Jedna od najrevolucionarnijih tehnologija 21. stoljeća,-diode koje emituju svjetlost (LED) mijenjaju način na koji komuniciramo, osvjetljavamo naše domove i komuniciramo s vanjskim svijetom. To je priča o upornosti, kreativnosti i revolucionarnim-otkrićima koja su ih dovela od opskurnih naučnih fenomena do široko korištenih rješenja za rasvjetu. Ovaj članak prikazuje razvojLED diodekroz vrijeme, naglašavajući inovacije koje su omogućile njihovu trenutnu upotrebu.
1. Rani nalazi: porijeklo elektroluminiscencije (1907-1960-e)
Fenomen elektroluminiscencije, odnosno oslobađanja svjetlosti iz tvari kada kroz nju teče električna struja, osnova je LED tehnologije. Henry Joseph Round, britanski istraživač, napravio je prvo zapažanje ovog koncepta 1907. godine kada je otkrio da kristal silicijum karbida (SiC) daje slab sjaj kada se primeni napon. Uprkos tome što je bio nenamjeran i slabo shvaćen, Roundov nalaz je bio prva elektroluminiscencija koja je dokumentovana.
Oleg Losev, ruski pronalazač, izgrađen je na Roundovom radu 1920-ih. Losev je pisao-opširnije članke o "svjetlosnim relejima" dok je istraživao kristale silicijum karbida i cink oksida. Također je sugerirao da elektroluminiscencija može poslužiti kao osnova za korisne izvore svjetlosti. Ali zbog tehničkih ograničenja tog vremena, njegova studija je uglavnom bila zanemarena, a njegov doprinos se pamtio tek decenijama kasnije.
U 1950-im i 1960-im nastupila je zora savremene LED ere, budući da su nove mogućnosti omogućene razvojem nauke o poluvodičima. Materijale kao što su galijum arsenid (GaAs) i galijum fosfid (GaP) istraživali su istraživači iz RCA, General Electric i IBM. Infracrvenu LED diodu su 1961. izumili Robert Biard i Gary Pittman, ali ključno otkriće je napravio naučnik General Electrica Nick Holonyak mlađi. Holonyak je 1962. razvio prvu LED diodu vidljivog{6}}spektra 1962., koristeći kristal galij-arsenid fosfida (GaAsP) za generiranje crvene svjetlosti Poznat kao "otac LED-a", Holonyak je napravio tadašnje-futurističko predviđanje da će LED lampe na kraju zamijeniti žarulje sa žarnom niti.
2. Revolucija boja (1970-1980): Proširivanje spektra
Crveno{0}}crveno svjetlo niskog intenziteta koje proizvode rane LED diode bilo je prikladno samo za indikatorska svjetla koja se koriste u satovima, kalkulatorima i drugim napravama. Sedamdesetih godina prošlog veka istraživanje je bilo vođeno željom za novim bojama i povećanom efikasnošću.
Zelene i žute LED diode: Početkom 1970-ih izumitelji su stvorili zelene i žute LED diode dopiranjem galij fosfida dušikom. Oni su narasli i uključili indikatore na kontrolnoj tabli za automobile i semafore.
LED diode koje su plave: Sveti gral Zbog izazova stvaranja visoko-kvalitetnih kristala galijum nitrida (GaN), plava svjetlost je ostala nedostižna. Rast je bio težak zbog visoke temperature topljenja GaN i neusklađenosti rešetke sa supstratima. Koristeći metalorgansko hemijsko taloženje pare (MOCVD), istraživači kao što su Isamu Akasaki i Hiroši Amano u Japanu su ustrajali i napravili značajan napredak u razvoju GaN na safirnim podlogama u kasnim 1980-im.
Prvu-plavu LED diodu velike svjetline kreirao je 1993. godine Shuji Nakamura iz Nichia Corporation, što je označilo posljednji značajan napredak. Polje je transformisano Nakamurinim izumom, koji je koristio indijum galijum nitrid (InGaN) za aktivni sloj. Pored kompletiranja RGB trijade boja, plave LED diode omogućile su bijele LED diode primjenom fosfornog premaza (više o tome kasnije). Reputacija plave LED diode kao izuma{5}}koja mijenja igru učvršćena je kada su Akasaki, Amano i Nakamura 2014. dobili Nobelovu nagradu za fiziku za svoje napore.
3. Osvetljavanje sveta: Proboj bele LED diode (1990-2000)
Opšte osvetljenje zahteva belo svetlo. Prije LED dioda, miješanje crvene, zelene i plave LED diode za stvaranje bijele svjetlosti bila je teška i neefikasna procedura. Uvođenje plavih LED dioda ponudilo je jednostavnije rješenje: primjenu žutog fosfora (kao što je cerijum-dopirani itrijum aluminijski granat, ili YAG:Ce) na plavu LED diodu. Kada je fosfor pobuđen plavom svjetlošću, on oslobađa širok spektar svjetlosti koja se kombinuje sa bilo kojom preostalom plavom svjetlošću kako bi stvorila bijelo.
