Ником Холоньяком в General Electric Laboratories. Это первый в своем роде на видимой длине волны.

В 1964 году IBM впервые начала использовать светодиоды на печатных платах первых компьютеров. Они использовались в качестве индикаторов на оборудовании. Примерно в это же время начали производить светодиоды. Одной из первых компаний, сделавших это, была Monsanto, поставщик полупроводникового сырья.

В 1968 году Hewlett Packard начала использовать светодиоды в своих калькуляторах.

1970-е годы

В 1971 и 1972 годах с использованием новых полупроводниковых материалов были разработаны синие, оранжевые, желтые, фиолетовые и зеленые светодиоды. Также в это время изобретаются светодиоды, которые намного ярче, чем более ранние версии. Monsanto начинает массовое производство светодиодных фонарей.

В 1976 году Томас П. Пирсолл разработал светодиоды высокой яркости, которые можно использовать в оптоволокне. Это позволит улучшить коммуникационные технологии в глобальном масштабе.

1980-е годы

В 1986 году Уолден С. Рейнс и Герберт Марушка создали синий светодиод с использованием магния в Стаффордском университете. Разработка установит будущие стандарты для светодиодного освещения. Это подготовило бы почву для светодиодов высокой яркости, которые можно было бы использовать в других приложениях, помимо световых индикаторов.

1990-е годы

С 1992 по 1995 год Сюдзи Накамура вместе с двумя другими коллегами (Исаму Акасаки и Хироши Амано), используя нитрид галлия, изобрели сверхъяркие синие светодиоды. Сразу после этого, используя нитрид индия-галлия, он разработал высокоинтенсивные зеленые и синие светодиоды. Это было очень важным событием для будущего светодиодного освещения. Сверхъяркие синие светодиоды заложили основу для последующей разработки экономичных и очень функциональных белых светодиодов. Светильники и лампочки, в которых используются белые светодиоды, сегодня устанавливаются в жилых, коммерческих и производственных секторах. Белые светодиодные фонари впервые появились на рынке в 1995.

2000-е годы

В 2002 году белые светодиоды для бытового применения впервые появились на коммерческом рынке.
В 2006 году светоотдача светодиодов достигла 100 люмен на ватт. В то время это было бы более эффективным, чем любой другой тип света (кроме газоразрядных (HID) ламп высокой интенсивности).

2010-е годы

К 2010 году начали производиться светодиодные лампы с эффективностью 250 люмен на ватт. Ничто другое не могло сравниться с ним. К 2019 году, светодиодные лампы стали основным источником освещения практически для всех приложений. Другие типы освещения, такие как лампы накаливания, люминесцентные и галогенные, постепенно выходили из употребления.

Заключение

Развитие светодиодного освещения продолжалось более 100 лет. Это началось медленно, урывками, но быстро развивалось в течение последних 30 лет. Тем более за последние 10 лет.

Сегодня светодиодные светильники имеют явные преимущества перед другими типами освещения во всех отношениях.

• Они более эффективны, что снижает затраты на электроэнергию.
• Они служат дольше. В некоторых случаях до 100 000 часов.
• Почти не тратится энергия на тепло.
• Они безопасны для окружающей среды, поскольку не содержат токсичных элементов, таких как ртуть. Это облегчает утилизацию.
• Они обеспечивают более высокое качество света, которое не ухудшается в течение всего срока службы.

Развитие технологий светодиодного освещения продолжается. Вот некоторые последние разработки:

• Противобликовые фары для автомобилей, оптимизирующие освещение для водителя.
• сетей Li-Fi, которые обеспечивают альтернативное подключение к Интернету за пределами стандартного Wi-Fi.
• Ориентированное на человека светодиодное освещение, имитирующее цветовой спектр солнца.

Невозможно знать, как далеко зайдет развитие светодиодов. Что мы знаем, так это то, что светодиодные лампы в конечном итоге постепенно вытеснят все другие типы освещения. Если (и пока) не появится лучшая технология освещения, она будет нашим основным источником искусственного света на долгие годы.

The History of LEDs — Electronics Tutorials

Опубликовано 30 августа 2019 г.

За светодиодами стоит длинная история, начиная с того момента, когда ученый впервые случайно сказал «ага», и до сегодняшнего дня, где они окружают нас повсюду, куда бы мы ни пошли.

Светодиоды работают на основе электролюминесценции, открытой в 1907 году Х. Дж. Раундом, работавшим в лаборатории Маркони.

Электролюминесценцией называют явление, когда материал излучает свет, когда через него проходит электрический ток. Когда Раунд использовал кристалл карбида кремния или карборунда, он пропускал через него небольшой ток, и он излучал желтый свет. Довольно безумно, что это было до того, как Титаник затонул и производилась Модель Т. Так же безумно, что из этого абсолютно ничего не вышло.

