Светодиоды – уникальное открытие

Светодиоды – уникальное открытие

Опубликовано в: Новости светотехники Дата создания: 2015-05-29 Просмотры: 1041

 

Светодиодные лампы в качестве источника света используют светодиоды и применяются для общего или точечного освещения в доме, а также для промышленного, складского и наружного освещения. При создании светодиода используются свойства полупроводника при пропускании через него электрического тока. То есть по принципу работы такая лампы похожа на обычную вольфрамсодержащую лампу, светодиод «выгорает» и дает постоянный свет без мерцания, но служит намного дольше, а энергопотребление его чрезвычайно мало.

Впервые свечение катодов, как прототипов светодиода, наблюдал  Генри Джозеф Раунд в 1907 году, описал электролюминесценцию, обнаруженную при изучении прохождения тока в паре «металл - карбид кремния»  и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде.

Эти эксперименты были повторены О. В. Лосевым в 1923 году, когда он, экспериментируя с выпрямляющим контактом из пары «карборунд - стальная проволока», обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение - электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало). Это наблюдение было опубликовано, но весомое значение этого наблюдения не было понято и не исследовалось в течение многих десятилетий. Интенсивность наблюдаемых излучений была столь незначительной, что российская научная общественность тогда всерьез не интересовалась этим феноменом. Через пять лет Лосев специально занялся исследованиями этого эффекта и продолжал их почти до конца жизни (О.В. Лосев скончался в блокадном Ленинграде в январе 1942 года, не дожив до 39 лет). Открытие «Losev Licht» (свет Лосева), как назвали эффект в Германии, где Лосев публиковался в научных журналах, стало мировой сенсацией. И после изобретения транзистора в 1948 году и создания теории p-n-перехода (основы всех полупроводников) стала понятна природа свечения. Таким образом, открытия Лосева закрепили первенство в этой области за СССР.

В 1961 году Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли и запатентовали технологию инфракрасного светодиода. Это означало, что США, имевшие успешные разработки на базе изысканий Лосева, победили русских в борьбе за первенство, что было неудивительно, так как в Советском Союзе перед учеными в первую очередь ставили цели, связанные с гонкой вооружений.

Ник Холоньяк из компании General Electric создал в 1962 году первый в мире практический светодиод, работающий в красном световом диапазоне. Холоньяк считается «отцом современного светодиода». Его бывший студент, Джордж Крафорд, в 1972 году изобрёл жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз.

В 1976 году Т.Пирсол создал высокоэффективный светодиод высокой яркости для телекоммуникационных применений, изобретя полупроводниковые материалы, специально адаптированные к передачам через оптические волокна.

Светодиодные источники света оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года и стоили около $200 за штуку, но их практическое применение было ограничено. Компания «Монсанто» была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах. Компании «Хьюллет-Паккард» удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.

Вплоть до начала 1970-х годов американские ученые называли светодиоды «Losev Light». Несмотря на это в СССР таким мелочам как светодиоды не уделялось должного внимания со стороны академии наук или патентных организаций, так как в 1960-е годы некоторые наукие, например, кибернетика, элеткроника или генетика, были не в фаворе. Постепенно название «Losev Light» упоминалось все реже и постепенно забылось. Сейчас светодиоды обозначаются аббревиатурой LED - «Light Emitting Diode».

Современные светодиоды изготавливаются на основе алюминия, нитридов галлия и индия, стали, прочных поликарбонатов и стекла. Все эти материалы не имеют вредного воздействия на здоровье человека при изготовлении, использовании или утилизации, однако специалисты не рекомендуют  выбрасывать  лампы «просто в мусорную корзину», так как светодиодные изделия подлежат переработке и последующему использованию.

Следует заметить, что производство светодиодных ламп в отличие от ламп накаливания и компактных люминесцентных ламп много проще и не требует использования сложных в изготовлении материалов или трудно разрабатываемых металлов, также отсутствуют ртуть, фосфор и никель. LED не дают ультрафиолетового излучения, следовательно, не вредят коже и глазам.

Производство LED ламп требует высокоточного оборудования и профессионального сопровождения со стороны персонала, но при этом не имеет вредного воздействия на экологию, так как выбросы углекислого газа в атмосферу минимальны, а энергозатраты при обработке материалов чрезвычайно малы в сравнении с производством ламп накаливания или компактно-люминесцентных ламп.

Активная часть светодиода, называемая «кристалл» или «чип», состоит из двух типов полупроводника, как и у обычных диодов - с электронной (n-типа) и с дырочной (p-типа) проводимостью. Требуется p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую - донорскими.