U kasnim 1990-im, ova tehnika-poznata kao fosfor-konvertirana bijele LED diode, ili PC{3}}LED- postala je ekonomski izvodljiva. Do 2000-ih, bijele LED diode sa efikasnošću većom od žarulja sa žarnom niti i fluorescentnih sijalica masovno su-proizvodile firme kao što su Cree, Philips i Osram.
Važne prekretnice uključuju:
Svjetlosna efikasnost: Do 2010-ih, efikasnost se povećala sa 5 lm/W (crvenoLED diodeod 1960-ih) do preko 150 lm/W.
Smanjenje troškova: Između 2000. i 2015. godine, poboljšane metode proizvodnje (kao što je proizvodnja-vafera) smanjile su cijene za 90%.
Usvajanje u rasvjeti: Da bi uštedjele energiju, vlade širom svijeta podsticale su upotrebu LED dioda. Na primjer, nagrada L za 2008. koju je izdalo Ministarstvo energetike SAD-a ubrzala je usvajanje LED svjetala kao zamjene za one sa žarnom niti od 60 W.
4. Izvan rasvjete: pametna tehnologija i diverzifikacija (2010-te – danas)
Danas se LED diode koriste za više od pukog osvjetljenja. Brojne upotrebe su omogućene razvojem nauke o materijalima i minijaturizacije.
a. Vizuelna tehnologija i displeji
Organske LED diode, ili OLED, su fleksibilni, vrlo tanki ekrani koji se mogu vidjeti u pametnim telefonima (kao što su Samsungovi AMOLED paneli).
Mikro-LED: samo-pikseli koji emituju za AR/VR slušalice i-TV visoke definicije.
Li-Fi: Modulacija svjetlosti pomoću LED dioda za bežični prijenos podataka.
b. Osvetljenje fokusirano na ljude
Ovih dana LED diode koje se mogu podesiti mijenjaju temperaturu boje kako bi replicirale cikluse prirodnog sunca, poboljšavajući kvalitet sna i produktivnost. „Cirkadijanska rasvjeta“ se koristi u školama i bolnicama za kontrolu nivoa melatonina.
c. Poljoprivreda i baštovanstvo
LED svjetla za uzgoj koriste određene valne dužine (crvenu i plavu za fotosintezu, na primjer) kako bi maksimizirali razvoj biljaka. LED diode su neophodne za cjelogodišnju proizvodnju usjeva na vertikalnim farmama.
d. Transport i automobili
Zbog svoje robusnosti i prilagodljivosti u dizajnu, LED diode su industrijski standard za osvjetljenje vozila. LED diode se koriste u trenutnim EV-ima za bilo šta, od farova do indikatora statusa baterije, a Audijeva LED dnevna svjetla iz 2004. započela su trend.
5. Inovacije i poteškoće
LED diode nastavljaju da se suočavaju s preprekama uprkos svom uspjehu:
a. Drooping Efficiency
Efikasnost LED dioda opada pri velikim strujama zbog topline i curenja elektrona. GaN-on-GaN supstrati i dizajn kvantnih bunara su dva načina za smanjenje nedostataka.
b. Environmental Issues
Teški metali i rijetki{0}}elementi, kao što je europijum u fosforu, nalaze se u LED diodama. Zabrinutost u vezi sa e-otpadom izaziva nedostatak u postrojenjima za reciklažu.
c. Kvalitet boje
Prikaz boja rane bijele bojeLED diode was subpar (CRI). Modern violet-pumped phosphors and quantum dot LEDs (QLEDs) may now match natural light in CRI (>90).
6. Budućnost LED dioda
Nove tehnologije imaju potencijal da unaprijede LED diode:
Perovskite LED diode: niska-cijena, vrlo boja{1}}čisti materijali.
UV-C LED diode: Za pročišćavanje i sterilizaciju vode.
Integracija LiDAR-a: 3D mapiranje pomoću LED dioda u automobilima koji se samostalno voze.
Razvoj LED dioda, od rasvjetnog kristala Henryja Rounda do plave LED diode Shuji Nakamure, dokaz je ljudske genijalnosti i međudisciplinarne saradnje. Više od polovine svjetske rasvjete sada ima LED-napajanje, što smanjuje emisiju ugljika i štedi milijarde dolara u troškovima energije.LED diodenastavit će voditi tehnološku revoluciju dok se nastavlja istraživanje pametnijeg, zelenijeg i prilagodljivijeg osvjetljenja, pokazujući da čak i najmanja dioda može osvijetliti planetu.
http://www.benweilight.com/ceiling-rasvjeta/led-downlights/ugradna-downlights-led-can-spotlight.html
