Статьи

История возникновения и развития светодиодной технологии

25 Янв 2012

Светодиoд или светоизлучающий диод (СД, LED) — полупроводниковый прибор, излучающий свет при пропускании через него электрического тока. Это общепринятое определение светодиода, которое дают словари и энциклопедии. Эти источники света, признанные экспертами как одна из наиболее перспективных технологий 21 века, находят все более широкое применение в различных сферах, начиная от индикаторов работы электроприборов и подсветки экранов и заканчивая уличным, промышленным и бытовым освещением. Между тем история их возникновения началась всего чуть более 100 лет назад.

1907 год – первое известное сообщение об излучении света твердотельным диодом. Английский ученый Генри Раунд, работавший в лаборатории Маркони, благодаря случайному стечению обстоятельств обнаружил необычное свечение вокруг точечного контакта работающего детектора. Однако открытие такого явления, как «электролюминесценция» полупроводников, принадлежит не ему, а нашему соотечественнику, Олегу Владимировичу Лосеву.

1923 год – О.В. Лосев, будучи сотрудником Нижегородской радио-лаборатории, в то время единственного радиотехнического института страны, исследовал явление излучательной рекомбинации, в ходе которого заметил свечение кристаллов карбида кремния SiC. Благодаря этому открытию, названному «свечение Лосева» и «эффект Лосева», мир узнал об электролюминесценции полупроводников, т.е. испускании ими света при протекании электрического тока. Несмотря на то, что открытие Лосева в течение нескольких десятилетий не находило практического применения, с 1923 г. явление электролюминесценции начало активно изучаться, и в тридцатых годах ХХ века в прессе появилась первая статья о результатах наблюдения за кристаллами нитрида галлия. Автором статьи стал профессор Московского Государственного Университета Г.С. Жданов.

1951 год - в США создан центр по разработке «полупроводниковых ламп», действующих на основе «эффекта Лосева». Во главе этого центра стоял знаменитый ученый К. Леховец.

1955 год - Р.Браунштейн из Radio Corporation of America заявил о наличии инфракрасного излучения арсенида галлия (GaAs) в комбинации с другими полупроводниковами сплавами. Браунштейн заметил инфракрасное излучение, испускаемое простой диодной структурой на основе антимонида галлия (GaSb), арсенида галлия, фосфида индия (InP) и кремниево - германиевого сплава (SiGe) при комнатной температуре.

1961 год – экспериментаторы Роберт Биард и Гари Питтмэн из компании Texas Instruments, обнаружили, что GaAs испускал инфракрасную радиацию, при прохождении электрического тока. Они запатентовали технологию инфракрасного светодиода.

1962 год - в Иллинойском университете США, под руководством Ника Холоньяка, созданы первые светодиоды на основе структур GaAsP/GaP, излучающие красный и желто-зеленый свет. Именно Ник Холоньяк считается «отцом» современных светодиодов. Это событие стало настоящим прорывом индустрии света – появился источник, принципиально отличающийся от традиционных ламп накаливания, люминесцентных ламп и неоновых источников света. Длина волны, которую излучали созданные приборы, находилась в пределах верхней границы восприятия человеческого глаза (500-600 нм), и для целей индикации такого свечения было вполне достаточно. Световая отдача первых светодиодов составляла всего 1-2 Лм/Вт.

1968 год - компания Hewlett-Packard произвела первый рекламный светодиодный экран, представлявший собой дисплей красного цвета с очень слабым световым потоком. В этом же году корпорацией Monsanto был впервые налажен серийный выпуск видимых светодиодов красного цвета на основе фосфида арсенида галлия. Эти светодиоды подходили для использования в качестве индикаторов. До 1968 года видимые и инфракрасные светодиоды были очень дороги – до 200$ за штуку, и поэтому имели небольшое практическое применение.

70е гг. ХХ столетия – начало бурного развития светодиодной отрасли. Светодиоды совершенствуются сразу по двум направлениям: расширение диапазона излучения и увеличение светового потока.

1972 год - М. Джордж Крэфорд, прежний аспирант Н. Холоньяка, изобрел первый светодиод желтого цвета и улучшил яркость красного и красно-оранжевого светодиодов в десятки раз.

