История светодиодных ламп

Освещение — это то, чем мы пользуемся каждый день и практически везде. Сегодня светодиодные лампы являются самым распространенным видом освещения. Они яркие, потребляют меньше электроэнергии и служат гораздо дольше, чем многие традиционные лампочки. Но светодиодные лампы не стали такими полезными в одночасье. Интересно, что их история началась с небольшого открытия, сделанного учеными более века назад. Несколько учёных потратили десятилетия на то, чтобы добиться тех достижений в области светодиодов, которыми мы пользуемся сегодня. Так как же зародились светодиодные лампы и что сделало их такими популярными? Если вы новичок в этой теме, не беспокойтесь! В этом руководстве я расскажу об увлекательной истории светодиодных ламп и о том, почему они сегодня так надёжны. Итак, приступим. 

История светодиодных ламп: с чего всё началось

Мы считаем, что светодиодные лампы сегодня очень полезны, энергоэффективны и современны. Однако они не стали такими, какими мы их видим сегодня, в одночасье. Этот прогресс стал результатом упорного труда многих людей на протяжении долгих лет. Чтобы понять, как они стали столь популярными, давайте вернёмся к тому моменту, с которого всё началось. 

1907 год: первое открытие электролюминесценции

История светодиодных ламп началась в 1907 году. В то время учёный по имени Генри Джозеф Раунд изучал, как электричество взаимодействует с различными материалами. В ходе своих исследований он заметил нечто необычное. Он использовал материал под названием карбид кремния, и когда через него пропускал электрический ток, он испускал свет. Это доказало, что электричество само по себе может генерировать свет без использования традиционной светящейся нити. 

Он назвал этот светящийся эффект “электролюминесценцией”. Согласно этой концепции, материал может излучать свет при прохождении через него электрического тока. Эксперимент Раунда стал одним из первых шагов на пути к разработке светодиодной технологии. Однако этот свет был очень слабым, и учёные не могли использовать его для обычного освещения. 

1927 год: Олег Лосев продолжает исследования

После открытия Генри Раунда этим странным свечением заинтересовался ещё один учёный. Его звали Олег Лосев, он был русским физиком. В 1927 году он исследовал материалы, способные излучать свет при прохождении через них электрического тока. В ходе этих исследований Олег изучал небольшие кристаллы, изготовленные из специальных материалов. Он обнаружил, что при определённых условиях они могут излучать свет. Лосев не ограничился лишь наблюдением этого светового эффекта. 

Он хотел понять, почему это произошло и как это можно было бы использовать. Он провёл несколько экспериментов. В конце концов он разработал небольшие светоизлучающие устройства, используя полупроводниковые кристаллы, которые излучали свет. Эти устройства издавали слабое свечение, когда через них проходил электрический ток. Это была первая, самая простая версия светоизлучающего устройства (светодиода). Однако эта технология была ещё очень новой. Имевшиеся материалы и оборудование не позволяли создавать яркий свет для повседневного использования.

1950-е годы: учёные добиваются значительного прогресса

Первое светоизлучающее устройство Олега привлекло внимание и многих других учёных. Они хотели лучше понять этот процесс и найти способы сделать его более полезным. В то время они начали работать с различными материалами, в том числе с арсенидом галлия. Этот материал имел огромное значение, поскольку при прохождении через него электрического тока он мог излучать свет. В ту эпоху учёные также добились успехов в получении инфракрасного излучения. 

Этот вид света невозможно увидеть невооруженным глазом, но он имеет множество полезных применений. Эти эксперименты помогли исследователям лучше понять, как работают светоизлучающие материалы. Однако перед учеными по-прежнему стояла серьезная задача. Они хотели создать светодиоды, способные излучать видимый свет. Это означало создание света, который люди могли бы видеть. Первые устройства, в которых использовались эти полупроводники, были недостаточно яркими для обычного освещения. 

