Світлодіодні лампочки, екрани телевізорів, смартфонів, планшетів та комп’ютерів – усі вони світяться білим кольором. І в цьому не буде чогось дивного, поки не дізнаєшся, що білі світлодіоди насправді світять синім кольором. Винахід синього світлодіода став одним із найбільших проривів в електроніці, дозволивши їй стати такою, якою вона є сьогодні.
Світлодіод за своєю суттю – це поєднання кількох металів, яке починає світитися при пропусканні крізь нього електричного струму. Світіння виникає тому, що електрону, щоб перейти з одного металу в інший у точці їхнього поєднання, потрібно позбутися частини своєї енергії, яку він саме і випромінює у вигляді фотона світла.
Явище світлової емісії у напівпровідників відкрили в 1907 році — тоді піонер у галузі радіо Генрі Раунд помітив, що карбід кремнію світиться при проходженні крізь нього струму. Однак він не зміг пояснити це явище.
Лише за півстоліття потому Нік Холоняк винайшов перший практичний світлодіод червоного кольору. Їх почали масово використовувати для індикації та в дисплеях. У 1970-х почали з’являтися яскравіші червоні світлодіоди та лазерні діоди.
На той час індустрія випускала світлодіоди багатьох кольорів, але синій спектр залишався недосяжним. А без нього було неможливо створити один із найголовніших типів світлодіодів — світлодіод із білим світлом. Адже білий колір досягається за допомогою жовтого фосфору, який освітлюється синім спектром.
Японець Ісаму Акасакі почав працювати над синім світлодіодом на початку 1970-х років у дослідницькому інституті Matsushita Research Institute у Токіо. Згодом науковець змінив місце роботи на Nagoya University. У 1985 році в лабораторіях цього закладу Акасакі вдалося створити перший якісний кристал нітриду галію, а згодом — синій світлодіод. Знадобилося ще близько десяти років праці, щоб якість кристалу нітриду галію (GaN) виявилася достатньою для генерації ефективного та яскравого світла. У 1996 році було продемонстровано перший діодний лазер синього кольору.
Поява такого світлодіодного лазера відразу сколихнула світ, адже він дозволяв вирішити низку проблем електроніки, наприклад, розмістити фільм у якості Full HD на один оптичний диск. Тести перших таких девайсів розпочалися в 1998 році, і сьогодні вони відомі як програвачі Blu-ray.
Також сині світлодіоди дозволили отримати ефективне джерело світла. Компанія Nichia випустила перший комерційний білий світлодіод у 1996 році. У 1999 році аналітики Optoelectronics Industry Development Association передбачили, що до 2010 LED-лампи видаватимуть 50 люмен на ватт.
Сьогодні LED-лампи видають більше 100 люмен на ват і пропонують низку відтінків. Уже нікого не дивують світлові панелі та лампи, які здатні відображати 16 млн кольорів та 50 тисяч відтінків білого.
Екрани сучасних смартфонів та комп’ютерів також були б неможливими без синього світлодіода. Це стосується як OLED-екранів, так і LCD-дислпеїв.
Попри такий проривний винахід, визнання до Ісами Акасакі прийшло пізно. Йому було вже 85 років, коли у 2014 році за синій світлодіод йому вручили Нобелівську премію. Проте в будь-якому випадку Акасакі прожив достатньо довго, щоб на власні очі бачити, як його винахід освітлює кожен куточок нашого світу. Науковець помер від пневмонії 1 квітня 2021 року.
За матеріалами: IEEE
