Сегодня в каждом доме найдётся десяток-другой светодиодных устройств. Лампочки в зарядных устройствах, фонарики, кольцевые лампы… На улице тоже повсюду: светодиодные табло, фары, фонари и экраны. А ведь ещё лет тридцать назад светодиоды считались игрушкой, годной лишь для подсветки пульта телевизора.
Что же изменилось?
Светодиоды: красный, жёлтый, оранжевый
В 1907 году британский экспериментатор Генри Раунд обнаружил и описал электролюминесценцию полупроводников, а именно, желтое, оранжевое и зеленое свечения кристаллов карбида кремния (карборунда) при приложении напряжения на границе с металлом.
В 1923 году независимо этот же эффект открыл советский физик Олег Лосев. В журнале «Телеграфия и телефония без проводов» он опубликовал заметки об электролюминесценции в месте контакта карборунд — сталь, а в 1927 году получил патент на «световое реле». Однако Лосев умер в блокадном Ленинграде, и его работы были забыты.
В 1961 году Джеймс Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments, независимо от Лосева, открыли технологию изготовления инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия (GaAs).
Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в красном световом диапазоне на основе галлия арсенид-фосфида (GaAsP), разработал Ник Холоньяк для компании General Electric в 1962 году.
В последующие десятилетия появились светодиоды другого цвета (жёлтые, оранжевые) и более яркие. Однако они считались игрушками, малоэффективными в быту. Кроме того, ещё не было промышленного производства синих светодиодов.
Что же не так с синим цветом?
Если упростить, энергия в виде фотонов света высвобождается, когда электроны внутри светодиода переходят с более высокого энергетического уровня на более низкий.
Используя различные материалы, можно регулировать силу свечения и длину волны, то есть цвет излучаемого света. Синий получить было особенно сложно, потому что фотоны синего света имеют бóльшую энергию, чем у красного, желтого или зеленого света, и требуются материалы, в которых разность энергетических уровней достаточно велика.
Первый синий светодиод был создан ещё в 1971 в компании RCA. Его разработал Жак Панков, создавший светодиод на основе нитрида галлия (GaN). Но до 1980-х годов не было промышленно пригодного способа выращивать кристаллы нитрида галлия.
С 1989 по 1995 год японский инженер Сюдзи Накамура, работавший в то время на японскую компанию «Nichia Chemical Industries», решил проблему дорогостоящего промышленного производства нитрида галлия. Компания выплатила Накамуре небольшую денежную премию. Изобретатель же посчитал, что его изобретение оценили недостаточно. Он обратился в суд и отсудил сумму в японских йенах, эквивалентную 7 млн долларов США.
В 2014 году он, вместе с Исаму Асаки и Хироши Амано, которые также занимались выращиванием высококачественных кристаллов нитрида галлия, получил Нобелевскую премию по физике.
А всё-таки зачем нужны синие светодиоды?
Создание синего светодиода высокой яркости позволило создать светодиодные RGB-устройства и яркие белые лампы (поскольку синий, красный и зелёный цвета позволяют получить любой цвет, в том числе и белый).
К 2005 году световая отдача светодиодов достигла значения 100 лм/Вт. То есть их стало возможным использовать в быту, для внутреннего и уличного освещения, вместо уже привычных ламп накаливания и люминесцентных. Как отмечается на сайте Нобелевской премии, XX век был освещен лампами накаливания, XXI век освещается светодиодными лампами. А сколько ещё открытий, получивших Нобелевскую премию, вы можете купить за двадцать рублей в интернет-магазине?
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы на fizikits.ru