Как появились светодиодные лампы — Яранск.net
- Домашняя
- Важное
- Обзоры
- Как появились светодиодные лампы
Еще в 2010 году светодиодное освещение было диковинкой, интересной лишь для радиотехников и любителей оригинальных технических новинок. Но спустя всего несколько лет технического процесса, полноценные лампы, работающие по этой технологии стали основным конкурентом флуоресцентных трубок и практически вытеснили с рынка лампы накаливания. Как же так получилось?
Немного истории
Многие люди удивятся, узнав, что электролюминесценция полупроводникового перехода – это отечественная технология, которой скоро исполнится 100 лет. Она была изобретена советским физиком Олегом Лосевым и именно поэтому первые СИД лампы были названы научным и радиотехническим миром в честь ученого «светом Лосева».
Эпоха развития света «Лосева» разделяется на несколько важных этапов:
- самый первый светодиод, разработанный советским ученым, мог издавать только красное свечение;
- ученый Яков Панчечников разрабатывает дорогую и очень сложную технологию, позволяющую создавать синие светодиоды;
- в начале 1990-х годов технология синей электролюминесценции кардинально перерабатывается и улучшается японцем Суджи Накамура, который создает дешевую технологию их производства.
До открытия японцем новой технологии, научным миром считалось, что мировая микроэлектронная промышленность не в состоянии создать диод, излучающий белый свет. Но изобретение синей лампочки позволило создавать электролюминесцентные источники света сразу с тремя кристаллами по технологии смешения цветов RGB.
Появление белых ламп и их коммерческое применение
В 1996 году была налажена технология промышленного выпуска люминофорных светодиодов, которые преобразовывали излучение синего светодиода в белый свет, при помощи уникальной технологии люминофора. Но лампы были все еще достаточно слабы для применения где-либо еще, кроме микроэлектроники и светодиодного декора. Все изменил 2005 год, после которого светодиоды превратились в полноценные лампы, о которых можно узнать больше по ссылке.
В вышеуказанном году произошел переломный момент, когда эффективность излучения света в промышленных образцах белых светодиодных ламп достигла показателя 100 люменов/Ватт и превысила его.
| Испытание конструктивных элементов сооружений | Продвижение игрового сайта |
|---|
Дата публикации: . Категория: Обзоры.
Первый в мире светодиод -Светодиодное освещение
Кто изобрел первый светодиод? Сложно представить современную жизнь без того, чтобы в ней не присутствовали светодиодные светильники. Взять хотя бы многочисленные смартфоны, телевизоры или светодиодные светильники, к которым мы уже привыкли, и которые украшают наши улицы и витрины. А как все начиналось?
Олег Владимирович Лосев
Первый светоизлучающий диод и практическое устройство с его применением создал наш соотечественник, советский инженер-самоучка — Олег Владимирович Лосев (1903-1942).
Он подробно изучил и описал эффект «холодного свечения», полученный при помощи полупроводниковых кристаллов.
По сути, он является первым изобретателем светодиода, фотодиода, лавинного диода, полупроводникового гетеродинного приемника, прототипа транзистора, факса и телетайпа!
Целью экспериментов Лосева было – создание недорогого детектора, без использования ламп, для своего радиоприемника «Кристадина». В 1922 году, экспериментируя с кристаллическим детектором для радиоприемника (пара карбид кремния — стальная проволока), Олег Владимирович Лосев обнаружил в месте контакта двух разных материалов «холодное свечение» — без инерции, разогрева и выделения тепла. Интересно отметить, что современный лидер в области светодиодного освещения — американская фирма CREE, добилась высочайших результатов энергоэффективности светодиодов, благодаря «новой» (в кавычках) карбид-кремниевой технологической платформе.
28 февраля 1927 года Лосевым было подано заявление на выдачу патента на «Световое реле» (патент №12191), которое навсегда закрепило за российской наукой приоритет первооткрывателя в области полупроводниковой электролюминесценции.
Суть изобретения заключалась в использовании светодиода в качестве детектора телеграфных и телефонных сигналов, и записи модулированного светового потока на фотопленку.
После многочисленных публикаций, исследования Олега Владимировича по электролюминесценции получили широкий отклик и признание во всем мире. Его работы широко освещали иностранные издания, а открытие получило официальное название — «свечение Лосева». Один из французских журналов писал: “…Лосев безвозмездно опубликовал свое открытие, потому что думал, о своих друзьях — радиолюбителях всего мира”.
Сегодня трудно даже подумать о том, что когда-то всего этого светового разнообразия не существовало, но мы каждый день теперь сталкиваемся с подтверждением того, что светодиоды – результат огромного труда и многолетних исследований.
Именно «свечение Лосева» позволяет нам сегодня наслаждаться тем светом, который, дает современный светодиодный светильник, используемый для освещения. За его видимой простотой скрывается многолетний труд ученых и инженеров, позволивший создать этот осветительный прибор.Светодиодные лампы и прожекторы сегодня стали неотъемлемыми элементами окружающего пространства.
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 о его выводах, полученных в результате 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.
Сегодня светодиодные светильники имеют явные преимущества перед другими типами освещения во всех отношениях.
- Они более эффективны, что снижает затраты на электроэнергию.
- 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.
Прошлое, настоящее и будущее светодиодных светильников
Доказано, что светодиодные светильники могут сэкономить всем нам немного денег и сократить потребление энергии в наших домах и на работе. Но задумывались ли вы когда-нибудь, почему они стали широко доступны только в последние годы, когда более девяноста лет назад был изобретен первый светодиод?
