ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ И РАЗВИТИЯ СВЕТОДИОДОВ
ІСТОРІЯ СТВОРЕННЯ Й РОЗВИТКУ СВІТЛОДІОДІВ
Світіння кристалів карбіду кремнію під час протікання електричного струму
Історія світлодіоду бере свій початок ще з початку ХХ століття. У 1907 році англійський дослідник Генрі Раунд запропонував технологію, на яку опирається світлодіод. Він виявив світіння навколо контакту працюючого детектору. У британській лабораторії Marconi вперше у світі була зафіксована люмінесценція в карбіді кремнію. Згодом, у 1923 році, російський вчений Олег Володимирович Лосєв знайшов зв'язок цього явища. В Нижегородській лабораторії він спостерігав за світінням кристалів карбіду кремнію при вивченні явища випромінюючої рекомбінації. Лосєв першим у світі довів електролюмінесценцію напівпровідників, тобто випромінювання ними світла під час протікання електричного струму. Це стало першим кроком на шляху створення світлодіодів, але протягом кількох десятиліть цьому відкриттю не знаходили практичного застосування.
Промислова розробка напівпровідникових ламп розпочалась лише у 1951 році. У США був створений центр із розробки «напівпровідникових ламп», що діють на основі «ефекту Лосєва». Очолив його фізик і винахідник Курт Лєговєц. У 1955 році Рубін Браунштайн з Radio Corporation of America заявив по наявність інфрачервоного випромінювання арсеніду галію (GaAs) в комбінації з іншими напівпровідниковими сплавами. Браунштайн спостерігав інфрачервоне випромінювання, що генерувалося звичайною діодною структурою на основі антимоніду галію (GaSb), арсеніду галію, фосфіду індію (InP) та кремнієво-германієвого сплаву (SiGe) при кімнатній температурі.
Перший червоний світлодіодний дисплей
У 60-х рр. ХХ століття були створені перші світлодіоди з GaP, що випромінювали червоне й жовто-зелене світло. Довжина хвилі, яку випромінювали ці пристрої, перебувала в межах верхньої межі сприйняття людського ока (500-600 нм), тому з метою індикації цього жовто-зеленого світіння було цілком достатньо. Світлова віддача цих світлодіодів становила близько 1-2 Лм/Вт.

1962 року в Іллінойському університеті США під керівництвом Ніка Холоньяка були створені перші світлодіоди промислового призначення на основі структур GaAsP/GaP. І саме Нік Холоньяк вважається «батьком» сучасних світлодіодів.
У 1968 році створюють першу світлодіодну лампу для індикатора Monsanto. Того ж року в США компанія Hewlеtt-Packard розробила й випустила перший у світі рекламний світлодіодний екран. Це був дисплей із дуже слабким світловим потоком, інформація на якому відображалась лише за допомогою червоного кольору. До початку 70-х рр. видимі й інфрачервоні світлодіоди були дуже дорогими й коштували до $ 200 за одиницю, у зв’язку з чим не мали широкого практичного застосування. У 1968 році корпорація Monsanto вперше налагодила серійний випуск видимих світлодіодів, в яких використовувався фосфід арсенію галію для вироблення червоного світлодіоду, що підходив би для індикаторів.
Світлодіод із пластиковою оболонкою-корпусом
В семидесятих роках ХХ століття починається стрімкий розвиток цієї галузі. Світлодіоди почали вдосконалювати зразу у двох напрямках: розширення діапазону випромінювання і збільшення світлового потоку. Крім того, під керівництвом російського вченого Жореса Івановича Алфьорова були розроблені багатопрохідні подвійні гетероструктури, завдяки яким була обмежена активна ділянка рекомбінації, що збільшило зовнішній квантовий вихід. Були запропоновані і практично виготовлені гетероструктури – спочатку на основі GaAs і його твердих розчинів типу AlGaAs, а згодом на основі інших напівпровідникових з’єднань, причому червона частина спектру збільшилась до 15% (світлова віддача до 10 Лм/Вт), а інфрачервона – до 30% і більше. Проте важливість цього відкриття була визнана лише у 2000 році. Жорес Іванович Алфьоров став лауреатом Нобелівської премії. Понад те, в ті ж семидесяті роки в лабораторіях компанії ІВМ у США створили голубі діоди на основі епітаксіальних плівок GaN. Але слугували такі світлодіоди станом на той момент дуже недовго.
У 1976 році компанія Hewlett-Packard розробила й випустила світлодіоди на основі фосфідів алюмінію-галію-індію червоно-оранжевого, жовтого й жовто-зеленого кольорів. Їхня світлова віддача досягала 30 Лм/Вт (це більше, ніж у ламп розжарювання), а зовнішній квантовий вихід – 55%. Згодом, - а саме на початку восьмидесятих років, - вчені МГУ імені Ломоносова Чукічев Михайло Васильович і Сапарін Геннадій Васильович виявили яскраве люмінесцентне світіння часточок зразка GaN, легованого цинком, під впливом на нього електронного пучка. Зрозуміти причину цього явища вченим тоді так і не вдалося.
Синій світлодіод
Починаючи з 1985 року, потік світла, що випромінювали світлодіоди, збільшився до 10 Лм і їх стали використовувати як самостійні світлові елементи. Проблема пристроїв з випромінюванням у синьому колірному діапазоні довго не знаходила свого рішення. І лише 28 березня 1991 року японська компанія Nichia Chemical виготовила світлодіоди, що давали синє світіння. Цей день можна вважати «днем народження» синіх світлодіодів. «Батьком» цього винаходу став японський вчений доктор Шуї Накамура (Shuji Nakamyra). Йому вдалося розв’язати цю проблему за допомогою гетероструктури на основі нітриду індію-галію InGaN. Завдяки цьому винаходу замкнулося «RGB-коло» і стало можливим з’єднання синіх, жовтих і червоних кристалів в одному трьохкристальному світлодіоді. Цей винахід дав можливість отримувати будь-який колір випромінювання. У 1993 році компанія Nichia Chemical Industries розпочала масове виробництво голубих світлодіодів на основі GaN.

