LED-urile convenționale sunt fabricate dintr-o varietate de materiale semiconductoare anorganice. Tabelul următor prezintă culorile disponibile cu interval de lungime de undă, căderile de tensiune și materialele:
| Culoare | Lungime de undă [nm] | Căderea de tensiune [ΔV] | Material semiconductor | |
|---|---|---|---|---|
| Negru | Infraroșu | λ > 760 | ΔV < 1.63 | Arsenură de galiu (GaAs) Arsenură de galiu-aluminiu (AlGaAs) |
| Roșu | 610 < λ < 760 | 1.63 < ΔV < 2.03 | Arsenură de galiu-aluminiu (AlGaAs) Fosfo-arsenură de galiu (GaAsP) Fosfură de indiu-galiu-aluminiu (AlGaInP) Fosfură de galiu (III) (GaP) |
|
| Portocaliu | 590 < λ < 610 | 2.03 < ΔV < 2.10 | Fosfo-arsenură de galiu (GaAsP) Fosfură de indiu-galiu-aluminiu (AlGaInP) Fosfură de galiu (III) (GaP) |
|
| Galben | 570 < λ < 590 | 2.10 < ΔV < 2.18 | Fosfo-arsenură de galiu (GaAsP) Fosfură de indiu-galiu-aluminiu (AlGaInP) Fosfură de galiu (III) (GaP) |
|
| Verde | 500 < λ < 570 | 1.9 < ΔV < 4.0 | Verde tradițional: Fosfură de galiu (III) (GaP) Fosfură de indiu-galiu-aluminiu (AlGaInP) Fosfură de galiu-aluminiu (AlGaP) Verde pur: Nitrură de galiu-indiu (InGaN) / Nitrură de galiu (III) (GaN) |
|
| Albastru | 450 < λ < 500 | 2.48 < ΔV < 3.7 | Selenură de zinc (ZnSe) Nitrură de galiu-indiu (InGaN) Carbură de siliciu (SiC) as substrate Siliciu (Si) as substrate—under development |
|
| Violet | 400 < λ < 450 | 2.76 < ΔV < 4.0 | Nitrură de galiu-indiu (InGaN) | |
| Purpuriu | Multiple tipuri | 2.48 < ΔV < 3.7 | LED-uri duble albastru/roșu, albastru cu fosfor roșu, sau alb cu plastic purpuriu | |
| Ultraviolet | λ < 400 | 3 < ΔV < 4.1 | Nitrură de galiu-indiu (InGaN) (385-400 nm) Diamant (235 nm) Nitrură de bor (215 nm) Nitrură de aluminiu (AlN) (210 nm) Nitrură de galiu-aluminiu (AlGaN) Nitrură de galiu-indiu-aluminiu (AlGaInN)—până la 210 nm |
|
| Roz | Multiple tipuri | ΔV ~ 3.3 | Albastru cu unul sau două straturi de fosfor, galben cu fosfor roșu, portocaliu sau roz adăugat după aceea, alb cu plastic roz, sau fosfor alb, cu pigment sau vopsea roz deasupra. | |
| Alb | Spectru larg | 2.8 < ΔV < 4.2 | Alb rece/pur: diodă albastră/UV cu fosfor galben Alb cald: diodă albastră cu fosfor portocaliu |
LED-uri albastre și ultraviolet
(LED-uri albastre)
Primul LED albastru-violet, care utilizează nitrura de galiu dopată cu magneziu, a fost realizat la Universitatea Stanford în 1972 de Herb Maruska și Wally Rhines, doctoranzi în știința materialelor și ingineria materialelor. La vremea respectivă, Maruska plecase de la Laboratoarele RCA, unde a colaborat cu Jacques Pankove la proiecte aferente. În anul 1971, anul după ce Maruska a plecat la Stanford, colegii săi de la RCA, Pankove și Ed Miller, au demonstrat prima electroluminescență albastră din nitrură de galiu dopată cu zinc, deși dispozitivul ulterior construit de Pankove și Miller a fost prima diodă LED de nitrură de galiu în lumină verde. În 1974, US Patent Office a acordat profesorului David Stevenson de la Stanford lui Maruska și lui Rhines, un brevet pentru activitatea lor din 1972 (brevetul US 3819974 A) și astăzi doparea magneziului cu nitrura de galiu continuă să fie baza tuturor LED-urilor și diodelor laser. Aceste dispozitive construite la începutul anilor 1970 aveau un flux luminos prea mic pentru a fi de folosite în practică, iar cercetarea în domeniul dispozitivelor cu nitrură de galiu a încetinit. În august 1989, Cree a introdus primul LED albastru disponibil în comerț, bazat pe semiconductorul cu bandă interzisă indirectă, carbură de siliciu (SiC). LED-urile SiC au avut o eficiență foarte scăzută, nu mai mare de aproximativ 0,03%, dar au emis în porțiunea albastră a spectrului de lumină vizibilă.
