Кто изобрел светодиодную лампу


Кто изобрел светодиодную лампу?

Поделитесь своими идеями по улучшению нашей работы.

Патент на светодиод принадлежит русскому ученому Олегу Лосеву. В 1968 году были изобретены первые светодиодные лампочки, но они были не пригодны для использования вместо ламп накаливания, потому что оказались очень слабые. В 1990 году появились усовершенствованные светодиодные лампы, которые полноценно могли заменить обычные. В первую очередь светодиодные лампочки вставлялись в фонари, применялись в автомобилестроении, после чего стали активно использоваться для освещения и декорирования помещений.

Сейчас светодиодные лампочки выпускаются самых различных форм и расцветок. Пластиковая колба, в которую помещен кристалл, может быть красного, зеленого, синего и других цветов, поэтому эти изделия являются отличным вариантом для украшения. Применение лампы зависит и от ее формы. Есть в виде ленты, свечи, «кукурузы» и другие. Этот момент очень важен при выборе изделий.

Полезная информация?

Да

 (0)

 / Нет

 (1)

* Поля обязательны для заполнения!

Наверх

Вниз

www.vseinstrumenti.ru

Кто изобрел светодиод и как он работает

Светодиод изобрел Олег Лосев

Олег Лосев

Еще в 1907 году было впервые отмечено слабое свечение, испускаемое карбидокремниевыми кристаллами вследствие неизвестных тогда электронных превращений. В 1923 году наш соотечественник, сотрудник Нижегородской радио-лаборатории Олег Лосев отмечал это явление во время проводимых им радиотехнических исследований с полупроводниковыми детекторами, однако 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», 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.

В 1962 году американец Ник Холоньяк продемонстрировал работу первого светодиода, а вскоре после этого сообщил о начале полупромышленного выпуска светодиодов.

Светодиод (англ. light emission diode – LED) является полупроводниковым прибором, его активная часть, называемая «кристалл» или «чип», как и у обычных диодов состоит из двух типов полупроводника – с электронной (n-типа) и с дырочной (p-типа) проводимостью. В отличие же 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.

Значит, прежде всего, нужен 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.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного p-n-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

Как устроен светодиод

     Основные современные материалы, используемые в кристаллах светодиодов:

  •     InGaN — синие, зеленые и ультрафиолетовые светодиоды высокой яркости;
  •     AlGaInP — желтые, оранжевые и красные светодиоды высокой яркости;
  •     AlGaAs — красные и инфракрасные светодиоды;
  •     GaP — желтые и зеленые светодиоды.

Кроме светодиодов лампового типа (3, 5, 10 мм, их форма действительно напоминает миниатюрную лампочку с двумя выводами), в последнее время все большее распространение получают SMD — светодиоды. Они совершенно иной конструкции, отвечающей требованиям технологии автоматического монтажа на поверхность печатной платы (surface mounted devices – SMD).

А сверхяркие светодиоды такого типа называются эммитеррами (emitter, англ. «излучатель»).

SMD светодиоды имеют более компактные размеры, допускают автоматическую расстановку и пайку на поверхность платы без ручной сборки. Некоторые производители светодиодов выпускают специальные SMD-диоды, содержащие в одном корпусе три кристалла, излучающие свет трех основных цветов – красный, синий и зеленый. Это позволяет получить при смешении их излучения всю цветовую гамму, включая белый цвет, при ультракомпактных размерах.

Яркость светодиода характеризуется световым потоком (Люмены) и осевой силой света (Кандела), а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучающих в телесном угле от 4 до 140 градусов.

Цвет, как обычно, определяется координатами цветности, цветовой температурой белого света (Кельвин), а также длиной волны излучения (нанометры).

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности (характеристика «Люмен/Ватт»).

Также интересной характеристикой оказывается цена одного люмена ($/Люмен).

Итак, любой светодиод состоит из одного или нескольких кристаллов, размещенных в корпусе с контактными выводами и оптической системы (линзы), формирующей световой поток. Длина волны излучения кристалла (цвет) зависит от материала полупроводника и от легирующих примесей. Биновка (wavelength bin) кристаллов по длине волны излучения происходит при их изготовлении. В партии поставки на современном производстве отбираются близкие по спектру излучения кристаллы.

Широкий диапазон оптических характеристик, миниатюрные размеры и гибкие возможности по дискретному управлению обеспечили применение светодиодов для создания самых различных световых приборов и изделий. Светодиод излучает в узкой части спектра, на определенной длине волны его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры.

Срок службы светодиодов

Основная характеристика надежности светодиодов – срок их службы. В процессе эксплуатации возможны две ситуации: световой поток излучателя либо частично уменьшился, либо вовсе прекратился. Срок службы отражает эти факты: различают полезный срок службы (пока световой поток не упадет ниже определенного предела) и полный (пока прибор не выйдет из строя).

