Светодиод кто придумал

Первый в мире светодиод

Сложно представить современную жизнь без того, чтобы в ней не присутствовали светодиодные светильники. Взять хотя бы многочисленные смартфоны, телевизоры или светодиодные светильники, к которым мы уже привыкли, и которые украшают наши улицы и витрины. А как все начиналось? Кто изобрел первый светодиод?

Олег Владимирович Лосев

Первый светоизлучающий диод и практическое устройство с его применением создал наш соотечественник, советский инженер-самоучка — Олег Владимирович Лосев (1903-1942). Он подробно изучил и описал эффект «холодного свечения», полученный при помощи полупроводниковых кристаллов.

По сути, он является первым изобретателем светодиода, фотодиода, лавинного диода, полупроводникового гетеродинного приемника, прототипа транзистора, факса и телетайпа!

Целью экспериментов Лосева было – создание недорогого детектора, без использования ламп, для своего радиоприемника «Кристадина». В 1922 году, экспериментируя с кристаллическим детектором для радиоприемника (пара карбид кремния — стальная проволока), Олег Владимирович Лосев обнаружил в месте контакта двух разных материалов «холодное свечение» - без инерции, разогрева и выделения тепла. Интересно отметить, что современный лидер в области светодиодного освещения — американская фирма CREE, добилась высочайших результатов энергоэффективности светодиодов, благодаря «новой» карбид-кремниевой технологической платформе.

28 февраля 1927 года Лосевым было подано заявление на выдачу патента на «Световое реле» (патент №12191), которое навсегда закрепило за российской наукой приоритет первооткрывателя в области полупроводниковой электролюминесценции.

Суть изобретения заключалась в использовании светодиода в качестве детектора телеграфных и телефонных сигналов, и записи модулированного светового потока на фотопленку.

После многочисленных публикаций, исследования Олега Владимировича по электролюминесценции получили широкий отклик и признание во всем мире. Его работы широко освещали иностранные издания, а открытие получило официальное название — «свечение Лосева». Один из французских журналов писал: “…Лосев безвозмездно опубликовал свое открытие, потому что думал, о своих друзьях — радиолюбителях всего мира”.

Сегодня трудно даже подумать о том, что когда-то всего этого светового разнообразия не существовало, но мы каждый день теперь сталкиваемся с подтверждением того, что светодиоды – результат огромного труда и многолетних исследований.

Именно «свечение Лосева» позволяет нам сегодня наслаждаться тем светом, который, дает современный светодиодный светильник, используемый для освещения. За его видимой простотой скрывается многолетний труд ученых и инженеров, позволивший создать этот осветительный прибор.Светодиодные лампы и прожекторы сегодня стали неотъемлемыми элементами окружающего пространства.

power-led.ru

История создания светодиода О.В. Лосевым в 1923 году

onemillione | 20.07.2016 | Светодиоды |

Светодиод был открыт радиотехником Олегом Владимировичем Лосевым в 1923 году, который случайно заметил, что этот элемент, используемый в радиоаппаратуре, излучает свет, когда через него проходит электроток. К сожалению, из-за низкой интенсивности выделяемого излучения российские ученые не проявили к данному феномену никакого интереса и не стали его подробно изучать. Лосев, не встретивший заинтересованности и поддержки от соотечественников, публиковал свои статьи в немецких журналах, где его открытие оценили по достоинству. Уже после смерти ученого его иностранные коллеги смогли вывести теорию «p-n-перехода», объясняющую принцип работы полупроводника.

Привычный нашему глазу светодиод был впервые продемонстрирован группой американских ученых во главе с Ником Холоньяком в 1962 году. В том же году были продемонстрированы красные светодиоды, которые сразу же стали использовать в промышленности.

Полупроводниковые компоненты зеленого и желтого цвета появились только через десять лет после открытия красных. Создать синий светодиод было технологически сложно, но именно его недоставало для выпуска диода белого цвета. Только в 1993 году инженер Суджи Накамура презентовал ярко-синий излучатель, что послужило толчком к производству RGB-устройств. Полученные три цвета диодов (Red-Green-Blue) позволили создавать любые цвета (и белый – не исключение).