1961 год: первый патент на инфракрасный светодиод

Вплоть до 1950-х годов проводились исследования многих материалов на предмет их способности излучать свет. В 1961 году на сцену вышли два инженера — Роберт Биард и Гэри Питтман. Они работали в компании под названием Texas Instruments. Они обнаружили, что арсенид галлия может излучать инфракрасный свет при прохождении через него электрического тока. Используя эту идею, они впервые создали инфракрасный светодиод. Позже они получили патент на своё изобретение. 

Но чем же было важно это открытие? Несомненно, инфракрасный свет невидим для человеческого глаза. Поэтому люди не могли видеть свет, исходящий от этих ранних светодиодов. Эти инфракрасные светодиоды не пригодились для повседневного использования. Однако это не сделало изобретение бесполезным. Позже инфракрасная технология стала полезной в электронных устройствах, включая пульты дистанционного управления и датчики. Это изобретение побудило учёных экспериментировать с другими материалами для создания видимого света.

1962 год: Ник Холоняк создал первый практичный светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне

Как я уже упоминал выше, инфракрасные светодиоды вдохновили многих учёных на поиск материалов, позволяющих создавать светодиоды, излучающие видимый свет. И вот в 1962 году это наконец произошло. Американский учёный по имени Ник Холоняк-младший разработал первый практичный светодиод, способный излучать видимый свет. До этого открытия большинство ранних светодиодов излучали инфракрасный свет, который был невидим для человека. Холоняк изменил эту ситуацию, создав светодиод, излучавший красное свечение, видимое человеческим глазом. 

Для этого он использовал специальную смесь материалов, в том числе галлий, мышьяк и фосфор. Эти материалы способны излучать красный свет при прохождении через них электрического тока. Это стало большим шагом вперёд, поскольку у учёных теперь появился материал, способный излучать видимый свет. Однако ранние красные светодиоды были недостаточно яркими, чтобы осветить целую комнату. В основном они использовались в качестве небольших индикаторов в электронных устройствах.

Конец 1960-х годов: светодиоды становятся коммерческими продуктами

После того как Ник Холоняк создал первый видимый светодиод, компании начали проявлять интерес к этой новой технологии. Они хотели вывести эту технологию на рынок и начать её продажи. Так, в конце 1960-х годов такие компании, как Monsanto и Hewlett-Packard, вывели на рынок светодиодную продукцию. Сначала эти маленькие светодиоды использовались в основном в электронных устройствах. Например, их стали применять в калькуляторах, цифровых дисплеях и другом оборудовании. 

Их часто использовали для отображения цифр или указания того, включено ли устройство или выключено. Их небольшой размер делал их удобными для этих целей. Однако ранние светодиоды были дорогими, поскольку в их производстве использовались дорогостоящие и труднодоступные материалы. Они могли излучать лишь ограниченное количество света, поэтому не подходили для освещения дома и помещений. Тем не менее их появление на рынке стало большим шагом вперёд. 

1970-е и 1980-е годы: больше цветов и лучшая яркость

Внедрив светодиодные лампы, исследователи не остановились на достигнутом. В 1970-х и 1980-х годах они продолжали работать над их усовершенствованием. Сначала светодиоды выпускались преимущественно красного цвета. Однако исследователи стремились создать больше цветов, чтобы их можно было использовать в различных типах электронных устройств. 

Им удалось получить такие цвета, как зеленый, желтый и другие. Это расширило возможности выбора и позволило использовать светодиоды во многих новых областях. Учёные также работали над повышением яркости этих светильников. Для этого они исследовали множество других материалов. В результате светодиоды стали широко применяться в цифровых дисплеях, калькуляторах и светофорах. 

Это по-прежнему были небольшие светильники, но теперь они могли делать гораздо больше, чем раньше. Однако одна серьезная проблема оставалась. Учёные по-прежнему испытывали трудности с созданием яркого и эффективного синего светодиода. Но зачем им нужен был синий свет? Дело в том, что именно синий свет помогает сделать свет светодиода белым. Без синего света светодиода невозможно создать яркий свет светодиода. Именно поэтому они продолжали разрабатывать синие светодиоды. 

