Великое открытие физиков двадцатого века: полупроводниковый светодиод
Светодиод — прибор полупроводникового типа с электронно-дырочным переходом, который излучает свет определенной длины волны под воздействием тока, пропускаемого в прямом направлении.
В основе светодиода лежит кристалл полупроводникового типа, закрепленный на основе из меди или алюминия. Сверху кристалл закрывается слоем силикона и линзой из пластмассы. Вместе они образуют оптическую систему.
Элементы помещают в корпус с контактами (анодом и катодом). Верхние слои кристалла, соприкасающиеся с контактными зонами, легированы донорскими и акцепторными аддитивами.
Открытие светодиода
Предпосылки к появлению твердотельных полупроводящих элементов заложил еще Майкл Фарадей в 1833 году, обнаружив повышение электрической проводимости в сульфиде серебра (полупроводнике) с ростом температуры. Фарадей не смог объяснить причину эффекта.
В 1874 году Фердинанд Браун описал проводимость электрического тока полупроводниками только в одном направлении. Но объяснить свойство, противоречащее закону Ома он не смог. Открытие Брауна стало востребованным спустя пол века, когда на его основе создали детекторный приемник.
Гринлиф Виттер Пикард в 1906 году запатентовал детектор кристаллической структуры. Он установил, что ряд таких кристаллических материалов, как галенит, кремний, и др., при контакте с металлом действует как выпрямитель и демодулятор переменного тока высокой частоты, который возникает в антенне при приеме радиоволн.
Впервые на эффект электролюминесценции обратил внимание английский ученый Генри Рауд в 1907 году. Проводя эксперименты с током, проходящим через металл-карборунд. Он заметил свечение, которое испускал твердотельный диод, изучил и описал его.
В 1923 году подобный эксперимент поставил советский экспериментатор Олег Лосев. Лосев проводил свой эксперимент независимо от Рауда, возможно, вовсе не знал о нем. Свечение ученый-физик (на тот момент лаборант) заметил при контакте карборунда со стальной проволокой.
В 1927 г Лосев получил патент на «Световое реле». Физик до конца жизни занимался исследованиями данной области. Нашел более эффективные полупроводники, создал удобный полупроводниковый прибор на основе цинкита, заметно повышающий качество радиоприема. Он сделал еще ряд важнейших открытий, которые легли в основу современных высокотехнологичных устройств на основе полупроводниковых светодиодов, в том числе, открыл явления предпробойной электролюминесценции и инжекционной люминесценции.
Вероятно, ученый имел шансы сделать еще более грандиозные научные достижения, но умер в блокадном Ленинграде. Судьба работ, над которыми он трудился последние годы жизни, неизвестна.
Лампы на основе полупроводниковых светодиодов стали выпускать в промышленных масштабах лишь в 1951 году.
1961 год ознаменовался открытием инфракрасного светодиода. Разработали и запатентовали его Р. Байард и Г. Питтман. Были запущены в производство индикаторные лампы с красным и желто-зеленым излучением.
В конце 1960-х Hewlett-Packard собрала первый в мире рекламный светодиодный дисплей, состоящий из красных диодов с очень низкой яркостью.
Открытия Лосева легли в основу научных изысканий японского физика Лео Исаки, который спустя 30 лет после открытия Лосева, установил, что прибор Лебедева являлся туннельным диодом, за что получил Нобелевскую премию в 1973 году.
В последующие годы ученые активно работали над увеличением яркости и диапазона излучения полупроводниковых светодиодов.
В 1970-х годах советский академик Жорес Иванович Алферов на базе арсенида галлия на подложке вырастил многопроходную двойную слоистую структуру, образованную полупроводниками с различной шириной запрещенной зоны (гетероструктуру). В области контакта таких полупроводников образуется повышенное количество носителей заряда, что в видимой, для человеческого глаза области, проявляется заметно более ярким свечением светодиодов, по сравнению с гомоструктурами (полупроводниками с единственной шириной запрещенной зоны).
Открытие было удостоено Ленинской и Нобелевской премий. После этого началось серийное промышленное производство светодиодов.
В 1976 году Hewlett-Packard запустил производство светодиодов с желтым, красно-оранжевым, желто-зеленым свечением.
Дж. Панковым были созданы светодиоды, излучающие фиолетовый и синий свет, однако срок их службы был настолько мал, что промышленного применения они не нашли.
Уже в середине 1980-х годов светодиоды массово производились в СССР, западных странах, Японии и Китае. Их стали применять в качестве самостоятельных осветительных приборов (карманные фонарики), монтировать в автомобили и пр.
