Эволюция светодиодов

Более века назад Томас Эдисон запатентовал электрическую лампочку. Более века она освещала наш быт и создавала уют, но на рубеже тысячелетий у неё появился конкурент — светодиод. Мы уже используем его в быту, но что это такое? Это полупроводниковый кристалл, преобразующий электрическую энергию в световую. Электроны, проходя через сложную полупроводниковую структуру, отдают свою энергию, которая частично должна преобразоваться в квант света. На один электрон, проходящий через кристалл, образуется примерно 99,7% фотонов.

Обычная лампа накаливания расходует массу энергии на нагрев. Современные образцы из светодиодов более эффективны. Однако недостаточно просто преобразовать электрическую энергию в световую, нужно ещё вывести свет из кристалла наружу. Созданием довольно сложной конфигурации с определённой геометрией полупроводниковых плёнок можно добиться вывода излучения также более 90%.

Итак, есть полупроводниковый кристалл, состоящий из десятков нанослоёв, каждый из которых обладает заданными свойствами. Казалось бы, бери его и освещай помещение, но не всё так просто. В зависимости от состава, спектр излучения получается разным — за 40 лет физики освоили всю гамму видимого спектра.

Первые эффективные светодиоды на основе соединений типа А3-Б5, на основе арсенида галлия были инфракрасными. В начале 60-х гг. из них были получены красные светодиоды. Затем, благодаря исследованию полупроводникового соединения фосфид галлия учёные получили жёлто-зелёные светодиоды. Но строго зелёных и синих светодиодов не удавалось получить до середины 90-х гг. В соединениях на основе нитрида галлия удалось получить весьма эффективное синее и фиолетовое излучение, а затем и достаточно эффективное зелёное.

Но существует ещё одна проблема: человеческому глазу привычней всего белый свет, являющегося сочетанием монохроматических цветов. Как решить эту проблему? Можно соединить несколько монохроматических цветов, а можно использовать и другие технологии. Красный, зелёный и синий могут дать в сочетании белый свет. Можно эффективный синий светодиод покрыть люминофором и получить белый свет. В 2014-м году японскими учёными была получена Нобелевская премия по физике за открытие дешёвого светодиода чисто синего свечения.