1990-е годы: прорыв в области синих светодиодов

Как я уже упоминал выше, к 1980-м годам учёные сумели создать светодиоды жёлтого, красного и зелёного цветов. Однако для получения яркого белого света им по-прежнему не хватало синих светодиодов. Многие исследователи пытались решить эту проблему, но не могли добиться желаемых результатов. И вот, наконец, в 1990-х годах трое учёных сыграли ключевую роль в решении этой проблемы. 

Ими были Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура. Они работали со специальным материалом под названием нитрид галлия (GaN). После многих лет исследований и испытаний они обнаружили множество способов использования этого материала для получения яркого и эффективного синего света. Это позволило учёным создать белые светодиодные лампы. За это открытие эти три учёных получили Нобелевскую премию по физике в 2014 году. 

1990-е годы: развитие белых светодиодов

Теперь главная проблема решена. В начале 1990-х годов у учёных появился синий светодиод. Таким образом, у них появилась возможность создать яркий белый свет. Но как маленький синий светодиод мог давать белый свет? Учёные решили эту проблему, использовав специальный материал, называемый люминофором. Они нанесли этот материал на синий светодиод. 

Когда синий свет проходил через люминофор, часть его преобразовывалась в свет других цветов. Эти цвета смешивались с оставшимся синим светом и воспринимались нашими глазами как белый. Это открытие кардинально изменило внешний вид и сферу применения светодиодных ламп. Теперь они достаточно яркие, чтобы люди могли использовать их в своих домах. Первые белые светодиоды были не очень яркими. Однако они указали производителям новое направление для дальнейших разработок и усовершенствований. 

2000-е годы: светодиоды находят применение в повседневном освещении

После изобретения белых светодиодов их характеристики значительно улучшились. К началу 2000-х годов белые светодиодные лампы стали ярче, работали более надежно и могли использоваться в большем количестве мест. Раньше светодиоды в основном встречались в небольших электронных устройствах, таких как калькуляторы и цифровые дисплеи. Но ситуация быстро менялась. Производители начали выпускать светодиодные лампы, которые можно было использовать в домах и жилых помещениях. 

Со временем люди также начали осознавать их преимущества. Эти светодиодные лампы были яркими, но при этом потребляли меньше электроэнергии. Это означало, что люди могли сэкономить на счетах за электричество и тратить меньше на замену старых лампочек. Однако одна проблема оставалась. Первые светодиодные лампочки были довольно дорогими, поэтому многие люди не были готовы перейти на них. Но со временем производители нашли более эффективные и дешевые способы изготовления светодиодных ламп. Это привело к снижению их цен, и всё больше людей начали их использовать.

2010-е годы — настоящее время: светодиодное освещение становится массовым явлением

Благодаря доступным ценам и множеству преимуществ светодиодные лампы стали широко распространены в 2010-х годах. Они стали незаменимыми практически везде — от жилых домов до коммерческих объектов. Причина их повсеместного использования и популярности была очевидна: они дают яркий свет, но при этом потребляют меньше электроэнергии. Кроме того, они служили дольше, поэтому людям не приходилось так часто их заменять. Но развитие светодиодных технологий не остановилось на достигнутом. 

Производители начали выпускать различные типы светодиодных светильников практически для любых целей. Например, они стали выпускать светодиодные светильники разных форм, цветов и уровней яркости. Такое разнообразие помогло многим предприятиям удовлетворить самые разные потребности. В 2010-х годах произошло ещё одно значительное изменение: появление «умных» светодиодных светильников. 

Эти «умные» светильники могут подключаться к мобильным телефонам и системам «умного дома». Вы можете включать и выключать их, регулировать яркость и даже менять цвет освещения, не прикасаясь к выключателю. Некоторые из них могут даже работать по заданному расписанию и включаться или выключаться автоматически. Если оглянуться назад, в 1907 год, то этот путь был поистине удивительным. Начавшись с небольшого лабораторного открытия, они стали неотъемлемой частью повседневной жизни, обогатившись интеллектуальными функциями. 

