Dezvoltarea LED-urilor comerciale cu lumină albă

Primele LED-uri comerciale au fost frecvent utilizate ca înlocuitori pentru lămpile cu incandescență și indicatoarelle cu neon, și în afișajele cu șapte segmente, în primul rând în echipamente scumpe, cum ar fi echipamente de laborator și de testare electronică, și mai târziu în aparate precum televizoare, aparate de radio, telefoane, calculatoare,și ceasuri. Până în 1968 LED-urile vizibile și în infraroșu au fost extrem de costisitoare, cca. 200 USD, și din această cauză aveau foarte puține utilizări practice. Company Monsanto a fost prima organizație care a produs în masă LED-uri vizibile, folosind fosfo-arseniură de galiu (GaAsP) în 1968 pentru a produce LED-uri roșii adecvate pentru indicatori. Hewlett Packard (HP) a introdus LED-uri în 1968, inițial folosind GaAsP furnizat de Monsanto. Aceste LED-uri roșii au fost suficient de luminoase numai pentru utilizare ca indicatori, lumina nefiind suficientă pentru a ilumina o zonă. Afișajele în calculatoare erau atât de mici încât au fost construite lentilele din plastic peste fiecare cifră pentru a le face lizibile.

Mai târziu, alte culori au devenit disponibile pe scară largă și s-au folosit în aparate și echipamente. În anii 1970 au fost produse de Fairchild Optoelectronics dispozitivele cu LED-uri de succes comercial, la mai puțin de cinci cenți fiecare. Aceste dispozitive independente se compuneau din cipuri semiconductoare fabricate cu procesul planar inventat de Dr. Jean Hoerni la Fairchild Semiconductor. Combinarea procesării plane pentru fabricarea cip-urilor și metodele de ambalare inovatoare au permis echipei de la Fairchild condusă de pionierul în optoelectronică Thomas Brandt să obțină reducerile necesare de costuri. Aceste metode continuă să fie utilizate de către producătorii de LED-uri.

haitz_law
(Ilustrarea legii Haitz, arătând o îmbunătățire a producției de lumină pe LED de-a lungul timpului, cu o scară logaritmică pe axa verticală, https://en.wikipedia.org/wiki/File:Haitz_law.svg)

 

Cele mai multe LED-uri au fost făcute în seturile foarte utilizate de 5 mm T1¾ și 3 mm T1, dar datorită puterii de ieșire din ce în ce mai mare a fost nevoie să se disipe excesul de căldură pentru a menține fiabilitatea, astfel încât seturile au devenit din ce în ce mai complexe, pentru disiparea eficientă a căldurii. Seturile de ultimă generație de LED-uri de mare putere au puține asemănări cu LED-urile timpurii.

LED albastru

LED-urile albastre au fost mai întâi dezvoltate de Herbert Paul Maruska la RCA, în 1972, folosind nitrura de galiu (GaN) pe un substrat de safir. Tipurile SiC au fost vândute comercial în Statele Unite inițial de către Cree în 1989. Dar niciunul dintre aceste LED-uri albastre timpurii nu erau foarte luminoase.

Primul LED albastru de înaltă luminozitate a fost creat de Shuji Nakamura de la Nichia Corporation în 1994, și s-a bazat pe InGaN. În paralel, Isamu Akasaki și Hiroshi Amano în Nagoya au lucrat la dezvoltarea importanta nucleației GaN pe substraturi de safir și dopaj de tip p al GaN. Nakamura, Akasaki și Amano au primit premiul Nobel pentru fizică în 2014 pentru munca lor. În 1995, Alberto Barbieri de la Universitatea din Cardiff Laboratory (Marea Britanie) au investigat eficiența și fiabilitatea LED-urilor de luminozitate mare și au obținut un LED cu “contact transparent” folosind oxid de staniu indiu (ITO) pe (AlGaInP/GaAs).

În 2001 și 2002, s-au reușit procesele pentru creșterea LED-urilor cu nitrurii de galiu (GaN) pe siliciu. În ianuarie 2012, Osram a obținut LED-uri InGaN de mare putere crescute pe substraturi de siliciu comercial.

LED alb

Atingerea unei eficiențe ridicate în LED-urile albastre a fost urmată rapid de dezvoltarea primului LED alb. În acest dispozitiv o acoperire cu fosfor Y3Al5O12:Ce (cunoscut sub numele de “YAG”)  pe emitor absoarbe o parte din emisia de albastru și produce lumină galbenă prin fluorescență. Combinația dintre acest galben cu restul de lumină albastră apare alb la ochi. Dar, folosind diferite materiale fluorescente, a devenit posibil să se producă lumină verde și roșu și prin fluorescență. Amestecul rezultat de culoare roșie, verde și albastru este perceput de către om ca lumină albă, și este superioară pentru iluminare în termeni de redare a culorilor, deși o persoană nu poate sesiza culoarea obiectelor roșii sau verzi iluminate doar de lungimile de undă galben (și de albastrul rămas) din fosforul YAG.

Primele LED-uri albe au fost scumpe și ineficiente. Cu toate acestea, lumina la ieșire a LED-urilor a crescut exponențial, cu o dublare la aproximativ fiecare 36 de luni, începând cu anii 1960 (similar cu legea lui Moore). Această tendință este în general atribuită dezvoltării în paralel a altor tehnologii semiconductoare și a progreselor în optică și știința materialelor, și a fost numită legea lui Haitz după Dr. Roland Haitz.

Lumina la ieșire și eficiența LED-urilor albastre și apropiate de ultraviolet au crescut odată cu scăderea costurilor dispozitivelor fiabile: acest lucru a condus la utilizarea LED-urilor cu lumină albă (relativ) de mare putere în iluminare, înlocuind iluminatul incandescent și fluorescent.

LED-urile albe pot produce acum peste 300 de lumeni pe watt de energie electrică cu o durată de viață de până la 100.000 de ore. În comparație cu becurile incandescente, acest lucru nu este doar o creștere enormă a eficienței electrice, dar – în timp – un cost similar sau mai mic per bec.

Traducere din Wikipedia

Sursa: http://www.ensola.ro/dezvoltarea-led-urilor-comerciale-cu-lumina-alba/