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;
• далее, во второй половине 1960-годов на основе его разработок появилась технология создания желтых, а потом и зеленых диодов;
• 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.

Это позволило применять технологию в качестве мощного и дешевого источника освещения бытовых, коммерческих, промышленных и сценических помещений.

 

Испытание конструктивных элементов сооружений	Продвижение игрового сайта

Дата публикации: 01 Март 2017. Категория: Обзоры.

Как создавались светодиодные лампы? Немного фактов — подпишись и читай только полезные и интересные статьи

20 апреля 2018

Светодиодные лампы произвели революцию в мире осветительных приборов, стремительно вытеснив традиционные светильники. Сегодня такой лампочкой уже никого не удивишь – встречаются они в интерьерах городских квартир и пригородных домов. Сложно представить, что популярности светодиодов предшествовало более полувека проб и ошибок, годы разработок.

Современная светодиодная лампа — это сложное электронное полупроводниковое устройство, излучающее свет, при пропускании через него тока. Напряжение на диоды подается с миниатюрной управляющей платы. Проще говоря, диоды начинают светиться, когда через полупроводниковые кристаллы проходит ток, образуя фотоны – частицы, переносящие свет.

Стандартная лампа накаливания имеет иной принцип работы – свечение создается спиралью, раскаленной до сверхвысокой температуры. Эти источники света были неэффективными, поскольку в них 97% энергии уходило на тепло, и только 3% преобразовывалось в свет. У светодиодных ламп отсутствуют настолько серьёзные энергопотери – КПД диодов составляет от 10 до 30%, и с каждым годом этот показатель улучшается.

Первое открытие, связанное с современными LED лампами, было сделано еще в 1907 году, английским ученым Генри Раундом. Он проводил эксперименты с кристаллами карбида. Пропуская через них электрический ток, он заметил, что вещество испускает слабый желтый свет. Причем, ученый заметил интересный факт: свет становился ярче, в зависимости от изменения силы напряжения. Кроме того, при воздействии на разные кристаллы и точки, менялся и цвет светового потока – становился зеленым, оранжевым или синим.

Однако, эти эксперименты не имели продолжения, поскольку в них никто не был заинтересован.

Русский ученый-экспериментатор Олег Владимирович Лосев, в 1923 году, сделал подобное открытие. Он проводил эксперименты с диодами, используемыми в радиоприемниках, и обнаружил: они светятся голубым светом, если через них пропустить напряжение. Причина такого явления была непонятна, а свечение оказалось настолько слабым, что открытие оставили без внимания.

Тем не менее, Олег Лосев на протяжении нескольких лет, проводил эксперименты с диодами, изучал, насколько спектр свечения зависит от силы электрического тока. Лосеву даже удалось запатентовать результаты своих исследований, под названием «световое реле». Изучение свечения кристаллов карбида вскоре застопорилось, поскольку ученые не видели эффективности этого направления.

Очередной виток истории с диодами запустил ученый из США, Рубин Браунштайн, сделавший новое открытие в 1955 году. Он установил: если пропускать напряжение через диоды на основе арсенида галлия, они начинают излучать инфракрасные лучи.

Однако, это изобретение спустя шесть лет запатентовали Боб Биард и Гарри Питмэн.

Отцом светодиодов считается Ник Холоньяк, создавший, совместно с Робертом Холлом первые опытные образцы, а также лазер с видимым лучом, с применением диода красного спектра. В 1972 году Джордж Крэфорд, ранее работавший у Холоньяка, открыл желтый светодиод, усилил яркость свечения красного и желто-красного диодов.

Последний этап развития светодиодных источников света обозначили японские ученые – Исама Акасаки и Хироси Амано. В конце 80х годов, совместными усилиями, они разработали синие светодиоды, используя для этого основу из нитрида галлия. Вскоре японский инженер Сюдзи Накамура создал инновационную технологию выращивания светодиодов синего и зеленого цвета. Ученым были использованы жёлто-зелёные люминофоры, с основой из алюмо-иттриевых гранатов. Любопытно, что компания, в которой он работал – Nichia Chemical Industries, заплатила трудолюбивому Сюдзи премию в 2000 долларов США. Он посчитал, что этого мало и через суд получил сумму, эквивалентную 7 миллионам американских долларов.

В 2014 году Сюдзи Накамура, а также Хироси Амано и Исама Акасаки, получили Нобелевскую премию за открытие синих светодиодов. Собственно, это изобретение японских ученых положило начало эре массового производства светодиодных ламп.

