Изобретение светодиодной лампы
Несмотря на снижение стоимости, цена на светодиоды оставалась высокой вплоть до 1990-х гг. Исходящие световые лучи были слабоваты, и подходили только для использования в качестве индикаторов. Но в конце прошлого века три сотрудника японской корпорации Nichia Chemical Industries (Хироси Амано, Сюдзи Накамура и Исама Акасаки) сдвинули прогресс с мертвой точки, создав недорогой светодиод с синим свечением.
Благодаря низкой стоимости люминофорных светодиодов и довольно высокому световому потоку, стало возможным массовое производство светодиодных ламп.
Последним шагом на пути к созданию современных светодиодных ламп с высоким световым потоком стало производство первого модуля по технологии COB (Chip-on-Board) в 2003 году компанией Citizen Electronics. Citizen Electronics первыми начали использовать диэлектрический клей для монтажа кристаллов от Nichia на алюминиевую подложку, необходимой для поглощения выделяемого тепла.
Светодиодные лампы нашли применение в создании бытового, рекламного, декоративного, индикаторного и другого освещения. Человек подстраивает это изобретение под свои потребности во многих сферах деятельности. Светодиоды создают излучение для передачи телефонных и интернет сигналов по оптоволоконным кабелям, связывающих пульты управления с контролируемой техникой. LED-кристаллы делают мир ярче и светлее, но кому принадлежит авторство создания «суперсветильников»?
История [ править | править код ]
Первое известное сообщение об излучении света твёрдотельным диодом было сделано в 1907 году британским экспериментатором Генри Раундом [en] из Маркони Лабс [en] . Раунд впервые открыл и описал электролюминесценцию, обнаруженную им при изучении прохождения тока в паре металл — карбид кремния (карборунд, SiC), и отметил жёлтое, зелёное и оранжевое свечение на катоде.
Эти эксперименты были позже, независимо от Раунда, повторены в 1923 году О. В. Лосевым, который, экспериментируя в Нижегородской радиолаборатории с выпрямляющим контактом из пары карборунд — стальная проволока, обнаружил в точке контакта двух разнородных материалов слабое свечение — электролюминесценцию полупроводникового перехода (в то время понятия «полупроводниковый переход» ещё не существовало).
Лосев показал, что электролюминесценция возникает вблизи спая материалов [2] . Теоретического объяснения явлению тогда не было. Лосев вполне оценил практическую значимость своего открытия, позволявшего создавать малогабаритные твёрдотельные (безвакуумные) источники света с очень низким напряжением питания (менее 10 В) и очень высоким быстродействием. Им были получены два авторских свидетельства на «Световое реле» (первое заявлено в феврале 1927 г.) [3]
В 1961 году Джеймс Роберт Байард (англ.) русск. и Гари Питтман из компании Texas Instruments открыли технологию инфракрасного светодиода на основе арсенида галлия (GaAs). После получения патента в 1962 году началось их промышленное производство.
Первый в мире практически применимый светодиод, работающий в световом (красном) диапазоне, разработал Ник Холоньяк в Университете Иллинойса для компании General Electric в 1962 году. Холоньяк, таким образом, считается «отцом современного светодиода».
Его бывший студент, Джордж Крафорд (англ.) русск. , изобрёл первый в мире жёлтый светодиод и улучшил яркость красных и красно-оранжевых светодиодов в 10 раз в 1972 году. В 1976 году Т. Пирсол создал первый в мире высокоэффективный светодиод высокой яркости для телекоммуникационных применений, специально адаптированный к передаче данных по волоконно-оптическим линиям связи.
Светодиоды оставались чрезвычайно дорогими вплоть до 1968 года (около $200 за штуку), их практическое применение было ограничено. Исследования Жака Панкова в лаборатории RCA привели к промышленному производству светодиодов; в 1971 году им был получен первый синий светодиод [4] [5] .
Компания «Монсанто» была первой, организовавшей массовое производство светодиодов, работающих в диапазоне видимого света и применимых в индикаторах. Компании «Хьюллет-Паккард» удалось использовать светодиоды в своих ранних массовых карманных калькуляторах.
