Една от най-революционните технологии на 21-ви век, свето{1}}излъчващите диоди (LED) променят начина, по който общуваме, осветяваме домовете си и взаимодействаме с външния свят. Това е разказ за постоянство, креативност и новаторски-открития, които ги доведоха от неясни научни феномени до широко използвани решения за осветление. Тази статия описва развитието насветодиодивъв времето, подчертавайки иновациите, които направиха възможно сегашното им използване.
1. Ранни открития: Произходът на електролуминесценцията (1907–1960 г.)
Феноменът електролуминесценция или освобождаването на светлина от веществото, когато през него протича електрически ток, е в основата на LED технологията. Хенри Джоузеф Раунд, британски изследовател, прави първото наблюдение на тази концепция през 1907 г., когато открива, че кристал от силициев карбид (SiC) излъчва слаб блясък, когато се приложи напрежение. Въпреки че е непреднамерено и слабо разбрано, откритието на Раунд е първата документирана електролуминесценция.
Олег Лосев, руски изобретател, се основава на работата на Раунд през 20-те години на миналия век. Лосев пише в-задълбочени статии за „светлинни релета“, докато изследва кристали от силициев карбид и цинков оксид. Той също така предположи, че електролуминесценцията може да служи като основа за полезни източници на светлина. Но поради техническите ограничения на времето, изследването му беше почти пренебрегнато и приносът му беше запомнен едва десетилетия по-късно.
През 50-те и 60-те години на миналия век беше началото на съвременната LED ера, тъй като новите възможности станаха възможни благодарение на развитието на науката за полупроводниците. Материали като галиев арсенид (GaAs) и галиев фосфид (GaP) бяха изследвани от изследователи в RCA, General Electric и IBM. Инфрачервеният светодиод е изобретен през 1961 г. от Робърт Биард и Гари Питман, но решаващото откритие е направено от учения от General Electric Ник Холоняк младши. Холоняк разработи първия светодиод с видим -спектър през 1962 г., използвайки кристал от галиев арсенид фосфид (GaAsP) за генериране на червена светлина. Известен като „бащата на светодиодите“, Холоняк направи тогава-футуристичната прогноза, че светодиодите в крайна сметка ще заменят лампите с нажежаема жичка.
2. Цветната революция (1970-1980-те): Разширяване на спектъра
Червената светлина с нисък{0}}интензитет, произвеждана от ранните светодиоди, беше подходяща само за светлинни индикатори, използвани в часовници, калкулатори и други джаджи. През 70-те години изследванията бяха водени от желанието за нови цветове и повишена ефективност.
Зелени и жълти светодиоди: В началото на 70-те години изобретателите създадоха зелени и жълти светодиоди чрез допиране на галиев фосфид с азот. Те се разраснаха, за да включват индикатори на таблото за автомобили и светофари.
Светодиоди, които са сини: Свещеният Граал Поради предизвикателството за създаване на високо-качествени кристали от галиев нитрид (GaN), синята светлина остава неуловима. Растежът беше труден поради високата температура на топене на GaN и несъответствието на решетката със субстратите. Използвайки металоорганично химическо отлагане на пари (MOCVD), изследователи като Исаму Акасаки и Хироши Амано в Япония упорстваха и постигнаха значителен напредък в разработването на GaN върху сапфирени субстрати в края на 80-те години.
Първият-син светодиод с висока яркост е създаден през 1993 г. от Шуджи Накамура от Nichia Corporation, отбелязвайки последния значителен напредък. Полето е трансформирано от изобретението на Накамура, което използва индиево-галиев нитрид (InGaN) за активен слой. В допълнение към завършването на цветовата триада RGB, сините светодиоди направиха възможни белите светодиоди чрез прилагане на фосфорно покритие (повече за това по-късно). Репутацията на синия светодиод като изобретение,-променящо игрите, беше затвърдена, когато Акасаки, Амано и Накамура получиха Нобелова награда за физика през 2014 г. за своите усилия.
3. Осветяване на света: Пробивът на белите светодиоди (1990-те – 2000-те)
Общото осветление изисква бяла светлина. Преди светодиодите смесването на червени, зелени и сини светодиоди за създаване на бяла светлина беше трудна и неефективна процедура. Въвеждането на сини светодиоди предложи по-просто решение: прилагане на жълт фосфор (като церий-легиран итрий-алуминиев гранат или YAG:Ce) върху син светодиод. Когато луминофорът се възбуди от синя светлина, той освобождава широк спектър от светлина, който се комбинира с останалата синя светлина, за да създаде бяло.