На початку 90-х рр. світловіддача світлодіодів досягає 30 Лм. У 1997 році Фред Шуберт виготовив перший у світі світлодіод, що випромінював біле світло. А вже 1998 року в Росії компанія Коверт-Лайтс почала випускати світлодіоди нового покоління. Наприкінці ХХ століття провідні світові компанії з виробництва світлодіодів (наприклад, Toyoda Gosei, Hewlett-Packard, Nichia Chemical, Cree) виготовляли по кілька десятків мільйонів голубих і зелених світлодіодів на місяць. Світловидатність світлодіодів досягла 60 Лм/Вт. З того часу світлодіоди стали адекватною альтернативою лампам розжарювання. Загальна кількість світлодіодів, що випускали в Росії, прирівнювалась до 100 мільйонів штук на рік, а у світі – до десятків мільярдів.

З 2000 року компанії Nichia Chemical й Osram почали масове виробництво світлодіодів. В тому ж році «Велика Трійка» компаній LumiLeds/Philips, Osram/Cree та GELcore/Uniroyal/GE інвестувала понад 70 мільйонів доларів у дослідження, пов’язані з розвитком і можливостями застосування й виробництва світлодіодів. З появою світлодіодів у світі стрімко почав розвиватися рекламний бізнес.

До середини 2006 року на території США кількість електронних рекламних «білбордів» прирівнювалась до 200 штук, а вже через рік вона стала удвічі більшою. Завдяки такій рекламі відбувся відчутний стрибок в усіх галузях виробництва й реалізації продукції.

Наприкінці 2006 року світлодіоди стали невід’ємною частиною сучасного ринку, а сфера їхнього застосування значно розширилась. Світлодіоди стали дуже активно використовувати для виробництва мобільних пристроїв, різноманітних табло, екранів і моніторів, автомобільної світлотехніки.

2008 рік – Університет Bilkent, що в Туреччині, повідомив про досягнення яскравості люмінесцентної ефективності 300 люменів у видимій ділянці світла світлодіоду, побудованого на монокристалі.

2009 рік – дослідники з Кембриджського Університету повідомили, що запустили технологічний процес для того, аби вирощувати азотування галію (GaN) для створення LEDs безпосередньо не кремнієві. Видатки виробництва можна було зменшити на 90%, використовуючи шестидюймові кремнієві підкладки замість двохдюймових підкладок із сапфіру.

