Чому світлодіоди знадобилися так довго, щоб вони з'явилися як лампочки?

Світлодіоди - це стара технологія, чому промисловості знадобилося так багато часу, щоб укласти їх у лампочки? Чи бракував якийсь технологічний розрив?

Неможливо виробляти біле світло без ефективного синього світлодіода, використовуючи ні RGB світлодіоди, ні синій світлодіод + жовтий люмінофор.

Проривом стало винахід синього світлодіода "Галій-нітрид" високої яскравості від Shuji Nakamura в Нікії на початку 1990-х.

Ще потрібно якийсь час, щоб досягти загальної ефективності до рівня люмінесцентних лампочок, і лише в останнє десятиліття світлодіоди нарешті вийшли на перше місце.

Минуло тривалий час, щоб виготовити світлодіоди, які мали розумну "кольорову температуру" (відтінок білого) та відповідно високу ефективність. Нормальний принцип роботи світлодіодів виробляє лише одну смугу світла, як лазер. Тож білі виготовляються із синього або УФ-світлодіода та випромінювача люмінофора.

Для легкої заміни звичайних світильників, світлодіодним лампочкам також потрібен невеликий дешевий перетворювач змінного струму постійного струму. Зазвичай це якесь джерело живлення комутатора. Вони також стали дуже дешевими і широко доступними протягом останнього десятиліття.

Дивіться також L-премію.

Більшість відповідей поки що були зосереджені на технічній проблемі відтворення білого світла світлодіодами, головним проривом на цьому фронті є розвиток синього світлодіода. Деякі згадки про труднощі розробки синіх світлодіодів з достатньою ефективністю для виготовлення практичної лампи. Хоча це може бути очевидним для практикуючих ЕЕ, я вважаю, що варто детальніше розібратися, чому занадто низька ефективність являє собою таку перешкоду комерціалізації: а саме звичайне старе тепло .

Перевага світлодіодів часто цитується в тому, що вони не виробляють тепло і прохолодні на дотик. Факт чи вигадка?

В одному сенсі це правда: світлодіоди прохолодні на дотик, оскільки вони, як правило, не виробляють тепло у вигляді інфрачервоного (ІЧ-випромінювання) (якщо, звичайно, це ІЧ-світлодіоди). ІЧ-випромінювання нагріває корпуси та оточення ламп розжарювання та інших джерел, роблячи їх гарячими на дотик. Відсутність ІЧ-випромінювання дозволяє розташовувати світлодіодні світильники в місцях, де нагрівання від звичайних джерел може спричинити особливу проблему, наприклад, освітлення їжі або текстилю.

Однак важливо, що тепло виробляється всередині самого світлодіодного пристрою через неефективність напівпровідникових процесів, що генерують світло. Ефективність настінного штекера (оптична потужність, поділена на електричну потужність) світлодіодних пакетів, як правило, знаходиться в районі 5-40%, це означає, що десь від 60 до 95% вхідної потужності втрачається як тепло .

Енергія, яка споживається 100-ватною лампою розжарювання GLS, виробляє близько 12% тепла, 83% ІЧ та лише 5% видимого світла. Навпаки, типовий світлодіод може виробляти 15% видимого світла і 85% тепла. Особливо для світлодіодних потужних пристроїв важливо видаляти це тепло за допомогою ефективного управління теплом. Без хорошого прогрівання тепла внутрішня (стикова) температура світлодіода підвищується, і це призводить до зміни характеристик світлодіодів.

...

Найбільш суттєво, що температура з'єднання впливає на термін експлуатації світлодіода. На відміну від інших джерел світла, світлодіоди не мають катастрофічного виходу з ладу (хоча це невелика кількість, особливо якщо ви готуєте їх); натомість вихідний світлодіод зменшується з часом.

_{(наголос додано)}

_{- Т. Вітакер. "Факт чи вигадка - світлодіоди не виробляють тепло". Журнал світлодіодів, травень 2005 року. Http://www.ledsmagazine.com/articles/2005/05/fact-or-fiction-leds-don-t-produce-heat.html}

Пошук Google Images на "радіатор з лампою" призведе до справжнього зоопарку конструкцій радіатора:

                 
          _{(Клацніть зображення для більшої версії)}

Я підозрюю, що відбулося деяке відставання у проникненні на ринок через разючу різницю форм-фактора, необхідного для теплового управління.

Інший незначний, нетехнічний аспект, який сприяв затримці на кілька років, - це патентні питання, пов'язані з виробництвом синіх світлодіодів.

Нікія, де працював Накамура, мав багато ключових патентів GaN (нітрид галію), але не всіх. Інші, такі як Cree (патенти SiC) та Toyoda Gosei (інші світлодіодні патенти), мали інші ключові патенти, необхідні для отримання синіх світлодіодів у великій гучності.

Технічні проблеми, як правило, з'ясували наприкінці 1990-х, але великі світлодіодні плеєри не виробляли жодної кількості синіх світлодіодів (частково, переважно?) Через проблеми судового розгляду патентів.

