|
 Первые светодиоды, полезные для промышленности, были созданы американцем Ником Холоньяком. Они базировались на структуре GaAsP/GaP. В 60-е годы светодиоды из GaP могли издавать жёлтое и красное свечение. Процент излучённых фотонов от общего числа перенесённых через p-n-переход элементарных зарядов (внешний квантовый выход) не превышал 0,1%. Волна излучения была длинною 500-600 нм, что попадало в область чувствительности человеческого глаза, а значит, яркость этого излучения жёлто-зелёного цвета была достаточной, для использования её в целях индикации.
В дальнейшем светодиоды развивались в двух направлениях – расширялся спектр излучения и увеличивался квантовый выход. Немало поработали в этой сфере учёные Советского Союза. В 1970-е годы Ж. И. Алфёровым были разработаны многопроходные двойные гетероструктуры, благодаря которым была ограничена активная область рекомбинации, что увеличило внешний квантовый выход. За счёт использования гетероструктур на основе арсенидов галлия-алюминия, красная часть спектра увеличилась до 15% (при световой отдаче в 10 Лм/Вт), а инфракрасная – до более чем 30%. В 2000 году учёный получил Нобелевскую премию за это изобретение.
Проведя ряд исследований других гетероструктур, учёные смогли создать эффективные светодиоды, излучение которых было в других областях спектра. К примеру, компания Hewlett Packard разработала светодиоды на основе фосфидов алюминия-галлия-индия, которые излучали желто-зеленый, красно-оранжевый и желтый свет. Их внешний квантовый выход достигал 55%, а световая отдача - 30 Лм/Вт, что больше, чем у ламп накаливания. При этом ширина полосы спектра, в которой излучают свет светодиоды, значительно уже, чем у ламп накаливания, и составляет она всего 20–50 нм. Светодиоды находятся посредине, между излучающими белый свет лампами различных типов (где смешиваются излучения разных спектров) и монохроматичным светом лазеров (излучение которых имеет чёткую длину волн). Излучение, которое исходит от светодиодов, называют узкополосным или квазимонохроматическим.
В качестве источников света определённой окраски, светодиоды намного лучше, чем лампы накаливания со светофильтрами. К примеру, лампа накаливания с красным светофильтром имеет световую отдачу 3 Лм/Вт, а красные светодиоды – не менее 30 Лм/Вт. Американская компания Lumileds выпустила приборы Luxeon, которые способны обеспечить 50 Лм/Вт для красной и даже 65 Лм/Вт для оранжево-красной части спектра. А жёлто-оранжевые светодиоды способны даже на 100 Лм/Вт!
Довольно долгий период времени не удавалось изготовить приборы, которые излучали бы синий свет. Но недавно Ш. Накамура из компании Nichia Chemical справился с этой задачей, использовав гетероструктуру на основе нитрида индия-галлия InGaN. В сине-зеленой области спектра квантовый выход – до 20%, а световая отдача близка к показателям люминесцентных ламп и составляет 60–80 Лм/Вт.
После изобретения синих светодиодов замкнулся RGB-круг. Теперь, смешивая существующие цвета, можно получить любой оттенок, даже белый цвет. Смешивать можно как несколько светодиодов разных цветов, так и соединить синие, зеленые и красные кристаллы в одном трёхкристальном светодиоде.
Для получения белого света можно покрыть синий светодиод жёлтым люминофором. Такие белые светодиоды характеризуются отличной цветопередачей, а световая отдача в них достигает 30 Лм/Вт, что превышает аналогичные технические характеристики лампы накаливания. К тому же, цена белых светодиодов значительно ниже, чем трёхкристальных. В 2002 году, на Lightfair-2002, компанией Lumileds Lighting был представлен белый Luxeon, мощность которого составила 5 Вт с потоком 120 Лм.
Ещё один способ – возбуждение трехслойного люминофора светодиодом ультрафиолетового спектра, приблизительно так же, как это происходит в кинескопе цветного телевизора. Роль электронной пушки кинескопа в этом случае исполняет ультрафиолетовый светодиод.
Корпус светодиода может быть совсем крошечных размеров, ведь его кристалл – почти что точечный источник света. Главным требованием к конструкции светодиода является фокусирование света в конкретно заданном угле и минимизация потерь излучения при выходе его во внешнюю среду. Важно также эффективно отводить тепло от кристалла. Большинство светодиодов имеют 5-миллиметровый корпус, однако есть и исключения. К примеру, светодиоды высокой яркости нуждаются в массивном теплоотводе. |
