Удивителната сила на сините светодиоди

Най-големият стадион в Съединените щати, изпълнен с десетки хиляди крещящи фенове на американския футбол, беше окъпан в синя светлина. Хората по трибуните вдигнаха телефоните си, създавайки море от звездни петна в публиката.

„Това е нашият отбор! Това е Мичиган!“ Видео беше пуснато на гигантския екран, докато избухваха възгласи.

Атмосферата беше подсилена от нова система за визуално забавление, която дебютира на стадион Мичиган на 16 септември. Цветни поредици от мигащи светлини празнуват кацането или придружават музиката.

Цветовете на екипа на Мичиганския университет са жълто или „царевично“ и синьо. Светлинното шоу е проектирано да съответства.

„Това 100 процента влияе върху изживяването на стадиона“, казва Джейк Стокър, директор на отдела за представяне на играта и опит на феновете в Университета на Мичиган.

„Друг вълнуващ елемент от посещението на футболен мач е, че не седите вкъщи на дивана си.“

Както на много стадиони, диодите, излъчващи светлина (LED), осигуряват светлинно шоу на стадиона в Мичиган.

Но не толкова отдавна сините светодиоди, достатъчно мощни, за да осветят толкова голям стадион – третият по големина в света – биха изглеждали безобразно напреднали. Ярките светодиоди, които излъчват синя светлина, са изобретени едва през 90-те години. Учените, които излязоха с тази технология, по-късно бяха удостоени с Нобелова награда.

Изследователите казват, че светодиодите могат да бъдат по-евтини и по-енергийно ефективни, отколкото са днес. Те биха могли да революционизират всичко – от външното осветление до слушалките за виртуална реалност.

На стадиона в Мичиган различните цветове, показвани от развлекателните осветителни системи, се произвеждат с помощта на червени (R), зелени (G) и сини (B) LED модули или светлини, казва Брад Шлеселман, старши инженер-изследовател в Musco Lighting, който доставя технологията. RGB системите всъщност могат да излъчват широка гама от цветове само чрез смесване на червено, зелено и синьо с различни интензитети.

„Стигна дори до нивото на гимназията, където има търсене на промени в цвета и театрални неща, които виждаме в Мичиган“, добавя г-н Шлеселман.

Освен това малки и големи градове в Съединените щати инсталират LED осветление на местни забележителности, включително водни кули, за да осветят сградите със специални цветове за конкретни събития или поводи. Розовото е за месеца за борба с рака на гърдата, например, който се пада този месец, октомври.

Може би най-вълнуващото използване на светодиоди беше в Las Vegas Sphere, което отвори врати миналия месец. Милиони светодиоди могат да трансформират екстериора в почти всеки модел или изображение, което можете да си представите, осветявайки огромните дисплеи вътре.

Въпреки това през 70-те и 80-те години на миналия век светодиодите бяха рутинно отхвърляни като неефективни. „Няма начин тази малка играчка да направи нещо полезно – това беше отношението по онова време“, казва Пол Шайд, старши продуктов маркетинг мениджър в Cree LED, основен производител на устройствата. Скъпите източници на светлина с ниско излъчване може да са подходящи за малък червен светодиод или инфрачервено дистанционно за телевизор, но нищо друго.

Това се промени, когато инженерите успяха да произведат светодиоди, които излъчват много повече фотони или светлина, отколкото преди. Светодиодите излъчват светлина, когато електроните – отрицателно заредени частици – вътре в устройството падат от по-високо енергийно състояние в по-ниско. Този процес освобождава енергия под формата на светлина. Като използвате различни материали, можете да регулирате размера на капката (известен като пролука) и дължината на вълната или цвета на излъчваната светлина.

Синият цвят беше особено труден, тъй като основният материал, необходим за този цвят, беше галиев нитрид. Беше трудно за производство Без дефекти. Но синьото е силен, много високоенергиен цвят (с голяма ширина на лентата), така че сините светодиоди могат да се използват като основа за всички други цветове в някои RGB OLED телевизионни дисплеи, например – първоначално ще бъдат само червени и зелени тонове осветен от светодиодите.Син.

Съвсем нова LED технология обаче чака, защото учените казват, че тази технология може да бъде по-ефективна.

Дан Конгрив и колегите му от Станфордския университет работят върху светодиоди, направени от перовскитни кристали, материал, който често се използва в слънчевите клетки. Перовскитите са евтини и лесни за производство. Д-р Конгрив казва, че те могат да се „регулират“ до желания цвят и дори могат да се смесят в разтвор и след това да се боядисват върху повърхности като светлоизлъчващи покрития.

Въпреки това поддържането на стабилни перовскитни светодиоди е трудно. Продължават да се чупят.

„Ние ги увеличаваме и измерваме и те умират много бързо“, казва Конгрив. Той допълва, че се надява този проблем да бъде преодолян. Той и колегите му вече са подобрили стабилността от първите си експерименти.

Ако успеят да преодолеят подобни проблеми, перовскитните светодиоди могат да се използват в широк набор от устройства, казва Джон Бъкридж, физик на материалите в Лондонския университетски колеж.

Отделно, в Япония изследователите наскоро излязоха със син светодиод, който може да се захранва с помощта на една AA батерия, доставяща само 1,47 волта. Обикновено ще ви трябва минимум 4 волта. „Това е забележително като инженерен подвиг“, казва д-р Конгрив, който не е участвал лично в работата.

Системата използва интелигентна физика, за да подобри производството на фотони. При конвенционалните светодиоди, когато се приложи захранване, вътрешните материали постигат състояния на възбуждане, които всъщност не излъчват светлина през три четвърти от времето. Екипът в Япония успя да насърчи тези възбудени състояния да се комбинират и да произвеждат светлина, като първоначално изискват по-малко енергия. Те са публикували работата си Във вестник през септември.