Метеорит72 - лучший интернет магазин светодиодного освещения! Товары высочайшего качества, безупречный сервис, широчайший ассортимент, отличные цены, гарантия. Посмотреть продукцию >>>

С каждым годом улучшаются технические характеристики полупроводников. С 2008г. Светодиодные светильники начинают активно использоваться как в бытовых нуждах (лампах, светильниках, бра), так и в уличном освещении. За счет наращивания темпов производства и увеличения конкуренции между производителями цена на них снижается, что благоприятно сказывается на доступности таких устройств широкому кругу потребителей.

Конструкция

Светодиод – это электронный источник света, который работает по принципу трансформации электрического тока в яркое свечение.

В основе светодиода – искусственный кристаллик, в котором реализован р-n-переход. Сам р-n-переход представляет собой место контакта двух металлов с различной проводимостью: «-р» (positive – положительный) и «-n» (negative — отрицательный).

Кристалл помещают в металлическую чашечку (катод), которая по сути является отражателем. От кристалла протягивают золотую нить (анод). Полученную конструкцию заливают полимерной смолой или эластомерным материалом таким образом, чтобы получилась своеобразная защитная колба. В зависимости от ее формы в итоге будет зависеть распределение света: чем выпуклее будет верхняя часть колбы, которая выполняет функции линзы, тем уже будет пучок света и интенсивнее яркость освещения.

Достоинства, которыми обладают устройства со светодиодами:

1) Долгий срок эксплуатации: светодиод служит в 50 раз дольше обычных ламп и в 5 раз дольше энергосберегающих ламп.

2) Значительная экономия электроэнергии: расход в несколько раз ниже, чем у альтернативных источников света. Например, светодиодная лампа потребляет 10 Вт электроэнергии, в то время, как люминесцентным требуется 20 Вт, галогенным – 45, а обычным – 80 — 100.

3) Низкий уровень нагрева. По данному параметру конкуренцию диодам могут составить только люминесцентные лампы. Альтернативные варианты значительную часть электроэнергии тратят на нагрев, то есть помещение в большей степени отапливается, чем освещается.

4) Высокая прочность конструкции. Обычные лампы накаливания, галогенные и люминесцентные лампы можно легко разбить – тонкое хрупкое стекло не выдерживает падения даже с небольшой высоты.

5) Экологичность: при изготовлении не используются токсичные или ядовитые вещества, поэтому не нужно заботиться об особых условиях утилизации.

6) Широкая сфера применения.

Виды светодиодов

Исходя из того, в какой сфере применяются светодиоды, можно выделить два основных вида:

индикаторные – наиболее дешевые компоненты, выполненные из недорогих материалов, применяемые как составляющие детали бытовой техники, электроники, приборных панелей авто, мониторов и телевизоров,
осветительные – мощные и яркие устройства, используемые как самостоятельные источники света в бытовых и промышленных осветительных приборах.

По силе света различают три типа полупроводников:

ультравысокой яркости, насчитывающей сотни кандел,
высокой, измеряемой тысячами и сотнями милликандел,
стандартной, где яркость измеряется десятками милликандел.

Показатели яркости диода напрямую зависят от силы тока. Но сам полупроводник имеет определенные ограничения, делающие невозможным прохождение максимально возможной силы тока (это может перегреть и вывести устройство из строя). Этим объясняется высокая цена на светодиодные лампы, сложность и поиск эффективных конструктивных решений негативно влияют на себестоимость этих приборов (на сегодняшний день светодиодные лампы стоят дешевле энергосберегающих ламп).

Срок службы

Длительность эксплуатации полупроводника зависит от нескольких факторов: силы тока, состава и качества кристалла, комплектации и качества сборки в целом. Например, чем выше ток, пропускаемый через устройство, тем сильнее его нагрев и, следовательно, и старение (деградация) кристалла. Поэтому нет ничего удивительного в том, что у маломощных индикаторных диодов срок эксплуатации значительно выше, чем у осветительных.

Еще одним немаловажным фактором, влияющим на срок эксплуатации, является цвет диода. При производстве белых полупроводников используется люминофор, снижающий их тепловые характеристики, что значительно сокращает срок службы.