Срок службы напрямую зависит от типа светодиода, подаваемого на него тока, охлаждения кристалла (chip) светодиода, состава и качества кристалла, компоновки и сборки в целом.

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче чем у маломощных сигнальных. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

Очевидно, например, что в светодиодах мощностью от 1 Вт (рабочий ток 0,350 А) и более мощных, тепловыделение гораздо обильнее, чем в светодиодах типа «5 мм», рассчитанных на ток 0,02 А. По светоотдаче 1 светодиод мощностью 1 Вт заменяет около 50 светодиодов типа «5 мм», но и греется сильнее. Поэтому светодиодные сборки с мощными светодиодами требуют пассивного охлаждения (монтаж на MCPCB плату (печатная плата на металлической основе) и радиатор).

5 мм -LED и SMD-LED:

• белый до 50000 ч. с падением светового потока до 35% в течении первых 15000 ч. • синий, зеленый до 70000 ч. с падением светового потока до 15% в течении первых 25000 ч.

• красный, желтый до 90000 ч. с падением светового потока незначительно.

HI-POWER LED от 1 Вт и выше:

• белый до 80000 ч. с падением светового потока до 15% в течении первых 10000 ч. • синий, зеленый до 80000 ч. • красный, желтый до 80000 ч.

Почему же у белых светодиодов наименьший срок службы ?

К сожалению, структур, излучающих белый свет, никто еще не придумал. Основой диода белого цвета является структура InGaN, излучающая на длине волны 470 нм (синий цвет) и нанесенный сверху на нее люминофор (специальный состав), излучающий в широком диапазоне видимого спектра и имеющий максимум в его желтый части. Человеческий глаз комбинацию такого рода воспринимает как белый цвет. Люминофор ухудшает тепловые характеристики светодиода, поэтому срок службы сокращается. Сейчас мировые производители изобретают новые и новые варианты эффективного нанесения люминофора.

Большинство сверхярких светодиодов служат в районе 50000 — 80000 часов. Много это или мало?

50000 часов — это:

    24 часа в день 5.7 лет     18 часов в день 7.4 лет     12 часов в день 11.4 лет

    8 часов в день 17.1 лет

Многие считают, что светодиоды практически не греются. Так почему светодиодным приборам нужен теплоотвод и что будет, если теплоотвода нет?

Светодиоды продуцируют тепло в полупроводниковом переходе. И чем мощнее LED, тем больше тепла. Конечно, индикаторные светодиоды, например, датчики автосигнализаций сильно не греются. Но со сверхяркими LED они имеют мало общего. Если мощные светодиоды объединены в некую сборку, да еще и установлены в герметичный корпус, то нагрев становится значительным.

И если не происходит отвод тепла, полупроводниковый переход перегревается, отчего изменяются характеристики кристалла, и через некоторое время светодиод может выйти из строя. Так что очень важно строго контролировать количество тепла и обеспечивать эффективный теплоотвод.

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй — световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у красных и желтых светодиодов, и меньше у зеленых, синих и белых.

Источник: сайт НПО РоСАТ

Общая оценка материала: 5

Оценка незарегистрированных пользователей за сегодня:

[Total: 0 Average: 0]

sneg5.com

Кто придумал светодиод?

Лет 20 тому назад о светодиодах знали только радиоэлектронщики, теперь-же про светодиодные лампы известно всем. Но кому сказать спасибо за такое серьёзнейшее изобретение? Оказывается вплоть до начала 1970-х годов американскими учёными светодиоды назывались не иначе как Losev light – «свет Лосева». Первым изобретателем, или, назовём его так, основным, является русский учёный Олег Лосев. (10 мая 1903 г., Тверь, Российская империя - 22 января 1942 г. (38 лет), Санкт-Петербург, СССР). 

Об этом человеке и его открытии есть специальная статья в Большой советской энциклопедии. Этот советский физик обнаружил электролюминесценцию в карбиде кремния ещё в 1923 году! Олег Лосев провёл в радио-лаборатории серию экспериментов с выпрямляющим контактом, сделанным из пары «карборунд – стальная проволока». В ходе опытов он обнаружил, что в точке контакта двух разнородных материалов появляется слабое свечение. Это явление теперь известно как электролюминесценция полупроводникового перехода, но в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало. Публикация о результатах опытов Лосева и обнаруженном им эффекте появилась в научной прессе со всеми необходимыми для этого данными.

Он впервые показал, что электролюминесценция возникает вблизи спая материалов. Лосев правильно оценил практическую значимость своего открытия и понял, что оно позволит создавать малогабаритные твёрдотельные источники света. И они будут работать на очень низком для тех времён напряжении питания – менее десяти вольт. Лосев также оценил и очень высокое быстродействие будущих приборов. В феврале 1927 года Олег Лосев получил 2 авторских свидетельства на «Световое реле».