В края на 90-те години тази техника-известна като фосфор{2}}преобразуван бял светодиод или PC{3}}LED-стана икономически осъществима. До 2000-те бели светодиоди с ефективност, по-висока от крушки с нажежаема жичка и флуоресцентни крушки, се произвеждат масово-от фирми като Cree, Philips и Osram.
Включени са важни повратни точки:
Светлинна ефективност: До 2010 г. ефективността се е увеличила от 5 lm/W (червеносветодиодиот 1960 г.) до над 150 lm/W.
Намаляване на разходите: Между 2000 г. и 2015 г. подобрените производствени методи (като производство на вафли-в мащаб) намалиха цените с 90%.
Приемане в осветлението: За да пестят енергия, правителствата по целия свят насърчават използването на светодиоди. Например наградата L за 2008 г. от Министерството на енергетиката на САЩ ускори приемането на LED светлини като заместител на тези с нажежаема жичка от 60 W.
4. Отвъд осветлението: Интелигентни технологии и диверсификация (2010 г.–настояще)
В наши дни светодиодите се използват не само за осветление. Многобройни приложения станаха възможни благодарение на развитието на науката за материалите и миниатюризацията.
а. Визуални технологии и дисплеи
Органичните светодиоди или OLED са гъвкави, много тънки екрани, които се виждат в смартфони (като AMOLED панелите на Samsung).
Микро-светодиоди: Самоизлъчващи-пиксели за AR/VR слушалки и телевизори с висока-дефиниция.
Li{0}}Fi: Светлинна модулация с помощта на светодиоди за безжично предаване на данни.
b. Осветление, фокусирано върху хората
В наши дни регулируемите светодиоди променят цветовата температура, за да повторят циклите на естественото слънчево греене, подобрявайки качеството на съня и продуктивността. „Циркадното осветление“ се използва в училища и болници за контрол на нивата на мелатонин.
c. Селско стопанство и градинарство
LED светлините за отглеждане използват определени дължини на вълните (червено и синьо за фотосинтеза, например), за да увеличат максимално развитието на растенията. Светодиодите са от съществено значение за-целогодишното производство на култури във вертикални ферми.
d. Транспорт и автомобили
Поради тяхната здравина и адаптивност в дизайна, светодиодите са индустриален стандарт за осветление на превозни средства. Светодиодите се използват в настоящите електромобили за всичко - от фарове до индикации за състоянието на батерията, а LED дневните светлини на Audi от 2004 г. започнаха тенденция.
5. Иновации и трудности
Светодиодите продължават да се сблъскват с препятствия въпреки успеха си:
а. Спадаща ефективност
Ефективността на светодиода намалява при високи токове поради топлина и изтичане на електрони. GaN-върху-GaN субстрати и проектирането на квантови ямки са два начина за намаляване на недостатъците.
b. Проблеми на околната среда
Тежки метали и редкоземни-елементи, като европий във фосфора, се намират в светодиодите. Притесненията относно електронните -отпадъци се пораждат от липсата на съоръжения за рециклиране.
c. Качество на цвета
Цветопредаване на ранното бялосветодиоди was subpar (CRI). Modern violet-pumped phosphors and quantum dot LEDs (QLEDs) may now match natural light in CRI (>90).
6. Бъдещето на светодиодите
Новите технологии имат потенциала да усъвършенстват светодиодите:
Перовскитни светодиоди: Ниска{0}}цена, много цветни-чисти материали.
UV{0}}C светодиоди: За пречистване и стерилизиране на вода.
Интегриране на LiDAR: 3D картографиране с помощта на светодиоди в-самоуправляващи се автомобили.
Развитието на светодиодите, от осветителния кристал на Хенри Раунд до синия светодиод на Шуджи Накамура, е доказателство за човешката изобретателност и между-дисциплинарно сътрудничество. Повече от половината осветление в света сега се захранва със светодиоди-, което намалява въглеродните емисии и спестява милиарди долари от разходи за енергия.светодиодище продължи да води технологичната революция, тъй като изследванията за по-интелигентно, по-екологично и по-приспособимо осветление продължават, демонстрирайки, че дори и най-малкият диод може да освети планетата.
http://www.benweilight.com/ceiling-осветление/led-надолу/вградени-надолу-led-може-прожектор.html