Только почти 20 лет спустя русский по имени Олег Владимирович Лосев исследовал это и перед публикацией статьи под названием «Детектор люминесцентного карборунда, эффект обнаружения и колебания с кристаллами» в 1927 году. Ему также приписывают то, что он был первым человеком. намеренно создать то, что мы считаем светодиодом. С этим удивительным достижением и бумагой за поясом это быстро ни к чему не привело. Некоторое время.

В 1936 году, через 9 лет после того, как Лосев опубликовал свою статью, ученый по имени Жорж Дестрио, работавший с мадам Марией Кюри, обнаружил, что он может заставить светиться порошок сульфида цинка посредством электролюминесценции при приложении к нему переменного электрического поля. Он назвал бы это лосевским светом из-за исследований, проведенных Лосевым. Интересно, но совершенно не связанное со светодиодами, мадам Кюри в то время также исследовала люминесценцию, но вместо этого с радием.

Всего 3 года спустя, в 1939 году, венгры Золтан Бэй и Дьёрдь Сигети запатентовали осветительное устройство на основе карбида кремния, и они смешали некоторые примеси, чтобы получить различные цвета. С этого момента светодиоды все еще исследовались разными учеными, но до начала 1960-х годов не было достигнуто серьезного прогресса.

В 1961 году Гэри Питтман и Боб Биард из Texas Instruments обнаружили, что диоды на основе арсенида галлия излучают инфракрасный свет, когда они проводят ток. В следующем году Ник Холоньяк (хаулин-як)-младший, работавший в то время в General Electric, создал первый настоящий светодиод, который излучает свет в видимом спектре света, и, возможно, неудивительно, учитывая, сколько из них вы видите в 19Научно-фантастические фильмы 80-х годов были красными. В отличие от красных светодиодов, которые сейчас невероятно дешевы, эти светодиоды стоили сотни долларов примерно в первое десятилетие своего существования. Только в 1970-х годах ученые Fairchild Semiconductors использовали другую методологию производства, чтобы снизить стоимость светодиода с сотен долларов до пары копеек, внезапно сделав их значительно более привлекательными с экономической точки зрения. Однако до того, как они упали в цене, были разработаны более яркий красный светодиод и желтый светодиод.

Яркие светодиоды — это здорово. С более низкой ценой и более высокой яркостью они могут начать вытеснять нишевые приложения. Например, использование долговечных светодиодов в стоп-сигнале экономит деньги на стоимости обслуживания, а также означает, что один неисправный компонент не делает весь свет бесполезным. Более высокая яркость и скорость, с которой они могут включаться и выключаться, также означали, что их можно было использовать с оптоволокном для телекоммуникаций в то время, когда оптоволокно также начало набирать обороты.

Следующей важной вехой в развитии светодиодов стала разработка синего светодиода. Хотя Сюдзи Накамура из Nichia Corporation изготовил первый синий светодиод в 1979 году, он был слишком дорогим и недостаточно ярким, чтобы его можно было использовать в коммерческих целях. Получение синего светодиода или любого другого светодиода с более высокой энергией и более короткой длиной волны будет иметь преимущества, помимо возможности иметь синее свечение. В сочетании с красными и зелеными светодиодами вы, наконец, можете создать белый свет с помощью светодиодов, даже если качество света не фантастическое. Наконец, светодиоды стали жизнеспособной заменой лампам накаливания и люминесцентным лампам.

Кроме того, более короткая длина волны привела к созданию диска Blu-Ray. Как вы, возможно, знаете, компакт-диски и DVD-диски работали с красным светом, но плотность данных на этих дисках ограничивалась длиной волны света. Вы не могли сделать ямки меньшего размера, потому что приближались к точке, где длина волны была длиннее, чем ямки, обозначающие 1 или 0. С недорогими светодиодами с более короткой длиной волны вы могли бы иметь коммерческие устройства, которые могут читать диски с гораздо большей плотностью, следовательно, Blu-Ray.

Благодаря этим огромным социальным преимуществам Сюдзи Накамура вместе с Хироси Амано и Исаму Акасаки получили Нобелевскую премию 2014 года за то, что в конце 1980-х и начале 1990-х годов наконец выяснили, как сделать сине-фиолетовый светодиод высокой яркости. С тех пор светодиоды стали еще дешевле, ярче и эффективнее. И, похоже, нет никаких признаков того, что мы достигли предела по любому из них, поэтому мы должны увидеть еще большую эффективность, еще более яркие светодиоды и еще более низкие затраты в ближайшие годы.

Такова история светодиодов — от их неутешительного начала до настоящего взрыва во всех сферах нашей жизни. Если вам понравилась эта история, поставьте этому видео лайк и подпишитесь на наш канал.

Для получения дополнительных бесплатных руководств по светодиодам — ​​узнайте, что находится внутри светодиодной лампы или как выбрать резистор для светодиода.