Лампы на основе диодов хороши всем – энергоэффективны, экономны, однако, многих пользователей не устраивал их внешний вид. Поэтому в 2008 году была создана революционная филаментная лампа – визуально она неотличима от обычной «лампочки Ильича». Однако, функцию спирали накаливания в ней выполняют нитевидные светодиоды. При сохранении всех параметров традиционных LED светильников, филаментные лампы (ФСЛ) привлекают классическим оформлением, идеально вписываются в ретро стиль, классические интерьеры.

Подобрать светодиодные лампы любого дизайна, яркости и цвета легко в магазине MiLight. Широчайший ассортимент LED оборудования на любой вкус, а также контроллеры, инфракрасные лампы, смарт пульты ДУ, зарядные устройства всегда к вашим услугам.

Поделиться

Новый комментарий

Войти с помощью

Отправить

Истоки светодиодного освещения | Energy Cost Attack

Светоизлучающий диод (LED) был изобретен Ником Холоньяком в 1962 году. Перейдите сюда, чтобы услышать, как Ник объясняет свое изобретение синих светоизлучающих диодов. Вскоре люди начали повсюду видеть красный световой индикатор.

Только в 1993 году был изобретен СИНИЙ СВЕТОДИОД.

Хотя красные и зеленые светодиоды существуют уже много лет, синие светодиоды долгое время были проблемой для ученых как в академических кругах, так и в промышленности. Без них невозможно было бы смешать три цвета, чтобы получить белый свет, который мы сейчас видим на светодиодных экранах компьютеров и телевизоров. Кроме того, высокоэнергетический синий свет можно использовать для возбуждения фосфора и непосредственного производства белого света — основы лампочки следующего поколения.

Сегодня синие светодиоды можно найти в карманах людей по всему миру, внутри фонарей и экранов смартфонов. Между тем белые светодиодные лампы
освещают многие офисы и дома. Они потребляют гораздо меньше энергии, чем лампы накаливания и люминесцентные лампы. Это связано с тем, что светодиоды преобразуют электричество непосредственно в фотоны света, а не в расточительную смесь тепла и света, генерируемую в традиционных лампах накаливания. Эти лампы используют ток для нагрева нити накала до тех пор, пока она не загорится, в то время как газовый разряд внутри люминесцентных ламп также производит тепло и свет.

Внутри светодиода ток подается на сэндвич из полупроводниковых материалов, которые излучают свет с определенной длиной волны в зависимости от химического состава этих материалов. Нитрид галлия был ключевым ингредиентом, который нобелевские лауреаты использовали в своих новаторских синих светодиодах. Выращивание достаточно больших кристаллов этого соединения стало камнем преткновения, который остановил многих других исследователей, но профессорам Акасаки и Амано, работающим в Университете Нагоя в Японии, удалось вырастить их в 1986 году на специально разработанном каркасе, частично сделанном из сапфира.

Четыре года спустя профессор Накамура сделал аналогичный прорыв, когда работал в химической компании Nichia. Вместо специальной подложки он использовал хитрое регулирование температуры, чтобы ускорить рост важнейших кристаллов.

В 2014 году 3 японских физика были удостоены Нобелевской премии за вклад в науку и экономию энергии.

НАУКА

Светодиоды излучают свет посредством электролюминесценции в полупроводниковом материале. Электролюминесценция — это явление, когда материал излучает свет, когда через него проходит электрический ток или электрическое поле — это происходит, когда электроны проходят через материал и заполняют электронные отверстия. Электронная дырка существует там, где у атома отсутствуют электроны (отрицательно заряженные) и поэтому он имеет положительный заряд. Полупроводниковые материалы, такие как германий или кремний, могут быть «легированы» для создания и контроля количества электронных дырок. Легирование — это добавление других элементов в полупроводниковый материал для изменения его свойств. Легируя полупроводник, вы можете получить два отдельных типа полупроводников в одном кристалле. Граница между двумя типами называется p-n переходом. Переход позволяет току проходить через него только в одну сторону, поэтому они используются в качестве диодов. Светодиоды сделаны с использованием p-n переходов. Когда электроны проходят через один кристалл в другой, они заполняют электронные дырки. Они излучают фотоны (свет).

Прорыв в освещении

Изобретение синего светодиода сделало возможным простой и эффективный способ получения белого света. Покрывая синий светодиод люминофором, часть синего света может быть преобразована в зеленый, желтый и красный свет. Эта смесь цветного света будет восприниматься людьми как белый свет и поэтому может использоваться для общего освещения. Первые белые светодиоды были дорогими и неэффективными. Однако развитие светодиодных технологий привело к экспоненциальному росту их эффективности и светоотдачи, причем удвоение происходит примерно каждые 36 месяцев с 19 века.60 с, аналогично закону Мура. Эта тенденция обычно объясняется параллельным развитием других полупроводниковых технологий и достижениями в области оптики и материаловедения и была названа законом Хейтца в честь доктора Роланда Хейтца. ³⁷

По мере совершенствования технологии светодиодных материалов светоотдача росла, при этом эффективность и надежность оставались на приемлемом уровне. Изобретение и разработка мощных светодиодов белого света привели к их использованию для освещения, которые быстро заменяют лампы накаливания и люминесцентные лампы.