Дальнейшее развитие светодиодной промышленности до не давнего времени было направлено на увеличение яркости, уменьшение размеров светодиодов и расстояния между ними, а также на повышение срока службы.
В последние время ученые делают акцент на создание органических светодиодов (OLED). Их главное достоинство — очень малые размеры и особенности производства. Органические полупроводниковые элементы наносит на подложку специальный «принтер». Технология напоминает струйную печать. Уже существуют OLED экраны. При уменьшении стоимости производства, они мгновенно получат широкое распространение.
Где применяют светодиоды?
Первые светодиоды, выпущенные серийно, были тусклыми их применяли как индикаторные лампы в различных приборах. С увеличением яркости расширилась область применения. Их стали устанавливать для подсветки в автотранспортных средствах. Начался выпуск портативных фонариков со светодиодными лампами.
В настоящее время, полупроводниковые светодиоды применяют повсеместно:
- для освещения жилых и нежилых помещений;
- освещения улиц;
- в портативных фонариках;
- в телефонах/смартфонах в качестве встроенных фонариков различной мощности;
- в транспортных средствах;
- для изготовления светодиодных вывесок/светодиодных табло;
- для производства аптечных крестов;
- в производстве интерьерных и экстерьерных светодиодных экранов различных конструкций для рекламы, спортивных трансляций, оформления сцен;
- для изготовления светодиодных занавесей;
- при оформлении архитектурных сооружений;
- для создания уникального интерьера (светодиодные фигуры, экраны необычных форм);
- при изготовлении информационных табло;
- в приборостроении, в качестве индикаторов.
Что такое каркасы для светодиодных экранов и как их выбрать? Читайте об этом здесь.
Описание ТОП-10 самых известных медиафасадов вы найдете в нашей статье.
Какое будущее ждет светодиоды?
Несомненно, производство светодиодов — направление перспективное. Люди постепенно от ламп накаливания и опасных ртутных ламп переходят к светодиодным источникам освещения, которые потребляют значительно меньше энергии, дают много света и служат гораздо дольше обычных ламп. Ученые работают над усовершенствованием осветительных приборов на полупроводниковых светодиодах и создании еще большего разнообразия предложений на рынке.
Другое перспективное направление — органические светодиоды. Ввиду сравнительно высокой стоимости производства, они еще некоторое время будут оставаться довольно дорогими. На сегодняшний день, OLED уверенно производят 3 компании: Samsung, Panasonic, LG.
Технология, разработанная специалистами Kodak и выкупленная компанией LG, значительно легче в производстве, и позволяет создавать экраны больших размеров, чем технология конкурирующей Samsung.
Уже существуют и гибкие, прозрачные OLED смартфоны. Их серийное производство также считается перспективным.
3 thoughts on “ Великое открытие физиков двадцатого века: полупроводниковый светодиод ”
Просто удивительно как создание светодиода отразилось на мире. Сейчас куда не посмотри, всё либо сделано на основе этого изобретения, либо светодиоды являются обязательным элементом. Очень интересно что наш ждёт в дальнейшем, особенно в сфере органики. Будущее уже здесь, товарищи
Источник
Когда был создан светящийся нот
- Главная
- О компании
- Продукция
- Авиационные шары-маркеры
- Бализор (OBSTA BALISOR)
- Проверка ламп Бализор
- История появления неоновых ламп
- Сигнальная лампа-маркер
- Крышка кабельного лотка
- Кабельный лоток с кпышкой
- Контакты
История появления неоновых ламп
Первые светильники на основе разряда в газе были созданы в 1858 г. немецким стеклодувом Генрихом Гайслером (Geissler) в сотрудничестве с физиком Юлиусом Пулкером. Этому способствовал тот факт, что к тому времени уже существовал более или менее пригодный для этих целей источник электроэнергии — так называемая индуктивная катушка. Она была разработана Даниэлем Римкорфом и её действие было основано на принципе ЭДС самоиндукции, когда устройство, будучи подключённым к низковольтному источнику постоянного тока, вырабатывает импульсы высокого напряжения, подобно катушке зажигания автомобилей.
Однако светильники Гайслера не имели практического использования и в то время рассматривались исключительно как забавные опыты или электрические игрушки. Их индустриальное применение в конце XIX в. было невозможно из-за низкой надёжности электродов и источников питания, в качестве которых по-прежнему выступала индуктивная катушка. Но главной проблемой было отсутствие подходящего газа. Все исследуемые газы в процессе свечения лампы неизбежно вступали в реакции с материалом электродов, а иногда и стекла, и расходовались, образуя новые химические соединения. Это приводило к быстрому выходу ламп из строя.