В середине 1970-х годов в ФТИ им. А. Ф. Иоффе группой под руководством Жореса Алфёрова были получены новые материалы — полупроводниковые гетероструктуры, в настоящее время применяемые для создания лазерных и светодиодов [6] [7] . После этого началось серийное промышленное производство светодиодов.
В начале 1990-х Исама Акасаки, работавший вместе с Хироси Амано в университете Нагоя, а также Сюдзи Накамура, работавший в то время исследователем в японской корпорации «Nichia Chemical Industries», изобрели технологию изготовления синего светодиода (LED).
Синий светодиод, в сочетании с зелёным и красным, дает белый свет с высокой энергетической эффективностью, что позволило в дальнейшем создать, среди прочего, светодиодные лампы и экраны со светодиодной подсветкой. В 2003 году, компания Citizen Electronics первой в мире произвела светодиодный модуль по запатентованной технологии непосредственно вмонтировав кристалл от Nichia на алюминиевую подложку с помощью диэлектрического клея по технологии Chip-On-Board.
Светодиодные лампы нашли применение в создании бытового, рекламного, декоративного, индикаторного и другого освещения. Человек подстраивает это изобретение под свои потребности во многих сферах деятельности. Светодиоды создают излучение для передачи телефонных и интернет сигналов по оптоволоконным кабелям, связывающих пульты управления с контролируемой техникой. LED-кристаллы делают мир ярче и светлее, но кому принадлежит авторство создания «суперсветильников»?
История создания светодиодов
Впервые о свечении твердого кристалла под влиянием тока человечество узнало в начале XX столетия.
1907 — британец Генри Раунд провел эксперименты, в процессе которых заметил цветное свечение при похождении электричества через соединение металла с карбидом кремния (карборундом). Так была открыта электролюминесценция.
1923 – в СССР ученый-физик Олег Лосев пропустил ток через соединение карбида кремния со сталью, и увидел слабый свет в точке соприкосновения карборунда с металлическим сплавом. Несмотря на публикацию в научных источниках, общество не придало значения этому открытию. Позже, в 1927 году, Лосев создал твердотельное «световое реле», работающее от источника питания 10 В.
1961 – следующим шагом в разработке современных ламп стало изобретение инфракрасного светодиода. Открытие сделали сотрудники американского производителя Texas Instruments. Г. Питтман и Р. Байард, которые чуть позже запатентовали свое детище.
1962 – первое применение светодиода на практике в американском гиганте General Electrics. Кристаллы с красным свечением были созданы в Университете Иллинойса Ником Холоньяком.
Себестоимость первых светодиодов достигала 200$ — огромные деньги для середины XX века. Научно-технический прогресс позволил удешевить производство твердотельных источников света, и с 1968 года крупные корпорации обратили внимание на возможную выгоду от использования таких элементов в своей продукции.
1971 – американец украинского происхождения Жак Панков в лабораторных условиях получает синее излучение от кристаллов. Начинается эра светодиодов, первые массовые партии индикаторов были произведены компанией Monsanto, и использованы в калькуляторах HP.
1972 – ученик Холоньяка Джордж Крафорд улучшает силу света красных светодиодов в 10 раз, и находит способ получить желтое излучение.
Принцип работы [ править | править код ]
При пропускании электрического тока через p-n-переход в прямом направлении носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой [1] ).
Не все полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть к таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа A III B V (например, GaAs или InP)
Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают. Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. Советский жёлтый светодиод КЛ 101 на основе карбида кремния выпускался ещё в 70-х годах, однако имел очень низкую яркость. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.