Синий светодиод был последней частью головоломки по созданию светодиода RGB, который может излучать свет любого цвета. Теперь светодиоды могут производить более 300 люменов на ватт электроэнергии и работать до 100 000 часов.

Сравнение высоких отсеков для светодиодов с металлогалогенными лампами

(Случайное) изобретение светодиода

Автор Taryn Engmark

Помощник редактора

Embedded Computing Design

20 октября 2021 г.

История

От лампы в гостиной до неприятных ярких фар — в наши дни светодиоды повсюду. Настолько, что мы принимаем их как должное и долгий, почти совершенно случайный путь, по которому они добрались до розетки рядом с вами.

Современные светодиоды обеспечивают высокий уровень яркости при чрезвычайно низком энергопотреблении, которым мы все наслаждаемся. Но светодиоды разрабатывались более века, делая маленькие шаги, чтобы достичь того, что они имеют сейчас.

Начнем с рождения светодиода, еще в начале 19 века.00с.

1900–1920-е годы: электролюминесценция

В работе светодиодов используется процесс, известный как электролюминесценция — явление, при котором полупроводниковые материалы излучают свет при движении электронов через них. Этот процесс был случайно обнаружен в 1907 году Генри Джозефом Раундом, британским инженером, который проводил эксперименты с карбидом кремния и детектором кошачьих усов (или кристаллов).

Детектор кошачьих усов, форма кристаллического детектора, был использован Генри Джозефом Раундом, когда он случайно обнаружил электролюминесценцию во время экспериментов с карбидом кремния. (EEWeb)

Хотя Раунд открыл процесс, который привел к созданию светодиода, в 1920-х годах исследования продолжил русский изобретатель Олег Лосев. Он публиковал свои выводы в журналах по всей Европе, но ни одно из его исследований не использовалось на практике в течение нескольких десятилетий.

1960-е годы: первый практичный светодиод

В 1961 году Роберт Биард и Гэри Питтман наткнулись на создание низкоинтенсивного светодиода ближнего инфракрасного диапазона, который они позже запатентовали для Texas Instruments. В этом светодиоде использовалось свечение туннельного диода, выполненного на подложке из арсенида галлия (GaAs) (рис. 1). Через год после их открытия, в 1962, TI выпустила свой первый коммерческий светодиодный продукт SNX-100, в котором использовался кристалл GaAs и излучался инфракрасный свет с длиной волны 890 нм.

Первый светодиод был запатентован инженерами Texas Instruments в 1961 году и излучал свет с длиной волны 890 нм. Он также был продуктом случайного открытия Робертом Биардом и Гэри Питтманом ближнего инфракрасного диапазона. (Источник изображения: Edison Tech Center )

Вскоре после этого появился один из первых светодиодов видимого спектра, любезно предоставленный Ником Холоньяком-младшим в конце 19 века. 62. Этот светодиод излучал красный свет, видимый человеческому глазу, благодаря электролюминесценции полупроводника на основе арсенида галлия (GaAsP). Первые коммерчески доступные светодиодные лампы были выпущены в 1968 году с использованием варианта этой технологии, но они в значительной степени не увенчались успехом из-за стоимости производства и темно-красного цвета излучаемого ими света.

1970-е: лучше и ярче

В начале 1970-х М. Джордж Крафорд, бывший аспирант Холоньяка, разработал собственную версию светодиода видимого спектра: тот, который излучал желтый свет. Как будто этого было недостаточно, Крафорд также увеличил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз.0003

Когда в начале 1970-х появились первые голубоватые светодиоды, они работали не очень хорошо. Первый был изготовлен в Стэнфордском университете из нитрида галлия, легированного магнием. Его создатели, Херб Марушка, Уолли Райнс и профессор Дэвид Стивенсон, получили патент в 1972 году. Хотя легирование нитрида галлия магнием в то время не обеспечивало практического уровня освещенности, оно до сих пор является основой для всех синих коммерческих светодиодов.

Несколько лет спустя, в 1976 году, Томас П. Пирсолл разработал первые высокояркие и высокоэффективные светодиоды для оптоволоконных телекоммуникаций с использованием полупроводниковых материалов, специально адаптированных к конкретному случаю. Светодиоды продолжали набирать популярность на протяжении 1970-х годов, когда Fairchild Optoelectrics начала производить их по низкой цене в пять центов за единицу.