Ответ может пролить некоторый свет на изменяющий жизнь потенциал светодиодных ламп, но чтобы найти его, нам сначала нужно посмотреть, откуда взялись светодиодные лампочки.
Первый светодиод
Прошло более века с тех пор, как английский инженер Х. Дж. Раунд впервые открыл явление электролюминесценции, прорыв, который привел непосредственно к изобретению Олегом Лосевым первого светодиода (СИД) в 1927 году.
В отличие от традиционных ламп накаливания, светодиодные лампы не используют нить накала для получения света. Вместо этого они освещаются движением электронов в полупроводниковом материале. Это означает, что они могут излучать ту же яркость, что и традиционная лампочка, но потребляя лишь часть мощности. Они также служат во много раз дольше, чем лампы накаливания, поскольку в них нет перегорающей нити накала[i], что делает их экономичными и энергоэффективными.
Трудно переоценить важность этого открытия и то влияние, которое оно оказало (и будет оказывать) на нашу планету. Прошло несколько десятилетий, прежде чем технология стала достаточно развитой, чтобы перейти к повседневному использованию, но с тех пор их энергоэффективность и низкое энергопотребление позволили использовать светодиодные лампочки во всем, от калькуляторов, часов и, совсем недавно, до ламп накаливания.
Раннее использование
Первоначально светодиодные лампы использовались только в специализированном электронном и лабораторном оборудовании, главным образом потому, что излучаемый ими свет не подходил для других целей.
Кроме того, стоимость их производства была слишком высока, чтобы быть коммерчески выгодной; ранние светодиодные лампочки могли стоить до 200 долларов за единицу[ii] 9.0003
По мере продолжения исследований в области светодиодных технологий их производство становилось дешевле, а качество излучаемого ими света улучшалось. В 1962 году американский инженер Ник Холоньяк создал первый светодиод, излучающий видимый свет, пригодный для самых разных целей. Оттуда технология процветала.
К 1970-м годам компании массово производили светодиодные лампочки всего за пять центов каждая, и все, от калькуляторов, часов, радиоприемников и телефонов, вскоре будет использовать какую-либо форму светодиодов. Это фундаментальная технология, используемая в современных широкоэкранных телевизорах сверхвысокой четкости, а также в домашнем и коммерческом освещении следующего поколения.
Светодиодные лампы с синим светом
Только в последние годы стало возможным такое применение. Это потому, что долгое время после их изобретения можно было производить только красные, зеленые и желтые светодиодные лампочки, которые, хотя и подходили для многих целей, не подходили для освещения наших домов и рабочих мест.
Только в 1990-х годах ученые Исаму Акасаки, Хироши Амано и Сюдзи Накамура изобрели светодиод с синим светом, а вместе с ним и возможность создавать белый светодиод (без полного спектра света белый свет невозможен) . Это был революционный подвиг[iii], и трое ученых были удостоены Нобелевской премии по физике в 2014 году за свои достижения. Вручая премию, Шведская королевская академия наук предсказала, что «Лампы накаливания осветили 20 век; 21 век будет освещен светодиодными лампами».[iv]
Там, где мы сейчас
Это был всего лишь короткий переход от светодиодных ламп синего света к светодиодным лампам белого света, но затем следующей задачей стала разработка технологии для коммерческого использования. Такие компании, как Philips, выделили ресурсы на разработку светодиодного освещения в конце 2000-х годов, и к 2010 году технология стала широко использоваться.
С тех пор рынок светодиодных светильников значительно вырос, поскольку стоимость их производства снизилась, а потребители узнали об их преимуществах.
В 2015 году предполагаемый рост светодиодного освещения в Великобритании составил 38%; ожидается, что до 2020 года на рынке продолжится двузначный рост9.0003
В настоящее время существует широкий выбор светодиодных лампочек, от крошечных хирургических светильников до мощных прожекторов. Они даже используются как часть некоторых новаторских методов лечения рака. [v] По мере развития технологий стоимость и энергоэффективность лампочек будут только улучшаться.
Будущее светодиодных светильников
Открытие светодиодных ламп синего света раскрыло истинный потенциал светодиодного освещения, но пока мы только коснулись этой технологии.
Светодиодные лампы могут изменить жизнь 1,3 миллиарда человек во всем мире, живущих без электричества.[vi] В сочетании с солнечной энергией светодиодные лампочки могут стать дешевыми и устойчивыми источниками света в местах, где нет электросети. Благотворительные организации, такие как SolarAid, уже начали устанавливать солнечные фонари в странах Африки к югу от Сахары, где 7 из 10 человек не имеют доступа к электричеству.
Универсальность светодиодных ламп означает, что их практическое применение бесчисленно. В этой статье Inhabitat описываются некоторые из наиболее инновационных способов использования этой технологии, в том числе светодиодное «виртуальное небо», которое заменяет традиционные потолочные панели на рабочих местах «световыми модулями», которые имитируют небо и повышают производительность труда. Или как насчет светодиодных обоев, которые меняют цвет по щелчку выключателя?
Тодд Манеголд, руководитель отдела маркетинга светодиодных ламп Philips, прогнозирует, что светодиодное освещение вскоре позволит потребителям интегрировать свои системы освещения с другими бытовыми устройствами, создавая полностью «подключенный» дом. Огни могут быть связаны с вашей развлекательной сетью, где они реагируют на ритм вашей музыки или звук вашего телевизора. Они также могут реагировать на ваши движения, включаясь, когда вы идете с работы домой, и снова выключаясь, когда вы выходите из дома.[vii]
Потенциал светодиодной технологии ограничен только нашим воображением.