В самом конце 19 века служащий компании «General Electric» Даниэль МакФарлан Мур (Daniel McFarlan Moore) изготовил газосветную лампу, наполненную двуокисью углерода (СО₂) — углекислым газом. Лампа, дающая равномерное свечение, имела длину до 6 м. Но углекислый газ отнюдь не инертен, и в результате химических реакций внутри лампы его количество постоянно сокращалось. Иначе говоря, лампа требовала дозаправки. Вообще вся система освещения, основанная на «трубках Мура», как их тогда называли, была весьма громоздкой и дорогой, что помешало её повсеместному внедрению.
Истинное начало эры газоразрядных ламп было положено в 1898 году совсем другим, гораздо менее шумным и зрелищным событием. Шотландский химик Уильям Рамзай (William Ramsay) совместно с Моррисом Уильямом Трейверсом (Morris William Travers) открыл НЕОН — инертный газ, содержащийся в воздухе в микроскопических количествах.
Итак, пока два события — открытие учёного Рамзая и изобретение служащего «Дженерал Электрик» Мура — связывала между собой лишь дата. Они произошли в одном и том же, 1898 году. Но тут в газосветном деле, как и во многих областях техники того времени, засияла французская инженерная мысль.
Изначально парижанин Жорж Клод даже и не думал о неоне. Он родился 24 сентября 1870 г., а свои эксперименты над газами начал в самом конце XIX в., работая инженером в Парижской школе физики и химии. Жорж хотел разработать метод дешёвого получения высококачественного кислорода. Именно ради этого проекта 6 мая 1899 г. Клод вместе со своим приятелем по студенческой скамье Полем Делорме (Paul Delorme) открыл фирму с капиталом 7500 франков.
Жорж Клод (24.09.1870 – 23.05.1960)
Клод собирался продавать кислород больницам и газосварщикам, что сулило по тем временам немалые барыши. Однако газ никак не хотел выделяться в чистом виде. Он неизменно появлялся с «отходами» — инертными газами. Клод понимал, что примеси инертных газов никак не мешают тем целям, для которых он получал кислород. Но его, как талантливого инженера, занимал вопрос их применения, тем более получить неон по сходной технологии ему было вполне по силам. Вспомнив о заокеанских светящихся трубках, он стал — пока только ради эксперимента — под низким давлением заполнять инертными газами запаянные стеклянные сосуды. Наполненные неоном трубки под действием электрических разрядов светились ярким красным светом!
Предприимчивый француз тут же оценил потенциал полученного результата. «Кислородный» бизнес был заброшен. Теперь инженерная мысль Клода заработала в ином направлении. Он решил привлечь внимание общественности к неоновому свету и выставил в 1910 г. в Grand Palais пока ещё не рекламную, а художественную композицию с использованием неоновых трубок. Увидев «неземной свет», знакомый Клода Жак Фонсекью предложил использовать благородные газы для нужд наружной рекламы. Год спустя появился патент на неоновую рекламу, а вместе с ним и фирма Claude Neon Lights.
В 1912 г. предприимчивый помощник Клода продаёт первую рекламную вывеску маленькой парикмахерской на бульваре Монмартр. Ещё через год неоновую вывеску Cinzano высотой около метра установили на крыше одного из парижских домов. Клод тем временем старательно совершенствовал неоновые трубки. Их «слабым» местом оставались электроды. В 1915 г. он запатентовал своё самое удачное изобретение — электроды с высокой степенью сопротивления коррозии. Благодаря этому нововведению конструкция лампы значительно упрощалась. Кстати, Клод мечтал украшать своими лампами дома как снаружи, так и внутри.
На период Первой мировой войны его дело затормозилось, но в начале 1920-х гг. мир настиг рекламный бум. Жорж Клод стал продавать лицензии на производство неоновой рекламы за пределами Франции, и уже к концу 1924 г. они были раскуплены по всему миру, но больше всего в США. В 20-е гг. словосочетание «Неон Клода» было настолько устойчиво, что многие американцы были уверены, что «Неон» — это имя изобретателя.
В 1950 г. компания Claude Neon Lights выпустила первые авиационные заградительные огни на базе неоновых ламп с холодным катодом.
В 1960 г. была создана первая модель неоновой лампы Бализор ( BALISOR) для системы светового ограждения высоковольтных проводов ЛЭП.
В 1992 году компания Claude Neon Lights приобретена группой компаний CITEL и продолжает выпускать авиационные огни светового ограждения на базе неоновых ламп под торговой маркой OBSTA .
Источник