Сфера применения

электронные информационные табло, вывески, бегущие строки и другие технические решения визуальной рекламы,
подсветка элементов и деталей автомобиля (альтернатива неону),

дизайн интерьера,
оригинальные решения при проведении архитектурных и ландшафтных работ,

дорожные знаки, светофоры,
дисплеи для больших видеоэкранов,

индикаторы в электроприборах,

Таким образом, можно говорить о повсеместном использовании светодиодов. Наверное, на текущий момент нет ни одной области, где бы они не применялись. Более того, благодаря своим достоинствам полупроводники вытесняют другие типы ламп. Крупнейшие компании, понимая экономичность и экологичность светодиодов, планируют перевести на этот тип освещения свои производственные, складские или офисные помещения либо уже сделали это.

ledsovet.ru

История появления светодиодных ламп

Светоизлучающие диоды и электролюминесценция известны более века. Генри Раунд (Henry Round), британский экспериментатор из лаборатории Маркони, в 1907 году впервые обратил внимание на эмиссию света при работе с кристаллами карбида кремния и контактным детектором (диодом). В опубликованном отчете, посвященном этому открытию, отмечалось, что под воздействием электрического возбуждения из кристалла карбида кремния выходил свет. Раунд особенно отмечал тот факт, что при низком напряжении он видел желтоватый свет, а затем, по мере увеличения напряжения, в различных точках разных кристаллов, желтый, зеленый, оранжевый и синий. Однако, после этого, до середины 1920-х годов, никаких работ, относящихся к случайно открытой Раундом электролюминесценции, в печати больше не появлялось.

В это время, русский экспериментатор Олег Лосев успешно создал светодиод после того, как обнаружил, что используемые в радиоприемниках диоды испускали свет при протекании через них электрического тока. В течение последующих лет он исследовал это явление и опубликовал множество работ, описывающих связь спектров излучения с вольтамперными характеристиками диодов. В 1927 Лосев запатентовал «световое реле». Это была первая ссылка на использование светодиодов в целях коммуникации.

И, хотя Раунд и Лосев сдвинули изучение электролюминесценции с мертвой точки, выбранное ими направление дальнейшего движения оказалось бесполезным для практики. Используемый в точечных диодах карбид кремния в то время был полупроводником с непрямой запрещенной зоной, и, как следствие, неэффективным. Производимый им свет, в лучшем случае, был слаб.

В 1955 Рубин Браунштайн (Rubin Braunstein) из Radio Corporation of America сообщил об инфракрасном излучении, генерируемом простыми диодными структурами, сделанными на основе арсенида галлия, антимонида галлия, фосфида индия и сплавов кремний-германий. Спустя несколько лет, исследователи из Texas Instruments Боб Биард и Гари Питтмен (Bob Biard и Gary Pittman) обнаружили, что под воздействием электрического тока арсенид галлия излучает инфракрасный свет. В 1961 году ими был получен первый патент на инфракрасный светодиод.

Отцы-основатели

В начале 1960-х годов Ник Холоньяк (Nick Holonyak) из General Electric занимался исследованиями комбинаций галлия, мышьяка и фосфида в поисках путей создания туннельных диодов с большей шириной запрещенной зоны. При содействии сослуживца д-ра Роберта Холла (Robert Hall), изобретателя арсенид галлиевого лазера, Холоньяк в 1962 году создал лазер с видимым излучением. Вскоре после этого началось коммерческое внедрение первых светодиодов видимого (красного) спектра.

Холоньяк стал профессором Иллинойского университета в 1963 году. Именно там у него учился аспирант М. Джордж Крэфорд (M. George Craford), который в 1972 году изобрел желтый светодиод, а яркость красных и красно-оранжевых сумел увеличить на порядок.

Усилиями Крэфорда и Холоньяка компания Monsanto, в которой ранее служил Крэфорд, смогла впервые организовать массовое производство светодиодов видимого спектра, а также, семисегментных индикаторов на их основе. Первые стали применяться в лабораторном и электронном оборудовании, вторые — в коммерческих приборах, таких как телевизоры, радиоприемники, телефоны, калькуляторы и часы.

Заметно снизить себестоимость производства светодиодов удалось в середине 1970-х компании Fairchild Optoelectronics. Разработчики компании впервые использовали планарную технологию изготовления полупроводниковых кристаллов, изобретенную доктором Жаном Эрни (Jean Hoerni) из фирмы Fairchild Semiconductor. Комбинация этой уникальной, используемой и по сей день, технологии и новых методов упаковки позволила пионеру оптоэлектроники Томасу Брандту (Thomas Brandt) и группе его сотрудников намного снизить производственные затраты и, одновременно, повысить надежность их светодиодов.