Светодиодные лампы — лампы будущего | онлайн журнал электрика
Мы с Вами можем видеть пока есть свет. Днём — солнце, ночью — электрическая лампочка. Длительное время под лампочкой мы все понимали электрическую лампу накаливания. Долго и верно она служила человеку пока ей на замену не пришла более экономичная, люминесцентная лампа. Она с развитием технологий равномерно эволюционировала в лампочку под названием «Экономка». Но все те же технологии медленно но уверенно уже начинают постепенно теснить экономки ещё более лучшем светилом. Название ему — светодиодные лампочки либо led лампы. Думаю, в наше время не достаточно найдется таких людей, которых можно удивить малеханькой пылающей лампочкой интегрированной в различную современную электротехнику. Эта лампочка именуется полупроводниковым светодиодом. Сущность ее работы очень ординарна. Есть два материала имеющие малость различные характеристики внутренней проводимости (из-за примесей внутри), один из которых именуется зоной «n», а 2-ой зоной «p». 1-ый обладает излишком электронов, а 2-ой их недочетом. Но самое увлекательное происходит не в них, а меж ними. Электроны при определённых критериях, а конкретно при переходе электрона из более высокого энергетического уровня на более маленький (процесс рекомбинации электронов и дырок) в нашем полупроводнике происходит выброс лишней энергии в виде пучка света (поточнее выброса фотонов — частиц света).
В конечном итоге выходит, что под воздействием электронного тока происходит беспрерывная рекомбинация частиц в светодиоде и в итоге — поток света. Показателем свойства любого элемента и устройства является его коэффициент полезного деяния (КПД). В случае с источниками света КПД приемущественно зависит от такового соотношения — сколько процентов от общей затраченной электроэнергии пошло на преобразование в свет, ну, а сколько на тепло. У лампочек накаливания, к сожалению, в тепло расходуется большая часть энергии. У люминесцентных ламп показатель светоотдачи намного выше. И наилучший будет — у светодиодных ламп.
1-ые варианты светодиодов, в силу несовершенства материала из которых они делались, хоть числились наилучшими источниками света в отношении КПД, но они не могли выдавать достаточную мощность. Даже засветив огромное количество светодиодов сразу, итог был не тот. Но с развитием технологий удалось достигнуть улучшения яркости свечения в разы, что сейчас уже позволяет сделать устройство с размерами обыденных лампочек, а с потоком света намного ярче и экономичнее, ежели их предшественники.
Светодиодные лампочки либо led лампы представляют собой светоизлучающее устройства состоящие из огромного количества интегрированных внутрь светодиодных полупроводниковых частей и которые, сейчас, владеют лучшими характеристиками. У данных светодиодных ламп имеется только один недстаток, это относительно высокая цена. Она, как и все новые продукты, пока только набирает свои обороты популярности (производители обещают, что уже к 2021 году светодиодные лампы выйдут на 1-ое место по их использованию в быту).
Главными критериями новых источников являются маленький размер ламп, долговечность и низкое энергопотребление. Конкретно светодиоды, отвечающие всем этим требованиям, числятся главным претендентом на смену лампам накаливания и люминесцентным. В то время, как все имеющиеся на сегодня источники освещения достигли собственной наибольшей световой эффективности, светодиоды приблизились только к 10% собственных способностей.
Основными преимуществами светодиодов перед лампами накаливания является длинный срок службы, более высочайший световой выход, безопасность, отсутствие нагревания. Светодиоды испускают чистый белоснежный свет, в то время как лампы накаливания излучают и в инфракрасном диапазоне. Практически 95% электричества, потребляемого лампами накаливания, уходит в тепло, потому для помещений, в каких употребляется огромное количество ламп накаливания, требуется проводить дополнительные работы по кондиционированию и охлаждению воздуха. Лампы накаливания потребляют на 80% больше электроэнергии, чем светодиоды, для них требуется больше мощности.