Таким же путём пошли и другие американцы. Например, в 1961 году Роберт Байард и Гари Питтман из компании Texas Instruments воспользовались открытием Олега Лосева и, в свою очередь, открыли и запатентовали технологию инфракрасного светодиода.

А первый в мире светодиод, пригодный к практическому применению, разработал Ник Холоньяк в Университете Иллинойса в 1962 году. Отметим, что Холоньяк ученик Ивана-Джона Бардина, который получил в США Нобелевскую за это открытие вместо Олега Лосева. И вот теперь Холоньяк считается «отцом современного светодиода». Несомненно, Холоньяк тоже знаменитый учёный. Он был представлен к наградам Джорджем Бушем, императором Японии Акихито и Владимиром Путиным.

В 1989 году Холоньяк получил медаль Эдисона за «выдающуюся научную карьеру в области электротехники и большой вклад в развитие полупроводниковых материалов и устройств». В 1995 году стал лауреатом Премии Японии за «выдающийся вклад в научные исследования и практическое применение светодиодов и лазеров». Он получил Международную энергетическую премию «Глобальная энергия» и ещё много разных премий и медалей. Человек он заслуженный и в 2008 году был введён в Зал Национальной Славы изобретателей США. Но первооткрывателем считается именно О. Лосев - один из многих славных русских учёных, которыми мы можем по праву гордиться!

radioskot.ru

Кто изобрел светодиод?

В справочниках написано, что туннельный диод изобрел в 1958 году Лео Эсаки (в 1973 году он получил за это Нобелевскую премию), а светодиод — Ник Холоньяк в 1962 году. Между тем простой советский лаборант опередил обоих более чем на 30 лет.

Уже в детстве Олег Лосев твердо знал, чему посвятит свою жизнь. В 1917 году он побывал на лекции начальника военной радиоприемной станции, и с этого момента для него перестало существовать все, кроме «беспроволочного телеграфа». После школы Олег Лосев, не сумев поступить в Московский институт связи, благодаря случайному знакомству с профессором Рижского политехнического института Владимиром Лебединским, первым председателем Российского общества радиоинженеров (РОРИ), оказался в Нижегородской радиолаборатории (НРЛ). НРЛ в то время была инновационным центром, где велись и фундаментальные, и прикладные научные исследования в области зарождавшейся тогда электроники и электротехники.

В НРЛ Лосев, работавший лаборантом, решил заняться исследованием кристаллических детекторов для радиоприема. Эти элементы были капризными, но казались ему более перспективными, чем громоздкие и прожорливые электронные лампы. К тому же экспериментировать с детекторами Лосев, исследователь-одиночка по своему характеру, мог полностью самостоятельно — передвигая контактную иголочку на мельчайшие доли миллиметра по поверхности кристалла.

Он исходил из предпосылок, что «некоторые контакты… между металлом и кристаллом не подчиняются закону Ома, вполне вероятно, что в колебательном контуре, подключенном к такому контакту, могут возникнуть незатухающие колебания». Он заблуждался: уже было известно, что для генерации нужна не просто нелинейность вольтамперной характеристики, а падающий участок (именно такой участок обеспечивают современные лавинные диоды).

Но Лосев оказался очень везучим — на контакте цинкита с угольной иголкой он обнаружил этот эффект, добившись первого в мире гетеродинного радиоприема на основе полупроводниковых элементов. В 1922 году статья Лосева о новых радиоэлементах, названных «кристадинами», вышла в журнале «Телеграфия и телефония без проводов» («ТиТбп»). Позднее статьи Лосева о кристадинах публиковались ив советских («ЖЭТФ», «Доклады АНСССР»), и в зарубежных (The Wireless World and Radio Review, Radio News, Radio Revue, Philosophical Magazine, Physikalische Zeitschrift) журналах.

Совершенствуя кристадин, Лосев экспериментировал с различными материалами полупроводников и контактных иголок и в 1923 году обнаружил на стыке карборунда и стальной проволоки слабое свечение. Явление было названо «свечением Лосева», а первооткрыватель получил патент на «световое реле» (фактически первый полупроводниковый светодиод!) и (в 1938 году) — научную степень кандидата физико-математических наук без защиты диссертации. После реорганизации НРЛ Лосев переехал в Ленинград, где продолжал исследования до самого начала войны. А в 1942 году изобретатель погиб от голода в блокадном городе, а его работы так и остались незаконченными.

Статья «Свет грядущего» опубликована в журнале «Популярная механика» (№8, Август 2013).

www.popmech.ru


Смотрите также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>