Кроме того, 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, Алферов изготовил и гетероструктуры с другими полупроводниковыми комбинациями. Благодаря этому, удалось достичь 15%-го внешнего светового потока для красной части спектра (светоотдача около 10 Лм/Вт), и не менее 30%-го – 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.

1976 год - T.P. Пирсал получил первые светодиоды высокой яркости, высокой производительности для волокон оптических телекоммуникаций.

1976 год - компания Hewlett Packard разработала светодиоды на основе фосфидов алюминия-галлия-индия красно-оранжевого, желтого и желто-зеленого цвета.

Начало 80-х гг. XX века – 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.

1990 год - светоотдача светодиодов достигает 30 Лм/Вт. С этого времени светодиоды становятся адекватной альтернативой лампам накаливания.

28 марта 1991 года - «день 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.

29 ноября 1993 года - компания Nichia Chemical Industries объявила о завершении работ над светодиодами с голубым излучением и о готовности к их массовому производству.

Январь 1994 года – доктор Никамура создал первый синий светодиод коммерческого назначения. Он был выполнен на основе гетероструктуры InGaN/AlGaN с активным слоем InGaN, легированным цинком.

1997 год - Фред Шуберт из политехнического института Ренсселера изготовил первый светодиод, излучающий белый свет.

Декабрь 1997 года – компания Nichia Chemical Industries запатентовала главные этапы технологии производства светодиодов. Вскоре объем реализации голубых и зеленых светодиодов, произведенных этой компанией, достиг 20 миллионов штук в месяц.

Июль 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.

К концу ХХ столетия ведущие компании по производству светодиодов ("Toyoda Gosei”, "Hewlett Packard”, «Nichia Chemical”, "Cree”) производили по нескольку десятков миллионов голубых и зеленых светодиодов в месяц.

С 2000 года – «Большой Тройкой» (LumiLeds / Phillips, Osram / Cree и GELcore / Uniroyal/GE) было инвестировано свыше 70 миллионов долларов в исследовательскую деятельность, связанную с возможностями производства светодиодов и расширением сфер их применения.

2008 год - университет Bilkent (Турция) объявил о достижении яркости люминесцентной эффективности 300 лм/Вт в видимой области света светодиода, построенного на монокристале.

2009 год - исследователи из Кембриджского Университета сообщили, что запустили технологический процесс по выращиванию галлия (GaN) с помощью технологии азотирования для изготовления светодиодов непосредственно на кремнии. Издержки производства могут быть таким образом снижены на 90% при использовании шестидюймовых кремниевых подложек вместо двухдюймовых подложек из сапфира.

2010 год - корпорация Nichia сообщила о разработке экспериментальных светодиодов, которые, благодаря нескольким усовершенствованиям в конструкции и материалах, позволили ученым сделать большой шаг вперёд в повышении КПД источников света. Один из разработанных светодиодов, при токе 5 мА показал рекордную эффективность — 265 лм/Вт, что уже очень близко к теоретическому пределу для белых светодиодов, который японские учёные оценивают в 260–300 люмен на ватт. Для сравнения: обычные лампы накаливания выдают 13–17 лм/Вт, а люминесцентные светильники — 50–90. Японские ученые планируют продолжать эксперименты, будучи уверенными в том, что резервы для повышения КПД ещё есть. И хотя нынешние рекордные образцы светодиодов слишком дороги для массового выпуска, в будущем цены должны снизиться, — обещают исследователи из Nichia.

На сегодняшний день светодиодные модули повсеместно применяются для подсветки рекламных объектов (баннеры, витрины, лайтбоксы и пр.). Кроме того, считается модным и престижным применение светодиодов в ландшафтном дизайне, а также в дизайне интерьеров и для декоративной подсветки зданий. Cветодиодные лампы – прекрасная альтернатива обычным лампам накаливания. Они уже достаточно широко используются в уличном освещении. Началось их активное внедрение во внутреннем общем освещении. Несколько лет назад появилась возможность использовать светодиоды в лампочках с привычными размерами цоколя (E-27, MR-16). Кроме того, светодиодные лампы, благодаря возможности энергосбережения, пользуются огромной популярностью в тех случаях, когда необходимо оригинальное нестандартное освещение.

Начало активности (дата): 25.01.2012 06:39:19

← Возврат к списку