Мировая революция синего светодиода

В этом году Нобелевская премия по физике досталась за изобретение, которое если и не спасло весь мир, однако сделало его значительно более эффективным. Речь идет о синих светодиодах, которые дали толчок технической революции в гаджетах, на производстве и в быту. Они освещают улицы, позволяют смотреть фильмы и хранить данные. Вот краткая история мировой революции синего светодиода.

Нынешнюю Нобелевскую премию получили разработчики этого типа LED Исаму Акасака, Хироши Амано и Шуджи Накамура. Первые два работают в японском Университете Нагоя, а второй – в Университете Калифорнии.

Сами светодиоды изобрели еще в 50-х годах, однако они имели только один цвет – красный. Зеленый появился чуть позже, что позволило реализовать различные индикаторы в технике. Однако инженерам нужен был белый светодиод, который бы позволил делать гораздо больше, чем индикаторы в компьютерах и часах.

«Сегодня на освещение уходит примерно 20% всей электроэнергии, – говорит сотрудник Кембриджского университета Колин Хампфри. – Переход на лампы с LED сэкономит до 50%».

Добавление цвета

Ключом к появлению белого светодиода был синий цвет, который при прохождении через желтый фосфор давал белый свет. Создание таких LED оказалось сложной задачей – до 1980-х годов мир знал только красный и зеленый цвета.

Причина такой технологической задержки – в методиках производства электроники. Светодиоды состоят из многих слоев полупроводников, которые при приложении тока генерируют свет. Цвет последнего зависит от материала полупроводника, например, красный дают кристаллы арсенида галлия.

Исследователи знали, что для синего цвета необходимо объединить нитрид галлия с индием, однако технологии того времени не позволяли создать подобный элемент. Причина в том, что структура нитрида галлия должна совпадать со слоями, которые его окружают. Иначе появляются дефекты, которые будут препятствовать образованию света.

В 1986 году ученые наконец смогли наладить необходимый производственный процесс, в чем им помог дополнительный слой материала. Они вырастили кристалл нитрида галлия на сапфировой основе, которая была покрыта нитридом алюминия. В то же время Накамура нашел другой способ выращивания кристалла нитрида галлия при низких и высоких температурах.


Сравнение денежных затрат на потребленную электроэнергию для различных типов ламп

Голубые фильмы

Появление светодиодов синего цвета дала значительный толчок для развития электроники. Например, они сделали возможными синие лазеры, используемые в проигрывателях дисков формата Blu-ray. Они имеют максимальную емкость по сравнению с другими форматами оптических носителей из-за того, что синий лазер имеет наименьшую длину волны, и его можно сфокусировать в точку меньшей площади. Благодаря этому на диске помещается больше информации.

Кроме десятков дополнительных гигабайт, синий светодиод позволил сэкономить на освещении. Лампы на базе LED работают до 100 тыс. часов – в 10 раз дольше, чем флуоресцентные, и в 100 раз дольше обычных накаливания. «Скорее выходят из строя электронные системы управления в лампе LED, чем сами светодиоды», – говорит Хампфри.

В будущем производители могут сократить затраты на электроэнергию еще на 5%, заменив фосфор в светодиоде. Благодаря этому спектр такой лампы станет ближе к солнечному и приятным для людей. «Это может улучшить здоровье тех, кто работает посменно, – говорит Хампфри. – Такие работники имеют сегодня высокие шансы заболеть раком».

По материалам: TechToday

Posted in Разное Tagged with: ,

Что еще об этом знает Google :)

Реклама