La finele anilor 1980, descoperirile esențiale în creșterea epitaxială GaN și dopingul de tip p au inaugurat epoca modernă a dispozitivelor optoelectronice bazate pe GaN. Bazându-se pe aceasta, Theodore Moustakas de la Universitatea din Boston a brevetat o metodă de producere a LED-urilor albastre de înaltă luminozitate folosind un nou proces în două etape. Doi ani mai tarziu, în 1993, LED-urile albastre de înaltă luminozitate au fost dezvoltate din nou de Shuji Nakamura de la Nichia Corporation folosind un proces de creștere a nitrurii de galiu, similar cu cel al lui Moustakas. Atât Moustakas, cât și Nakamura, au primit brevete separate, ceea ce a produs confuzie în problema inventatorului inițial (parțial pentru că, deși Moustakas a inventat primul, Nakamura a depus primul cererea de brevet). Această nouă dezvoltare a revoluționat iluminatul cu LED-uri, făcând ca sursele de lumină albastră de mare putere să ducă la dezvoltarea de tehnologii precum Blu-ray, și apariția ecranelor luminoase de înaltă rezoluție ale tabletelor și telefoanelor moderne.
Nakamura a primit premiul Millennium Technology Award 2006 pentru invenția sa. Nakamura, Hiroshi Amano și Isamu Akasaki au primit Premiul Nobel pentru Fizică în 2014 pentru inventarea LED-ului albastru. În 2015, o instanță americană a decis că trei companii care au autorizat brevetele de producție ale lui Nakamura în Statele Unite au încălcat brevetul anterior al lui Moustakas și le-a ordonat să plătească taxe de licență de nu mai puțin de 13 milioane USD.
Până la finele anilor 1990, LED-urile albastre au devenit disponibile pe scară largă. Acestea au o regiune activă formată din unul sau mai multe puțuri cuantice InGaN întinse între straturi mai groase de GaN, numite straturi de placare. Prin variația fracției relative In/Ga în puțurile cuantice InGaN, emisia de lumină poate fi teoretic variată de la violet la chihlimbar. Pentru fabricarea straturilor de acoperire și a straturilor cuantice pentru LED-uri ultraviolete, pot fi utilizate nitruri de aluminiu galiu (AlGaN) cu diferite fracții Al/Ga, dar aceste dispozitive nu au atins încă nivelul de eficiență și maturitate tehnologică a dispozitivelor InGaN/GaN albastru/verde. Dacă în acest caz este utilizat un produs nealiat GaN pentru a forma straturile cuantice ale puțurilor cuantice, dispozitivul va emite lumină aproape ultravioletă cu o lungime de undă de vârf centrată în jurul valorii de 365 nm. LED-urile verde fabricate din sistemul InGaN/GaN sunt mult mai eficiente și mai strălucitoare decât LED-urile verde produse cu sisteme de materiale non-nitride, dar dispozitivele practice încă prezintă eficiență prea scăzută pentru aplicațiile cu luminozitate ridicată.
Cu nituri care conțin aluminiu, cel mai adesea AlGaN și AlGaInN, chiar și lungimi de undă mai scurte sunt realizabile. LED-urile ultraviolete au devenit disponibile pe piață într-o gamă de lungimi de undă . Emițătorii aproape de UV la lungimi de undă în jurul valorii de 375-395 nm sunt deja ieftini și de multe ori întâlniți, de exemplu, ca înlocuitori de lămpi de culoare neagră pentru inspecția filigranelor anti-contrafacere în UV pentru unele documente și bancnote. Diodele cu lungimi de undă mai scurte, în timp ce sunt substanțial mai scumpe, sunt disponibile în comerț pentru lungimi de undă până la 240 nm. Deoarece fotosensibilitatea microorganismelor se potrivește aproximativ cu spectrul de absorbție a ADN-ului, cu un vârf la aproximativ 260 nm, se așteaptă ca emisii UV la 250-270 nm să fie utile în dispozitive de dezinfecție și sterilizare. Studiile recente au arătat că LED-urile UVA disponibile pe piață (365 nm) sunt deja eficiente pentru dezinfecție și dispozitive de sterilizare. Lungimile de undă UV-C au fost obținute în laboratoare utilizând nitrură de aluminiu (210 nm), nitrură de bor (215 nm) și diamant (235 nm).
Lasă un răspuns