В 1976, Т.П. Пиэрсолл (T.P. Pearsall) изобрел уникальный полупроводниковый материал, длина волны излучения которого была специально оптимизирована для передачи по оптоволокну. На базе этого материала им был создан первый сврхяркий высокоэффективный светодиод.

Арсенид галлия-алюминия (GaAlAs) стал широко использоваться как полупроводниковый материал в середине 1980-х годов. Он позволил поднять яркость светодиодов, уменьшить рассеиваемую мощность и повысить гибкость использования за счет появления возможности импульсного питания и мультиплексирования. А это, в свою очередь, расширило список возможных применений светодиодов, добавив в него сканеры штрих-кодов, системы волоконно-оптической связи и медицинское оборудование.

Однако оставались нерешенными некоторые проблемы, связанные с первыми GaAlAs светодиодами, а именно — единственная длина волны излучения (660 нм) и значительная деградация светоотдачи, существенно большая, в сравнении со светодиодами, выпускавшимися по традиционной, на то время, технологии. К 1987 году компания Hewlett Packard усовершенствовала технологию GaAlAs све- тодиодов настолько, что их яркость стала достаточной для замены автомобильных габаритных огней и стоп-сигналов. Это была знаменательная веха в истории светодиодов, когда впервые в светотехнических приложениях появилась возможность замены ламп накаливания светодиодами.

В конце 1980-х — начале 1990-х годов появился и стал использоваться более эффективный полупроводник — фосфид алюминия- галлия-индия (AlGalnP). Благодаря возможности управления шириной запрещенной зоны, новый материал позволил значительно уменьшить деградацию светоотдачи и расширить цветовой диапазон. Отныне зеленые, желтые, оранжевые и красные светодиоды стали изготавливаться по одной и той же технологии.

А что насчет синего?

Теперь недоставало только чистого синего светодиода. Первые эксперименты в попытке создать такой прибор были выполнены Жаком Панковом (Jacques Pankove) в лабораториях RCA в середине 1970-х, однако результаты оказались более чем скромными. Была очевидна необходимость дополнительных исследований.

В конце 1980-х служащие университета Нагои Исаму Акасаки (Isamu Akasaki) и Ироси Амано (Hiroshi Amano) совершили важный прорыв в технологии выращивания эпитаксиальных структур нитрида галлия и легирования p-примесями. Результаты своих исследований они принесли в компанию Nichia Corporation, чтобы в 1993 году, используя нитрид индия-галлия, продемонстрировать первый ярко-синий светодиод. Этим открытием завершилось формирование RGB триады цветов, и потребовалось совсем немного времени, чтобы мы смогли увидеть на улицах полноцветные вывески и экраны.

В 1995 году в лаборатории Кардиффского университета Альберто Барбьери (Alberto Barbieri) занимался проблемами повышения эффективности и надежности высокоэффективных светодиодов, и с успехом продемонстрировал впечатляющие результаты, достигнутые при использовании прозрачных контактов на светодиодах из алюминия-галлия-индия-фосфида/арсенида галлия (AlGalnP/GaAs). Последние достижения в области синих светодиодов, в совокупности с усовершенствованиями, сделанными Барбьери, быстро привели к появлению первых высокоэффективных белых светодиодов, в которых смешение желтого излучения люмино- форного покрытия с синим излучением кристалла дают результирующее свечение, кажущееся белым.

Глядя в будущее

В течение двух последних десятилетий популярность и диапазон использования светодиодов росли экспоненциально. Сегодня, благодаря их эффективности и долгосрочной надежности, с ними связывают главные решения будущего в области светотехники. Но исследования продолжаются, и имеются все признаки того, что мы станем свидетелями новых открытий, которые сделают светодиоды еще более мощными, надежными и дешевыми.

Jeffrey Bausch

www.ruqrz.com

Светодиоды. Виды и устройство. Работа и применение. Особенности

Светодиоды для человечества стали одним из наиболее распространенных источников света для промышленных и бытовых нужд. Этот полупроводниковый прибор имеет один электрический переход, он преобразует электроэнергию в энергию видимого светового излучения. Явление открыто Генри Джозефом Раундом в 1907 году. Первые эксперименты были поставлены советским физиком-экспериментатором О.В. Лосевым, которому в 1929 году удалось получить рабочий прототип современного светодиода.

