Једна од најреволуционарнијих технологија 21. века,-диоде које емитују светлост (ЛЕД) мењају начин на који комуницирамо, осветљавамо наше домове и комуницирамо са спољним светом. То је прича о истрајности, креативности и револуционарним-открићима која су их довела од опскурних научних феномена до широко коришћених решења за осветљење. Овај чланак приказује развојЛЕД диодекроз време, наглашавајући иновације које су омогућиле њихову тренутну употребу.
1. Рани налази: Порекло електролуминисценције (1907–1960-е)
Феномен електролуминисценције, односно ослобађања светлости из супстанце када кроз њу тече електрична струја, основа је ЛЕД технологије. Хенри Џозеф Раунд, британски истраживач, направио је прво запажање овог концепта 1907. године када је открио да кристал силицијум карбида (СиЦ) даје слаб сјај када се примени напон. Упркос томе што је био ненамеран и слабо схваћен, Раундов налаз је био прва електролуминисценција која је документована.
Олег Лосев, руски проналазач, изграђен је на Роундовом раду 1920-их. Лосев је писао-подробне чланке о „светлосним релејима“ док је истраживао кристале силицијум карбида и цинк оксида. Такође је сугерисао да електролуминисценција може послужити као основа за корисне изворе светлости. Али због техничких ограничења времена, његова студија је углавном била занемарена, а његов допринос се памтио тек деценијама касније.
У 1950-им и 1960-им наступила је зора савремене ЛЕД ере јер су нове могућности омогућене развојем науке о полупроводницима. Материјале као што су галијум арсенид (ГаАс) и галијум фосфид (ГаП) истраживали су истраживачи из РЦА, Генерал Елецтриц и ИБМ. Роберт Биард и Гари Питтман су 1961. изумили инфрацрвену ЛЕД диоду, али је кључно откриће направио научник Генерал Елецтрица Ник Холониак млађи. Холониак је развио прву ЛЕД диоду са видљивим{6}}спектром 1962. године, користећи кристал галијум арсенид фосфида (ГаАсП) за генерирање црвене свјетлости. Познат као „отац ЛЕД-а“, Холоњак је направио тадашње-футуристичко предвиђање да ће ЛЕД лампе на крају заменити лампе са жарном нити.
2. Револуција боја (1970-1980): Проширивање спектра
Црвено{0}}црвено светло ниског интензитета које су производиле прве ЛЕД диоде било је прикладно само за индикаторска светла која се користе у сатовима, калкулаторима и другим уређајима. Седамдесетих година прошлог века истраживање је било вођено жељом за новим бојама и повећаном ефикасношћу.
Зелене и жуте ЛЕД диоде: Почетком 1970-их, проналазачи су створили зелене и жуте ЛЕД диоде допирањем галијум фосфида са азотом. Они су порасли и укључили индикаторе на контролној табли за аутомобиле и семафоре.
ЛЕД диоде које су плаве: Свети грал Због изазова стварања високо{0}}квалитетних кристала галијум нитрида (ГаН), плава светлост је остала неухватљива. Раст је био тежак због високе температуре топљења ГаН и неусклађености решетке са супстратима. Користећи металорганско хемијско таложење паре (МОЦВД), истраживачи као што су Исаму Акасаки и Хироши Амано у Јапану су истрајали и постигли значајан напредак у развоју ГаН на сафирним подлогама крајем 1980-их.
Прву плаву ЛЕД диоду велике{0}}осветлине креирао је 1993. Шуји Накамура из Ницхиа Цорпоратион, што је представљало последњи значајан напредак. Поље је трансформисано Накамуриним проналаском, који је користио индијум галијум нитрид (ИнГаН) за активни слој. Поред комплетирања РГБ тријаде боја, плаве ЛЕД диоде су омогућиле беле ЛЕД диоде наношењем фосфорног премаза (више о томе касније). Репутација плаве ЛЕД диоде као изума{5}}која мења игру је зацементирана када су Акасаки, Амано и Накамура 2014. добили Нобелову награду за физику за своје напоре.
3. Осветљавање света: Пробој беле ЛЕД диоде (1990-2000-е)
Опште осветљење захтева бело светло. Пре ЛЕД диода, мешање црвене, зелене и плаве ЛЕД диоде за стварање беле светлости била је тешка и неефикасна процедура. Увођење плавих ЛЕД диода понудило је једноставније решење: наношење жутог фосфора (као што је церијум-итријум-алуминијумски гранат, или ИАГ:Це) на плави ЛЕД. Када је фосфор узбуђен плавом светлошћу, он ослобађа широк спектар светлости која се комбинује са било којом преосталом плавом светлошћу да би се створила бело.