Сравнивая светодиоды с люминесцентными лампами, нельзя говорить совершенно точно о преимуществе первых. На нынешний момент световая эффективность белоснежных светодиодов в два раза меньше, чем у люминесцентных ламп, а стоимость – выше. Тут сначала следует учесть тот факт, что для большинства случаев, где используются в текущее время люминесцентные лампы, по техническим свидетельствам и условиям эксплуатации прибыльнее и безопаснее использовать конкретно светодиодное освещение. Например, в угледобывающих шахтах употребляются так именуемые “взрывобезопасные” люминесцентные лампы, которые работают от напряжения в 127 В. Если происходит бросок напряжения (рядовой случай для забоев и шахт), люминесцентная лампа сразу угасает. Точно так же ведут себя лампы при любом отклонении от норм эксплуатации – при тряске либо снижении температуры воздуха.
Не считая того, использованные люминесцентные лампы после окончания срока эксплуатации должны быть подвергнуты неотклонимой утилизации, как ртутьсодержащие отходы (РСО). Для справки: раз в год в Рф на 1 млн. населения приходится около 80000 отработанных люминесцентных ламп (либо 16 тонн РСО). Цена утилизации 1 т РСО составляет 300 баксов США. Несложно подсчитать, что ежегодные расходы лишь на утилизацию люминесцентных ламп для Рф должны составлять сумму порядка 700 000 баксов.
На практике срок службы люминесцентных ламп и в особенности ламп накаливания оказывается короче срока, обозначенного изготовителем. Это разъясняется тем, что часто условия их эксплуатации не соответствуют нормативам – если изменяется напряжение в сети либо температура окружающего воздуха, или же осветительные приборы подвергаются внезапным механическим воздействиям, лампы перегорают либо бьются еще чаще, чем можно ожидать. Светодиоды, как твердотелые источники света, не содержат стекла, нитей накаливания либо сменных деталей, их трудно разбить, и они менее чувствительны к перепадам напряжения в электросетях.
И так, подведём результат: будущее за светодиодными лампочками либо led лампами, но пока происходит естественное обновление старых технологий на более новые, будем дружно отдавать своё предпочтение испытанным годами электроосветительным устройствам, зайдя в магазин, что бы приобрести замену перегоревшей лампочки в своём доме.
P.S. А Вы понимаете, что средняя длительность эксплуатации энергосберегающих люминесцентных лампочек равна до 15 000 часов, а у новых светодиодных она от 20 000 до 100 000 часов.
Познакомьтесь с лампами фирмы Rich LED
Светодиодная лампа Rich LED, RL-E27-S6
Потребляемая мощность – 6 Вт
Заменяет обычную лампу накаливания – 60 Вт
Световой поток – 420 Лм (холодный), 360 Лм (теплый)
Цветовая температура – 6000/3000 K
Цоколь – Е27
Напряжение – 220 В, 50 Гц
Срок службы – 50000 часов
Светодиодная лампа Rich LED, RL-E27-S3
Потребляемая мощность – 3.5 Вт
Заменяет обычную лампу – 45 Вт
Световой поток – 300 Лм (холодный белоснежный), 260 Лм (теплый белоснежный)
Цветовая температура – 6000/3000 K
Цоколь – Е27
Напряжение – 220 В, 50 Гц
Срок службы – 50000 часов
Дюралевый радиатор
Прозрачная крышка, закрывающая светодиоды
Светодиодная лампа Rich LED, RL-E14-S3
Потребляемая мощность – 3.5 Вт
Заменяет обычную лампу – 45 Вт
Световой поток – 300 Лм (холодный белоснежный), 260 Лм (теплый белоснежный)
Цветовая температура – 6000/3000 K
Цоколь – Е14
Напряжение – 220 В, 50 Гц
Срок службы – 50000 часов
Дюралевый радиатор
Прозрачная крышка, закрывающая светодиоды
Светодиодная лампа NL-Т8
Потребляемая мощность: 10 Вт
Входное напряжение: 220 В
Цветовая температура:
— прохладный белоснежный – 6000-6500K
— теплый белоснежный – 2700-3500K
Cветовой поток:
— прохладный белоснежный – 1000 Лм
— теплый белоснежный – 650 Лм
Угол раскрытия луча: 120°
Температура использования: от 0°C до 60°C Количество светодиодов: 144 шт.
Цоколь: G13 Гарантийный срок: 3 года