Первые современные светодиоды (СД, СИД, LED) были созданы в начале шестидесятых годов. У них было слабое красное свечение, их применяли в качестве индикаторов включения в самых разных приборах. В 90-х появились синие, желтые, зеленые и белые светодиоды. Их стали выпускать в промышленных масштабах многие компании. Сегодня LED-диоды применяются повсеместно: в светофорах, лампочках, автомобилях и так далее.

Устройство

Светодиод представляет полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, который создает оптическое излучение при прохождении через него тока в прямом направлении.

Стандартный индикаторный светодиод выполнен из следующих частей;

1 — Эпоксидная линза 2 — Проволочный контакт 3 — Отражатель 4 — Полупроводник (Определяет цвет свечения) 5 и 6 — Электроды

7 — Плоский срез

В основании светодиода закрепляются катод и анод. Все устройство сверху герметично закрыто линзой. На катоде установлен кристалл. На контактах имеются проводники, которые подсоединены к кристаллу p-n-переходом (проволока соединения для объединения двух проводников с различными типами проводимости). Для создания стабильной работы светодиода применяется теплоотвод, который необходим для осветительных приборов. В индикаторных приборах тепло не имеет решающего значения.

DIP-диоды имеют выводы, которые монтируются в отверстия печатной платы, они при помощи пайки подсоединяются на электрический контакт. Имеются модели с несколькими кристаллами различного цвета в одном корпусе.

SMD-светодиоды сегодня являются наиболее востребованными источниками света любых форматов.

• Основа корпуса, куда крепится кристалл, является отличным проводником тепла. Благодаря этому в разы улучшился отвод тепла от кристалла. • В структуре белых светодиодов между линзой и полупроводником имеется слой люминофора, который нейтрализует ультрафиолет и задает необходимую цветовую температуру.

• В SMD-компонентах, имеющих широкий угол излучения, линза отсутствует. При этом сам светодиод выделяется формой параллелепипеда.

Chip-On-Board (COB) представляют новейшее практическое достижение, которое должно занять в искусственном освещении лидерство в создании белых светодиодов.

Устройство светодиодов по технологии COB предполагает следующее:

На алюминиевую основу посредством диэлектрического клея крепят десятки кристаллов без подложки и корпуса.
Полученная матрица покрывается общим слоем люминофора. В итоге получается источник света, который имеет равномерное распределение светового потока без возможности появления теней.

Разновидностью Chip-On-Board является Chip-On-Glass (COG) технология, предусматривающая размещение на поверхности из стекла множества мелких кристаллов. К примеру, это филаментные лампы, где излучающим элементом является стеклянный стержень со светодиодами, которые покрыты люминофором.

Принцип действия

Несмотря на технологические особенности и разновидности, работа всех светодиодов основывается на общем принципе функционирования излучающего элемента;

преобразование электроэнергии в световой поток осуществляется в кристалле, который выполнен из полупроводников с самым разным типом проводимости;
материал с n-проводимостью обеспечивают путем легирования его электронами, а материал с p-проводимостью при помощи дырок. В результате в сопредельных слоях появляются дополнительные носители заряда разной направленности;
при подаче прямого напряжения стартует движение электронов, а также дырок к p-n-переходу;
заряженные частицы проходят барьер и начинают рекомбинировать, вследствие этого протекает электрический ток;
процесс рекомбинации электрона и дырки в зоне p-n-перехода идет выделением энергии в качестве фотона.

В целом, указанное физическое явление свойственно всем полупроводниковым диодам. Однако длина волны фотона в большинстве случаев располагается за пределами видимого спектра излучения. Чтобы элементарная частица двигалась в диапазоне 400-700 нм, ученые проводили множество опытов и экспериментов с разными химическими элементами. В итоге появились новые соединения: фосфид галлия, арсенид галлия и более сложные формы. У каждой из них своя длина волны, то есть свой цвет излучения. К тому же, кроме полезного света, который испускает светодиод, на p-n-переходе образуется некоторое количество теплоты, которое уменьшает эффективность полупроводникового прибора. Именно поэтому в конструкции мощных светодиодов предусматривается эффективный отвод тепла.