Касних 1990-их, ова техника-позната као фосфор-конвертује беле ЛЕД диоде или ПЦ{3}}ЛЕД-постала је економски изводљива. До 2000-их, беле ЛЕД диоде са ефикасношћу већом од сијалица са жарном нити и флуоресцентних сијалица масовно су-производиле компаније као што су Црее, Пхилипс и Осрам.
Важне прекретнице укључују:
Светлосна ефикасност: До 2010-их, ефикасност је порасла са 5 лм/В (црвеноЛЕД диодеод 1960-их) до преко 150 лм/В.
Смањење трошкова: Између 2000. и 2015. године, побољшане методе производње (као што је производња-вафера) смањиле су цене за 90%.
Усвајање у осветљењу: Да би уштедели енергију, владе широм света подстицале су употребу ЛЕД диода. На пример, награда Л за 2008. коју је доделило Министарство енергетике САД убрзала је усвајање ЛЕД светла као замене за оне са жарном нити од 60 В.
4. Изван осветљења: паметна технологија и диверзификација (2010-те – данас)
Данас се ЛЕД диоде користе за више од само осветљења. Бројне употребе су омогућене развојем науке о материјалима и минијатуризације.
а. Визуелна технологија и дисплеји
Органске ЛЕД диоде, или ОЛЕД, су флексибилни, веома танки екрани који се могу видети у паметним телефонима (као што су Самсунг-ови АМОЛЕД панели).
Микро-ЛЕД: само-пиксели који се емитују за АР/ВР слушалице и телевизоре{2}}високе дефиниције.
Ли{0}}Фи: Модулација светлости помоћу ЛЕД диода за бежични пренос података.
б. Осветљење фокусирано на људе
Ових дана, подесиви ЛЕД-ови мењају температуру боје да би поновили циклусе природног сунца, побољшавајући квалитет сна и продуктивност. „Циркадијанско осветљење“ се користи у школама и болницама за контролу нивоа мелатонина.
ц. Пољопривреда и баштованство
ЛЕД светла за узгој користе одређене таласне дужине (црвену и плаву за фотосинтезу, на пример) да максимизирају развој биљака. ЛЕД диоде су неопходне за -целогодишњу производњу усјева на вертикалним фармама.
д. Транспорт и аутомобили
Због своје робусности и прилагодљивости дизајна, ЛЕД диоде су индустријски стандард за осветљење возила. ЛЕД диоде се користе у тренутним електричним возилима за било шта, од фарова до индикатора статуса батерије, а Аудијева ЛЕД дневна светла из 2004. започела су тренд.
5. Иновације и потешкоће
ЛЕД диоде настављају да се суочавају са препрекама упркос свом успеху:
а. Дроопинг Еффициенци
Ефикасност ЛЕД диода опада при великим струјама због топлоте и цурења електрона. ГаН-он{2}}ГаН супстрати и дизајн квантних бунара су два начина за смањење недостатака.
б. Енвиронментал Иссуес
Тешки метали и ретки{0}}елементи, као што је европијум у фосфору, налазе се у ЛЕД диодама. Забринутост у вези са е-отпадом изазива недостатак у постројењима за рециклажу.
ц. Квалитет боје
Приказ боја раног белогЛЕД диоде was subpar (CRI). Modern violet-pumped phosphors and quantum dot LEDs (QLEDs) may now match natural light in CRI (>90).
6. Будућност ЛЕД диода
Нове технологије имају потенцијал да унапреде ЛЕД диоде:
Перовските ЛЕД: ниска-цена, веома боја{1}}чисти материјали.
УВ-Ц ЛЕД диоде: За пречишћавање и стерилизацију воде.
Интеграција ЛиДАР-а: 3Д мапирање коришћењем ЛЕД диода у аутомобилима који се самостално возе.
Развој ЛЕД диода, од светлосног кристала Хенрија Раунда до плавог ЛЕД-а Шуџија Накамуре, доказ је људске генијалности и међудисциплинарне сарадње. Више од половине светске расвете сада има ЛЕД-напајање, што смањује емисију угљеника и штеди милијарде долара у трошковима енергије.ЛЕД диоденаставиће да води технолошку револуцију док се наставља истраживање паметнијег, зеленијег и прилагодљивијег осветљења, показујући да чак и најмања диода може да осветли планету.