2010 рік – корпорація Nichia повідомила про розробку експериментальних світлодіодів, які, завдяки кільком вдосконаленням у конструкції й матеріалах, зробили значний крок вперед у підвищенні ККД джерел світла. Один із розроблених світлодіодів при струмі 5 мА показав рекордну ефективність, - 265 Лм/Вт -, що вже зовсім близько до теоретичної межі для білих світлодіодів, яку японські вчені оцінюють у 260-300 люменів на ват. Для порівняння: звичайні лампи розжарювання видають 13-17 Лм/Вт, а люмінесцентні світильники – 60-90. Японці стверджують, що експерименти будуть продовжені, оскільки резерви для підвищення ККД ще є. І хоча нинішні рекордні взірці світлодіодів занадто дорогі для масового випуску, однак у майбутньому ціни мають знизитися, - обіцяють дослідники з Nichia.

У 2010 році застосування світлодіодів в якості альтернативного загального освітлення не перевищувало 5%, що становило близько 200 мільйонів доларів. Однак до 2011 року ця цифра зросла майже до 1 мільярда доларів і, за прогнозами аналітиків, вона щороку буде лише зростати.

Грандіозні LED-проекти ХХІ століття
Найбільший світлодіодний дисплей в Токіо
Компанія Mitsubishi Electric виготовила найбільший у світі дисплей, ідентичний трьом тенісним кортам, складеним разом. В цьому гігантському екрані застосували технологію Aurora Vision – його поверхня складається з кількох мільйонів яскравих світлодіодів. Причому повторюваний візерунок з точок трьох базових кольорів підібраний таким цікавим чином, що дозволяє отримати максимальне вирішення в кольорі з заданою кількістю світлодіодів. Новинка, встановлена на іподромі в Токіо, має висоту 11,2 метра, а глибину – 66,4 метра, тобто площа її становить близько 744 квадратних метрів. Коштував такий екран 28 мільйонів доларів, а його замовником виступила Японська Асоціація Верхогонів JRA. Тепер вболівальники можуть спостерігати за деталями змагань в усій красі та ще й одночасно бачити деталі, зняті на кілька камер.

В Китаї на вулицях дуже багато світлодіодів, а одними з найяскравіших нічних об’єктів є гігантська світлодіодна медіа-стіна в Пекіні й телевежа в Гуанчжоу. Прекрасні взірці комбінації альтернативної енергетики та світлодіодного медіа-носія.

Окрім того, в Пекіні сконструйований повноколірний світлодіодний екран величезних розмірів. Його запуск був присвячений літній Олімпіаді-2008. Екран вбудований у піддашок над пішохідною зоною і розташований на висоті 24 метрів при в ході до мегамоллу міста. Комбінація з п’яти світлодіодних екранів утворює суцільну поверхню розмірами 250 х 30 м і має площу 7500 м2 – справді гігантський світлодіодний екран.

Телевежа в Гуанчжоу
Світлодіодна стіна в Пекіні
Світлодіодний екран у Пекіні
Казино в Макао
Казино в Макао (Спеціальна Адміністративна Область (SAR)) (Китай) відомі тим, що сліпучі вогні й екстравагантні споруди конкурують із самим Лас-Вегасом. Grand Lisboa Hotel встановив інтелектуальну систему освітлення, використовуючи при цьому програмовану технологію від Daktronics, яка комбінує зовнішні ефекти освітлення, здатні створювати й показувати задані текстові повідомлення, графіку, мультиплікацію та відеозображення. Дизайн будівлі Grand Lisboa Hotel був натхненним жовтою квіткою лотоса, що є офіційною емблемою Makao SAR. В майбутньому, коли будівля буде завершена, вона являтиме собою високу вежу, що здіймається з овальної основи подіуму. Сам овальний подіум, параметри якого вимірюються 56 метрами (184 фути) висоти і 189 метрами (620 футів) ширини із загальною площею близько 10 609 квадратних метрів, повністю освітлений понад 59 000 ProPixel-LED лампами від Daktronics.

Нью-Йорк, відома площа Таймс Сквер. Екран знаменитої студії «АВС». Повноцінний світлодіодний дисплей площею в кілька квадратних метрів. Цей екран був змонтований з 16 мільйонів світлодіодних елементів.