Почему светодиодные лампы сегодня так популярны?

Как и другие виды освещения, светодиодные лампы также освещают помещение. Но почему они становятся такими популярными? Дело не только в их стильном дизайне. Они способны не только освещать. Давайте рассмотрим основные причины, по которым сегодня они являются надежным выбором. 

• Энергосбережение

Первая основная причина популярности светодиодных ламп — их энергоэффективность. Дело в том, что, в отличие от традиционных ламп, они практически не выделяют тепла. Большую часть энергии они тратят на излучение света, поэтому меньше электроэнергии расходуется в виде тепла. Это означает, что можно получить яркое освещение, потребляя меньше электроэнергии, что позволяет сэкономить на счетах за электричество. 

• Длительный срок службы

Еще одна причина, по которой людям нравятся светодиодные лампы, заключается в том, что они служат очень долго. В отличие от традиционных ламп, в светодиодах не используется тонкая нить, которая нагревается и со временем перегорает. Вместо этого такие лампы излучают свет благодаря особому электронному процессу. Это позволяет им работать в течение многих часов. Многие светодиодные лампы, например, Светодиодные уличные фонари, рассчитаны на срок службы от 15 000 до 50 000 часов.

• Различные области применения

Светодиодные светильники не ограничиваются использованием в домах или офисах. Их также применяют во многих других местах, поскольку они бывают разных размеров, форм и уровней яркости. Такое разнообразие делает их пригодными для использования в самых разных сферах. Например, их используют в автомобильных фарах, на экранах телевизоров, рекламных щитах и в декоративном освещении.

• Гибкие решения

Еще одной распространенной причиной является гибкость дизайна светодиодного освещения. Светодиодные технологии дают производителям больше свободы для создания разнообразных световых решений. Традиционные лампочки требуют больше места из-за стеклянного корпуса и внутренних деталей. А вот светодиоды гораздо меньше по размеру, поэтому их можно встраивать в изделия самых разных форм и типов. 

• Интеллектуальные системы управления

Современные светодиодные светильники не просто освещают помещение. Они оснащены интеллектуальными системами управления, такими как датчики. Эти датчики позволяют управлять светильниками из любого места. Вы можете подключить их к своему мобильному телефону и включать их или менять цвет на расстоянии. Некоторые «умные» светодиодные лампы также позволяют менять цвета и устанавливать время включения или выключения. Другие могут работать с датчиками движения и включаться, когда кто-то входит в комнату. 

Каково будущее светодиодного освещения?

Технология светодиодов продолжает развиваться. Впереди ещё много нового. Учёные и производители работают над тем, чтобы сделать светодиодные светильники ещё лучше. Они стремятся создать светильники, которые будут потреблять меньше электроэнергии, давать более качественный свет и служить дольше. Например, одним из основных ожидаемых усовершенствований является интеллектуальное управление. Сегодня светодиодными светильниками можно управлять различными способами с помощью мобильного телефона. 

Производители работают над тем, чтобы светодиодные светильники автоматически регулировали свою яркость. Например, они смогут адаптировать освещение в зависимости от времени суток или количества естественного света в помещении. Это сделает освещение более комфортным и поможет избежать перерасхода электроэнергии. Кроме того, ведется работа над улучшением качества света, снижением тепловыделения и повышением экологичности осветительных приборов. 

Заключение

Светодиодные лампы, которые мы используем сегодня, несколько веков назад выглядели совсем иначе. Их разработка началась в скромной лаборатории, и постепенно они стали практичными, совершенными и «умными». В этом руководстве я рассказал всю историю развития светодиодных ламп. Многие учёные усердно трудились над совершенствованием этой технологии. Их усилия превратили ранние, слабые источники света в яркие и энергосберегающие светодиоды, которыми мы пользуемся сегодня. Но на этом история не заканчивается. Светодиодная технология продолжает совершенствоваться, а новые идеи с каждым днём делают её всё более полезной.