Нобелевскими лауреатами 2014 года по физике стали японские ученые Исаму Акасаки, Хироси Амано и Сюдзи Накамура за изобретение синих светодиодов. Звучит это на удивление приземленно, но с другой стороны – на удивление фундаментально, почти как за изобретение лампочки накаливания. В принципе, сравнение имеет право на существование, потому что без синего светодиода не было бы ни цветных видеопанелей, ни осветительных ламп белого света.
Все началось еще в XIX веке, при изучении электропроводимости контактов различных металлов. Даже великий Томас Эдисон отдал дань моде на новые детальки, которые обладали интересным свойством – они пропускали электрический ток только в одну сторону. Для этого свойства было найдено очень интересное применение: если через диод, так называется эта штучка, пропускать переменный ток, который как бы гуляет туда-сюда, диод отрежет половину электросигнала, то есть как бы выпрямит его.
Так диоды начали свою карьеру выпрямителей, которую продолжают до сих пор. Возьмите любой электроприбор, тот же ноутбук: он питается от сети через черную маленькую коробочку, которая превращает переменный ток из сети в постоянный для компьютера.
В процессе экспериментирования с разными металлами исследователи столкнулись еще с одним странным явлением у диодов: на границе материалов наблюдали в ряде случаев слабое свечение, называемое электролюминисценцией. Начало исследованиям было положено в Британии еще в 1907 году и продолжено практически во всех крупных странах мира, включая Советскую Россию. Однако потребовалось еще почти сорок лет, чтобы светодиод вышел из стен лабораторий. Американские инженеры стали использовать красные светодиоды в качестве индикаторов, надежных и ярких.
Светодиоды, как выяснилось, обладают огромным достоинством: они подавляющую часть электрической энергии переводят в световую. Только вот свет этот очень конкретный – либо красный, либо желтый, либо зеленый. Жить при таком освещении просто невозможно: наши глаза не приучены к такому освещению. Из таких светодиодов можно делать информационные табло, но показать картинку они могут только красно-черную или желто-черную...
Проблема в том, что наш глаз воспринимает белый свет как смешение трех разных светов – красного, зеленого и синего. Так вот синий свет никак не давался исследователям. Были созданы красные и зеленые светодиоды, а вот синего не было. А те, что были, не выдерживали конкуренции.
Сюдзи Накамура взял за основу дешевый красный полупроводник и, используя методику повышения кратности частоты резонанса, перевел цвет излучения в синюю зону. Ведь чем выше частота электромагнитных колебаний у излучения, тем более «синим» оно нам кажется. Методика оказалась крайне изящной и позволила очень быстро начать выпуск настоящих полноцветных светодиодных панелей самых больших размеров. Это их мы видим на стадионах, в городах в качестве рекламных панелей – да много где еще, где нужно создать цветное видеоизображение больших размеров.
Но дело было не только в панелях. Появление высокоэнергетического синего светодиодапозволило создать светильник совсем иного типа. В них синий светодиод служит активатором для люминофоров, спектр излучения которых ближе к естественному дневному свету. Такой светодиод, получивший название «белого», уже смог применяться в различных световых приборах – фонарях, прожекторах и бытовых лампочках.
Лампочка на основе белых светодиодов (которые на самом деле синие) может работать долгие годы. Она не боится вибраций, она не содержит ядовитой ртути, при подаче тока мгновенно выходит на полную мощность светоотдачи. Появилась возможность реальной экономии электроэнергии: ЛЕД-лампочка, излучающая свет яркостью, соизмеримой с яркостью лампочки накаливания мощностью 60 ватт, потребляет всего 8 ватт электрической энергии. В городах мира началось массовое переоснащение осветительных приборов.
Сейчас в странах Европы можно купить лампу из светодиодов, сделанную в форме привычной для нас лампочки накаливания всего за 250 рублей. Работать она может годами. Экономический эффект несомненный. По крайней мере для прихожей, ванной, туалета, кухни это самый выгодный и вполне приемлемый по цветоизлучению вариант. Недавно видел лампочки в люстре, которые давали свет практически идентичный дневному.
Таким образом, создатели синего лазера сделали грандиозное открытие. Уменьшение потребляемой мощности при сохранении светового потока позволило создавать новые системы освещения, для которых не нужна специальная силовая проводка. Освещение становится легким, маломощным и более безопасным.