В отличие от обычного диода в светодиоде на границе полупроводников разного типа существует определенный энергетический барьер, препятствующий рекомбинации электронно-дырочных пар. Электрическое поле, приложенное к кристаллу, позволяет преодолеть этот барьер и происходит рекомбинация (аннигиляция) пары с излучением кванта света. Длина волны излучаемого света определяется величиной энергетического барьера, который, в свою очередь, зависит от материала и структуры полупроводника, а также наличия примесей.

Сегодня светодиодные источники света решают значительное количество задач: дорожное освещение, архитектурная подсветка, освещение производственных и складских помещений и офисов, бытовой свет и декоративное световое оформление. Светодиоды дают мягкий немерцающий свет, достаточно яркий, что зависит от мощности выбранной лампы и целей ее использования. Оттенок света может быть теплым или холодным. Свет идет непрерывным потоком, отсутствует стробоскопический эффект, а значит, глаза не устают от такого освещения.

Фактическое энергосбережение при использовании светодиодов весьма значительно, и, хотя конкретные коэффициенты для сравнения еще не приняты официально, энергоэффективность можно рассмотреть при сравнении лампы мощностью 5W LED с обычными лампами. Она дает количество света, равное излучению лампы накаливания в 60W или люминесцентной лампы в 13W. Таким образом, эффективность энергосбережения более чем в 3 раза превышает эффективность компактной люминесцентной лампы и в 12 раз - лампы накаливания. Приятным и важным свойством светодиодов является срок службы, который составляет более 30 000 часов.

Необходимость экономии электроэнергии и сокращения выброса углекислого газа в атмосферу толкнуло многие страны на ратификацию запрета на производство, закупку и импорт ламп накаливания с целью вынуждения замены их на энергосберегающие лампы - компактно-люминесцентные и светодиодные. Следующим шагом может стать постепенный отказ от КЛЛ по причине сложного производства и содержания в них вредных веществ.

Развитие области производства промышленных и бытовых светодиодных ламп и светильников значительно снизило их стоимость, благодаря чему у многих людей появилась возможность осветить свое пространство светодиодами, которые, по словам ученых и исследователей, обладают чистой природой света и не раздражают сетчатку глаза.

Светодиодные источники света имеют множество преимуществ: высокая световая отдача, механическая прочность, вибростойкость, длительный срок службы - от 30000 до 100000 часов, низкая температура светодиода или арматуры, нечувствительность к низким и очень низким температурам, экологичность. Они безопасны и не требуются высоких напряжений.  Светодиоды включаются сразу на полную яркость, а цоколь таких ламп не нагревается за счет создания специальных радиаторов охлаждения. Наличие и тип такого радиатора говорит о качестве лампы и добросовестности производителя.

Последние добавленные новости

Современные склады создают уникальные проблемы для дизайнеров и инженеров систем освещения.

...
12-10-2017

Необходимость перехода на светодиодное освещение уже не вызывает сомнений почти ни у кого. 

...
22-05-2017

Никаких световых коробов и перестроенных балконов. Главархитектура определилась, как должны выгляде...

12-05-2017

Имеют ли многоуровневые потолки право на жизнь в современных интерьерах, или стоит забыть их как пережиток ...

08-05-2017

В преддверии летнего сезона 2017 компания OSRAM представляет необычные решения для тюнинга – новую серию про...

08-05-2017

Если чудо произошло, и решение украсить подвесной потолок точечными светильниками принято, необходимо зна...

19-04-2017

У вас есть сад, в котором вы хотели бы проводить летние ночи? Это очень романтично и требует соответствующег...

12-04-2017

Энергосберегающий дом – это не идеализированное представление дома будущего, а сегодняшняя реальность, ...

12-04-2017

Светодиодные лампы - лучший прибор для домашнего освещения

...
10-04-2017

Создание правильной схемы освещения помещения – это сложнейшая задача, при решении которой важно уче...

10-04-2017

Светодиодные LED-ленты: конструкция, функции, сферы применения

...
07-04-2017

Российский производитель светодиодных светильников ООО «ТД «ФЕРЕКС» запустил в серийное производ...

07-04-2017

По данным международных медицинских организаций сотни миллионов людей во всём мире страдают от хроническо...

06-04-2017

Более четырехсот участников из России, Германии, Финляндии, Белоруссии, Китая, Казахстана и Киргизии обсуди...

06-04-2017

В Москве вручили награды лауреатам Премии «Мастер Света».

...
30-03-2017

Деревянный дизайнерский светильник «GORGEOUS HENG BALANCE» с уникальным магнитным механизмом выключателя.

...
29-03-2017
Яндекс.Метрика