Светодиоды с каждым годом все больше и больше набирают популярность. Сегодня, пожалуй, не найдется человека, который бы ни разу в своей жизни не сталкивался со светодиодным освещением: гирлянды и «биллборды», всевозможные «лайтбоксы» и мониторы, – вот далеко не полный список применения светодиодов. Однако, само понятие «светодиод» пришло к нам совсем недавно…
В 1907 году, благодаря случайному стечению обстоятельств, известным английским инженером Х.Д. Раундом, который в то время работал в знаменитой во всем мире лаборатории Маркони, было замечено необычное свечение вокруг точечного контакта работающего детектора. Однако открытие такого понятия, как «электролюминесценция» полупроводников, принадлежит не ему, а нашему соотечественнику, Олегу Владимировичу Лосеву.
В 1923 году Олег Владимирович, работая в НРЛ (Нижегородской радиолаборатории), проводил глубокие исследования такого явления, как излучательная рекомбинация, а так же наблюдал излучение света, исходящее из кристаллов карбида кремния SiC (карборунда).
Благодаря этому открытию, имя О.В. Лосева стало бессмертным, а мир узнал об электролюминесценции полупроводников.
С этих пор началось активное изучение этого явления, и в тридцатых годах ХХ века в прессе появляется первая статья о результатах наблюдения за кристаллами нитрида галлия. Автором статьи стал профессор Московского Государственного Университета Г.С. Жданов.
Однако промышленная разработка полупроводниковых ламп началась только в 1951 году. Именно в этом году в Соединенных Штатах Америки был создан центр, занимающийся разработкой ламп, функционирующих на основе «эффекта Лосева». Во главе этого центра стоял знаменитый ученый К. Леховец.
Первые светодиоды промышленного назначения были созданы Ником Холоньяком в лабораториях Университета штата Иллинойс (США). Эти светодиоды основывались на структурах GaAsP/GaP. И именно Ник Холоньяк считается «отцом» современных светодиодов.
В шестидесятые годы двадцатого столетия были созданы первые цветные светодиоды из GaP, излучающие красный и желто-зеленый свет. Длина волны, которую излучали эти приборы, находилась в пределах верхней границы восприятия человеческого глаза (500-600 нм), поэтому для целей индикации этого зелено-желтого свечения было вполне достаточно. Световая отдача этих светодиодов составляла около 1-2 Лм/Вт.
В 1968 году была создана первая светодиодная лампа, предназначенная для индикатора Monsanto.
В этом же году в США компания Hewlett-Packard выпустила в свет самый первый в мире светодиодный экран, предназначенный для рекламы. Это был слабосветящийся дисплей, информация на котором отображалась только красным цветом.
В семидесятых годах ХХ столетия начинается бурное развитие этой отрасли. Светодиоды совершенствуются сразу по двум направлениям: расширение диапазона излучения и увеличение светового потока.
Кроме этого, в семидесятых годах лауреат Ленинской премии Жорес Иванович Алферов, с группой единомышленников, изобрел «многопроходные двойные гетероструктуры», благодаря которым значительно увеличился внешний световой поток. Это стало возможным за счет сокращения области рекомбинации. Сначала им были предложены гетеростуктуры, основанные на GaAs (и его твердых растворах, типа AlGaAs), а некоторое время спустя, он изготовил и гетероструктуры с другими полупроводниковыми комбинациями. Благодаря этому, удалось достичь 15%-ного внешнего светового потока для красной части спектра (светоотдача около10 Лм/Вт), и не менее 30% – для инфракрасного излучения.
Это стало своеобразным «прорывом» в области науки и техники, за что впоследствии Ж.И. Алфероов был награжден Нобелевской премией.
В тех же семидесятых годах прошлого столетия в лаборатории IBM группой сотрудников под руководством Дж. Панкова были созданы светодиоды с голубым и фиолетовым излучением. Эффект такого свечения стал возможен за счет применения, в качестве основы, эпитаксиальных пленок GaN. Однако срок службы таких светодиодов был очень коротким.
В 1976 году выходят в свет желтые, желто-зеленые и красно-оранжевые светодиоды, основанные на фосфидах алюминия-галлия-индия. Эти светодиоды были разработаны и выпущены компанией Hewlett Packard.
Чуть позже, в самом начале восьмидесятых годов, ученые М. В. Чукичев и Г. В. Сапарин (Московский Государственный Университет им. Ломоносова) обнаружили яркое люминесцентное свечение частей образца GaN, легированного цинком, при воздействии на него электронного пучка. Понять причину этого явления в то время ученым не удалось.
Начиная с 1985 года поток света, излучаемый светодиодами, увеличился до 10 лм, и появилась возможность их применения в качестве самостоятельных световых элементов (лампочки в автомобилях, к примеру).