Разновидности

На текущий момент LED-диоды могут быть следующих видов:

Осветительные, то есть с большой мощностью. Их уровень освещенности равен вольфрамовым и люминесцентным источникам света.
Индикаторные – с небольшой мощностью, их применяют для подсветки в приборах.

Индикаторные LED-диоды по типу соединения делятся на;

двойные GaP (галлий, фосфор) – имеют зеленый и оранжевый свет в структуре видимого спектра;
тройные AIGaAs (алюминий, мышьяк, галлий) – имеют желтый и оранжевый свет в структуре видимого спектра;
тройные GaAsP (мышьяк, галлий, фосфор) – имеют красный и желто-зеленый свет в структуре видимого спектра.

По типу корпуса светодиодные элементы могут быть;

DIP — устаревшая модель низкой мощности, их применяют для подсветки световых табло и игрушек;
«пиранья» или Superflux – аналоги DIP, но с четырьмя контактами. Они применяются для подсветки в автомобилях, меньше нагреваются и лучше крепятся;
SMD – самый распространенный тип, применяются во множестве источников света;
COB – это усовершенствованные светодиоды SMD.

Применение

Область применений светодиодов условно можно разделить на две широкие категории:

Освещение.
С использованием прямого света.

Светодиод в освещении применяется для освещения объекта, пространства или поверхности, вместо того, чтобы быть непосредственно видимым. Это интерьерная подсветка, фонарики, освещение фасадов зданий, освещение в автомобилях, подсветка клавиш мобильных телефонов и дисплеев и так далее. Широкое применение LED-диоды находят в коммуникаторах и сотовых телефонах.

Прямой светодиодный свет применяется для передачи информации, к примеру, в полноцветных видео дисплеях, в которых LED-диоды формируют пиксели дисплея, а также в алфавитно-цифровых табло. Прямой свет также применяется сигнальных устройствах. К примеру, это индикаторы поворота и стоп-сигналы автомобилей, светофоры и знаки.

Будущее светодиодов

Ученые создают LED-диоды нового поколения, к примеру, на основе нано-кристаллических тонких пленок из перовскита. Они дешевые, эффективные и долговечные. Исследователи надеются, что такие LED-диоды будут применяться вместо обычных экранов ноутбуков и смартфонов, в том числе в бытовом и уличном освещении.

Создаются и волоконные LED-диоды, которые предназначены для создания носимых дисплеев. Ученые считают, что создаваемый метод производства волоконных светодиодов позволит наладить массовый выпуск и сделать интеграцию носимой электроники в одежду и текстиль совершенно недорогой.

Типичные характеристики

LED-диоды характеризуются следующими параметрами;

цветовая характеристика;
длина волны;
сила тока;
напряжение (тип применяемого напряжения);
яркость (интенсивность светового потока).

Светодиодная яркость пропорциональна протекающему через него току, то есть чем напряжение будет выше, тем будет больше яркость. Единицей силы света служит люмен на стерадиан, она также измеряется в милликанделах. Бывают яркие (20-50 мкд.), а также сверх яркие (20000 мкд. и более) LED-диоды белого свечения.

Величина падения напряжения – характеристика допустимых значений прямого и обратного включений. Если подача напряжений выше этих значений, то наблюдается электрический пробой.

Сила тока определяет яркость свечения. Сила тока осветительных элементов обычно равняется 20 мА, для индикаторных светодиодов она составляет 20-40 мА.

Цвет излучения светодиода зависит от активных веществ, внесенных в полупроводниковый материал.

Длина волны света определяется разностью энергий при переходе электронов на этапе рекомбинации. Она определяется легирующими примесями и исходным полупроводниковым материалом.

Достоинства и недостатки

Среди достоинств светодиодов можно отметить:

Малое потребление электроэнергии.
Долгий срок службы, измеряемый 30-100 тысячами часов.
Высокая светоотдача. Светодиоды дают 10-250250 люменов светового потока на ватт мощности.
Нет ядовитых паров ртути.
Широкое применение.

Недостатки:

Низкие характеристики у некачественных светодиодов, созданных неизвестными производителями.
Сравнительно высокая цена качественных светодиодов.
Необходимость качественных источников питания.

Похожие темы:

electrosam.ru