1980-е – 1990-е: Feeling Blue

То, что многие считают первым коммерческим успехом светодиодов, произошло в 1989 году, когда Cree вывела на рынок синий светодиод из карбида кремния. Светодиоды на основе SiC имели очень низкий уровень эффективности, но кого это волнует? Они были синими.

Появление синих светодиодов позволило создать то, что мы сейчас широко видим во всем мире: белые светодиоды двух типов. Первый смешивает синие светодиоды с желтым флуоресцентным веществом для создания белого излучения, а второй сочетает синий, красный и зеленый. В любом случае, светодиоды, излучающие белый свет, не существовали бы сегодня без с трудом заработанного синего света.

Синие светодиоды были последней частью головоломки в создании неуловимых белых светодиодов. (Источник изображения: Instructables )

1980-е – 1990-е годы, часть 2: эффективность излучения к созданию синего светодиода с более ярким световым излучением. Акасаки и Амано провели сотни экспериментов, используя метод химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений, и в начале 19В 90-х годах они добились успеха: ярко-синий светодиод с уровнем эффективности излучения 1%.

Тем временем Накамура создавал свои собственные версии синих светодиодов. Одним из них был светодиод синего света с однородным переходом, эффективность излучения которого составляла 0,18%; другой был типом гетероструктуры с эффективностью излучения света 0,22%, которую он позже улучшил до эффективности 2,7%.

Все мы знаем, что чем эффективнее светодиод, тем большую экономию энергии (и денег) он обеспечивает в долгосрочной перспективе. Благодаря эффективности, впервые предложенной Акасаки, Амано, Накамурой и другими, многие современные светодиоды имеют жизненный цикл около 50 000 часов. Если разбить это по годам, получится более десяти лет работы по 12 часов в день. При 8 часах в день они могут прослужить 17 лет.

Этот срок службы примерно в 50 раз больше, чем у ламп накаливания.

2000-е: температура во всех цветах радуги

Еще в 2010-х светодиоды уже намного превосходили по эффективности лампы накаливания и люминесцентные лампы. На тот момент стандартные светодиоды работали со световым потоком около 83 люменов на ватт, тогда как люминесцентные лампы — 67, а лампы накаливания — около 20. Но в 2014 году было обнаружено, что экспериментальные светодиоды белого света от Cree достигают 303 люменов на ватт (!) .

По мере того, как светодиоды зарекомендовали себя как высшая технология, велись и другие эксперименты. Включая регулируемую цветовую температуру, которая сейчас является обычным явлением.

Мы знаем, что цвета могут иметь разную температуру, видимую человеческому глазу. Белые светодиоды также отображают этот диапазон цветовой температуры, поэтому вы не всегда зацикливаетесь только на одном цвете, когда включаете умную лампочку. Светодиоды измеряют цветовую температуру в Кельвинах. Чем ниже температура, тем теплее внешний вид света.

Белые светодиоды могут излучать свет различных оттенков в зависимости от цветовой температуры, измеряемой в градусах Кельвина. (Источник изображения:   Four Bros Lighting )

Понятно, что светодиоды не ограничиваются только излучением различных оттенков белого. Обсуждаемые достижения позволили светодиодному излучению охватывать практически все когда-либо существовавшие цвета — и они могут сделать это, используя только комбинацию красного, зеленого и синего.

Каждый цвет получается путем добавления различных материалов, таких как GaAsP Holonyak, который используется при создании красного светодиода. А когда вы комбинируете три цвета и помещаете их в один светодиод, контролируя интенсивность каждого цвета, вы можете получить миллионы различных оттенков.

Технологические достижения в области светодиодов продолжаются десятилетиями. Это подводит нас к продукту, который мы все знаем: умные лампочки.

Первыми умными лампочками, какими мы их знаем сегодня, с возможностью изменения цвета и сетевым подключением для беспроводного управления, была линейка Philips Hue, выпущенная в 2012 году. Эта система использует, как вы уже догадались, светодиодные лампы и интегрирует беспроводную связь, позволяет дистанционно включать и выключать устройства, а также менять цвета.

Умные лампочки Philips Hue излучают теплые и холодные цвета и могут управляться дистанционно. (Источник изображения:  E xtremeTech )

Светодиоды, безусловно, появились из скромных источников, изначально невидимых для человеческого глаза, и постепенно превратились в то, что мы используем в наших домах для создания любого окружающего света, который нам нравится. На самом деле, они настолько же вездесущи, как и любая другая технология.

Так что в следующий раз, когда вы ослепнете головной болью фар, просто помните, что это был несчастный случай.