Проблема приборов с излучением в синем цветовом диапазоне, не находила своего решения вплоть до 1991 года. И лишь 28 марта 1991 года можно считать «днем рождения» синих светодиодов. Родителем этого изобретения стал японский ученый доктор Ш. Накамура (Shuji Nakamura) из компании Nichia Chemical. Ему удалось решить эту задачу при помощи гетероструктуры, основанной на нитриде индия-галлия InGaN.
Благодаря этому изобретению, замкнулся «RGB-круг», и теперь появилась возможность получить любой цветовой оттенок, в том числе и различные оттенки белого цвета, путем обычного смешения цветов.
В этом процессе могут использоваться, как отдельные разноцветные светодиоды, так и «трехкристалльные», – светодиоды, в корпусе которых объединены кристаллы синего, зеленого и красного свечения.
Некоторое время спустя, 29 ноября 1993 года компанией Nichia Chemical Industries было объявлено о завершении работ над светодиодами с голубым излучением и о готовности к их массовому производству.
В январе 1994 доктор Никамура создал первый синий светодиод коммерческого назначения. Он был выполнен на основе гетероструктуры InGaN/AlGaN с активным слоем InGaN, легированным цинком.
К декабрю 1997 года компанией Nichia Chemical Industries были запатентованы главные этапы технологии. Вскоре объем реализации голубых и зеленых светодиодов, произведенных этой компанией, достиг 20 миллионов штук в месяц.
К концу ХХ столетия, общее количество выпускаемых в нашей стране светодиодов приравнивалась к 100 миллионам штук в год, а в мире – к десяткам миллиардов.
К началу 1990-х годов светоотдача промышленный полупроводниковых светодиодов уже перешагнула рубеж в 30 лм/Вт. С этого времени светодиоды становятся адекватной альтернативой лампам накаливания.
В 1997 году инженер Фред Шуберт изготовил первый в мире светодиод, излучающий белый свет.
А в 1998 году в России компанией Корвет-Лайтс был начат выпуск светодиодов нового поколения
К 1999 году ежемесячный выпуск зеленых и голубых светодиодов компаниями «Toyoda Gosei», «Nichia Chemical», «Cree» и «Hewlett Packard» составляет около сотни миллионов штук.
В июле месяце 1999 года доктор Накамура объявил, что яркость излучения светодиодов достигает уже 60 лм/Вт, а мощность светодиодов на основе InGaN, излучающих желтый свет, равна 6 мВт.
2000 год – начался массовый выпуск светодиодов компаниями «Osram» и «Nichia Chemical».
В том же, 2000 году «Большой Тройкой» – LumiLeds / Phillips, Osram / Cree и GELcore / Uniroyal/GE было инвестировано свыше 70 миллионов долларов в исследовательскую деятельность, связанную с возможностями применения и производства светодиодов.
К середине 2006 года среднее количество электронных придорожных рекламных «биллбордов» на территории США приравнивалось к 200 штук, однако уже через год это количество удвоилось. Благодаря такой рекламе, произошел ощутимый скачок во всех сферах производства и реализации продукции.
К концу 2006 года светодиоды заняли прочные позиции на современном рынке, и сфера их применения значительно расширилась. Основной объем рынка мощных светодиодов к этому году распределяется следующим образом:
Мобильные устройства – около 50%
Автомобильная светотехника – не менее 15%
Всевозможные табло, экраны и пр. – 15%
Применение светодиодов в качестве альтернативного общего освещения не превышает 5%, что составляет около 200 миллионов долларов. Однако по прогнозам аналитиков, к 2011 году эта цифра возрастет до 1 миллиарда долларов.
В последнее время:
Только на Московских перекрестках к 850-летнему юбилею Столицы было установлено 1000 светофоров на основе светодиодов.
Фирма «Osram – Optosemiconductors» создала плафон с 14 тысячами разноцветных светодиодов и продемонстрировала его в одном из служебных помещений.
При помощи полупроводниковых светильников, вмонтированных в оградительные столбы, воплощено в жизнь освещение моста в городе Дуйсбург (Германия).
В Нью-Йорк, на небоскребе, расположенном на Таймс-Сквер, поставлен полноцветный светодиодный дисплей, имеющий площадь в несколько квадратных метров. Этот экран был смонтирован из 16 миллионов элементов. Подобный дисплей, только меньшего размера, был установлен в Москве на Манежной Площади.
На сегодняшний день, уличные светодиодные светильники повсеместно применяются для уличного освещения.
Светодиодные модули повсеместно используют для подсветки объектов рекламы. Кроме этого, сегодня считается модным и престижным применение светодиодов в ландшафтном дизайне, а так же, в дизайне интерьеров и для декоративной подсветки зданий.
Светодиодные лампы – идеальная альтернатива обычным лампам накаливания. В наше время появилась возможность использовать светодиоды в лампочках с привычным размером цоколя. Кроме этого, светодиодные лампы, благодаря возможности энергосбережения, пользуются огромной популярностью в тех случаях, когда необходимо оригинальное нестандартное освещение.
История развития светодиодов
