В ПОМЕЩЕНИИ
Светодиоды (светоизлучающие диоды) в настоящее время широко используются в различных дисплеях и осветительных устройствах, но знаете ли вы, что изобретение синих светодиодов когда-то было серьезной проблемой в области полупроводниковых технологий? Фактически, до 1990-х годов ученые считали, что создание эффективных синих светодиодов практически невозможно. Так что же затруднило разработку синих светодиодов? В этой статье мы рассмотрим научную историю, лежащую в основе этого.
Во-первых, давайте разберемся, как работает светодиод. Светодиод — это полупроводниковое устройство, которое излучает свет, преобразуя электрическую энергию в энергию света. Когда ток проходит через светодиод, электроны переходят из состояния с более высокой энергией в более низкое, высвобождая при этом фотоны, образующие видимый свет, который мы видим. Разные цвета света соответствуют разным энергиям фотонов, и это тесно связано со свойствами полупроводникового материала.
Синий свет имеет более короткую длину волны и гораздо большую энергию, чем красный или зеленый свет. Это означает, что для получения синего света используемый полупроводниковый материал должен иметь более широкую полосу пропускания («зазор» в энергии, через который должны прыгать электроны). Первые светодиодные технологии уже позволяли производить красные и зеленые светодиоды, но материалы, используемые для этих цветов (например, арсенид галлия, GaAs), не подходили для излучения высокоэнергетического синего света.
Ключом к достижению излучения синего света было обнаружение материала с достаточно широкой полосой пропускания. После многих лет исследований нитрид галлия (GaN) стал идеальным материалом благодаря тому, что его энергетическая полоса пригодна для излучения синего света. Однако выращивать высококачественные кристаллы GaN было чрезвычайно сложно, особенно когда речь шла о производстве больших кристаллов без дефектов.
В 1980-х годах исследователи столкнулись с огромными проблемами при выращивании кристаллов и методах легирования GaN. Создание эффективного полупроводника p-типа (слоя, проводящего положительные заряды) в GaN было особенно проблематичным. Без эффективного материала p-типа эффективность синих светодиодов оставалась очень низкой.
Эта проблема была окончательно решена в начале 1990-х годов японскими учеными Сюдзи Накамурой, Исаму Акасаки и Хироши Амано. Они разработали передовые методы эпитаксиального роста, успешно выращивая высококачественные кристаллы GaN на сапфировых подложках и решая проблему легирования p-типа. Этот прорыв позволил воплотить в жизнь эффективные синие светодиоды и открыл новую эру светодиодных технологий.
Изобретение синих светодиодов не только решило техническую проблему излучения света, но и оказало революционное влияние на другие области. Например, в освещении сочетание синих светодиодов с люминофорной технологией привело к созданию белых светодиодов. Эти белые светодиоды, известные своей высокой эффективностью, длительным сроком службы и низким энергопотреблением, постепенно вытеснили традиционные лампы накаливания и люминесцентные лампы. Кроме того, синие светодиоды играют важную роль в технологиях отображения. Современные полноцветные светодиодные дисплеи используют комбинацию красных, зеленых и синих светодиодов для получения ярких и красочных изображений. В секторе наружных дисплеев, например в серии уличных светодиодных дисплеев высокой яркости нашей компании Galax, эта комбинация RGB позволяет использовать решения высокой четкости и высокой яркости в дисплеях наружной рекламы и общественной информации.
Изобретение синих светодиодов — важная веха в истории технологий. Оно решило ключевую проблему материаловедения и заложило основу современных технологий отображения и освещения. Без этого прорыва многие устройства и технологии, на которые мы полагаемся сегодня, были бы невозможны. Размышления об этой истории не только подчеркивают настойчивость и новаторство ученых, но и помогают нам оценить влияние технологии синих светодиодов на мир.
See more from rgbs