До кінця 2002 р. Було укладено декілька ключових патентних угод про схрещування ліцензій, і протягом 1-2 років відбулося величезне збільшення обсягу виробництва синіх світлодіодів.

Cree and Nichia оголошують про патентну перехресну ліцензійну угоду та врегулювання судових справ http://www.nichia.co.jp/en/about_nichia/2002/2002_111301.html

Нічія і Тойода Госей вирішують суперечки щодо світлодіодних ресурсів http://www.easures.com/document.asp?doc_id=1178214

Не забувайте і про простий факт вартості.
Звичайні цибулини розжарювання можна виготовляти за копійки, а продавати не набагато більше.

Це питання економіки та суспільної інерції. Спадкові технології дешевше виробляються через тривалі інвестиції в інфраструктуру та масове виробництво. Нова технологія повинна пройти через питання фінансування, початкові інвестиції, будівництво інфраструктури, маркетинг, повільні ранні етапи впровадження, дистриб'юторські угоди тощо. Якби не законодавство в США, яке простежувало шлях до нових технологій, більшість все-таки буде розжареною. замість поточної суміші розжарювання, CFL, led. Це не природна капіталістична невидима рука вільного ринку сил , але вимушене прийняття.

Переваги світлодіодів посідає друге місце серед більшості людей, які мляві у впровадженні технологій, особливо за умови високих початкових витрат. . Більшість людей балакають на лампочку з розжарюванням на 20 доларів порівняно з лампою розжарювання 3 на 3 долари, навіть якщо світлодіодна лампа витратить 20 ламп розжарювання вдвічі менше, ніж експлуатаційна вартість. Лише тепер, коли окремі світлодіодні лампочки опускаються до діапазону від 5 до 10 доларів, люди дійсно рухаються до неї.

Проблема полягала у створенні природного білого світла. Звичайне денне світло має в собі спектр частот, але світлодіоди можуть виробляти лише на певній довжині хвилі. Тож інженери винайшли різні матеріали для виробництва різної довжини хвилі. то різні світлодіоди змішуються між собою, так що отримане світло є майже природним білим.

По-перше, близько 40 років тому вони винайшли червоний світлодіод. Потім з'явилися прогресивно синій / зелений / інші кольори, слідуючи за різними технологіями. Також перші діоди були не дуже потужними.

Таким чином, це питання повинні був зробити білу світловипромінюючі діоди, і зробити їх потужними досить , щоб бути конкурентоспроможними по порівнянні з лампочками, які тільки менш Відбулися , ніж 10 років тому. А білі діоди все ще дуже дорогі, але вартість значною мірою компенсується їх довговічністю. Постарайтеся шукати ціну єдиного Audi / BMW / будь-якої повної світлодіодної фари, і ви зрозумієте.

Кожне застосування освітлення має свої вимоги, і зазвичай це вирішується вже більше ста років. Нові рішення рідко перевершують як якість, так і вартість з самого початку. Ще один ще не згаданий приклад - CRI (індекс кольорового відтворення).

У той час як лампи розжарювання мають спектральну характеристику, схожу на чорне тіло (отже, у нас система кольорової температури), біле світлодіодне освітлення не робить.

Навіть ті, у кого продається «надвисокий показник CRI» майже на 100, як на зображенні вище (деякі хіти пошуку зображень google), дають лише надзвичайно подібний світловіддачу, як лампи розжарювання або сонце.

Для багатьох застосувань це нормально, але особливо труднощі надання кольору шкіри роблять його непридатним не лише для багатьох медіа-додатків, але й змушує людей у ​​вашій вітальні трохи виглядати хворими.

Також у деяких інших областях є потреба у належному кольоровому відтворенні, як люди, які продають речі, де важливий колір.

Це все може бути невеликою частиною, але всі інші відповіді згадували й інші моменти, які також можуть бути невеликими самі по собі, але в цілому надають ринку достатньо інерції, як ніби не було всіх цих маленьких проблем на початку.

Візьміть завтрашні технології з дешевими крихітними SMPS та 99CRI білими світлодіодами ще в 1997 році, і кожен майже миттєво перейде до цієї технології.

Вони також повинні були отримати правильну напругу та силовий струм, проходячи через світлодіоди, щоб вони тривали майже назавжди і отримали найяскравіший білий колір на білих світлодіодах, де це не мало значення на червоному, зеленому тощо. Лампочки розжарювання можуть коштувати копійок, але оскільки з'явилися флуоресцентні лампочки Spiral Compact, які мали прослужити довгі роки, але ні в якому разі це не робити, лампочок розжарювання менше, ніж ви купуєте їх, і подорожчали зовсім небагато вони використовують меншу напругу, я бачу, що лампочки розжарювання дешевші та дешевші, щоб не тривати так довго, як зараз, а лампи розжарювання зростають.