Одним із найбільших екранів, сконструйованим китайськими виробниками на експорт, вважається LED-екран, який встановили в єгипетському місті New Giza. Його площа становить 1208 м2, а крок екрана – 32 мм. Він адаптований до гарячого клімату й піщаного вітру, а його монтаж на місці зайняв 1 місяць часу.

Екран студії «abc» в Нью-Йорку
Екран у місті New Giza
Світлодіодний екран на стадіоні команди Atlanta Bravers
Світлодіодний екран на стадіоні команди Atlanta Bravers став найбільшим у світі зовнішнім відеоекраном високого розрізнення. До його запуску в класі HD світлодіодних екранів лідером був відеоекран фірми Daktronics для стадіону Dolphins у Маямі. Він являє собою два великих дисплеї ProStarB® з розрізненням 1280 х 720 пікселів кожен. Цей відеоекран має площу 636м2.
Світлодіодний екран Viva Vision у Лас-Вегасі
У Лас-Вегасі на вулиці Фрімонд працює найбільший у світі світлодіодний екран Viva Vision ціною в 17 мільйонів доларів. Більше року робітники трудилися над заміною майже двох мільйонів звичайних лампочок на 12,5 мільйонів світлодіодів. Нові світлодіоди, розташовані на висоті 30 метрів від землі, здатні покращити якість зображення на 900% у порівнянні з їхніми попередниками, в результаті даючи зображення, яке за якістю можна порівняти із зображенням телевізора HD останнього покоління. Компанія LG, творець унікального світлодіодного екрану, погодилась заплатити 2,25 мільйона доларів в якості спонсорської підтримки проекту за умови надання права показу реклами її продукції перед 16 мільйонами глядачів щорічно. Довжина гігантського світлодіодного екрану становить 1500 футів (це приблизно 500 метрів), а ширина – 90 футів (30 метрів). Для того, щоб усвідомити, наскільки неймовірними є розміри цього дисплея, можна порівняти його площу з площею п’яти футбольних полів!
Хмарочос Podium в ОАЕ
Де ж іще, якщо не в ОАЕ, може розташуватися хмарочос, однією зі стін якого стане гігантських розмірів LED-екран? Назвали проект Podium, а місце під будівництво видали на території крупного розважального комплексу Dubailand. Світлодіодна стіна висотою у 33 поверхи матиме дещо викривлену форму. Роздивитися зображення можна буде з відстані півтора кілометра.
Шоу роботів «Танцюючі журавлі», Сінгапур

Сінгапурський курортний комплекс Resorts World Sentosa представив грандіозне шоу роботів «Танцюючі журавлі» з гігантськими LED-екранами, яких можна побачити практично з будь-якої точки міста.

В шоу задіяні два 30-метрових підйомних крани, які за висотою можна порівняти з десятиповерховим будинком. Це найвище у світі анімаційне шоу, в якому бере участь «електроніка, що ожила». Крани майже повністю виготовлені зі сталі і кожен з них важить близько 80 тонн. Однак це не заважає танцюючим кранам граційно та красиво відтворювати шлюбні танці журавлів.

Крім підйомних кранів, для створення «Танцюючих журавлів» використовувались LED-екрани, світлові, піротехнічні й звукові ефекти, а також оригінальна музика. Робота над підготовкою шоу велась протягом трьох років. Його автор – чотирикратний володар премії Emmy Джеремі Рейлтон, і саме він створив сценографію концертів зірок світового масштабу: Майкла Джексона, Шер, Барбари Стрейзанд і Даяни Росс.

Світлодіодне освітлення у ХХІ столітті є одним із найперспективніших напрямків у малій енергетиці. Застосування світлодіодних світильників і ламп на промислових підприємствах, складах, у торгівельних комплексах, офісних центрах, міських мережах вуличного освітлення, на автомагістралях і в кожному домі у багато разів підвищує енергоефективність. Сьогодні світлодіодне освітлення, звісно, потребує серйозних грошових вкладень, але з цілковитою упевненістю можна сказати, що економія на електроенергії, яка становить до 90%, за дуже короткий час окупить всі затрати.

Світлодіодне освітлення – це вже не розкіш, а енергоефективний засіб для підвищення комфорту і якості життя!