История синего светодиода и светодиодные видеоэкраны

Революция в наружных светодиодных видеоэкранах совершилась в 1990 году, когда японский изобретатель Судзи Накамура, работавший в то время на японскую корпорацию Nichia Chemical Industries, изобрел синий светодиод. Кристаллы InGaN используются для изготовления светодиодов высокой яркости, которые на сегодняшний день имеют десятки, если не сотни применений. Наиболее важными среди них являются подсветка жидкокристаллических дисплеев, в том числе в мобильных телефонах, подсветка панелей и щитков управления в автомобилях, полноцветные светодиодные видеоэкраны и др. Помимо этого материал InGaN не загрязняет окружающую среду и является энергосберегающим.

Профессор Судзи Накамура

До 1990-x производители светодиодов могли выпускать только красные, желтые и зеленые диоды. Однако только комбинация синего, зеленого и красного способна давать чистый белый, а следовательно, и все оттенки световой гаммы. Поэтому до изобретения синего светодиода говорить о полноцветном светодиодном видеоэкране не приходилось. Существовали полноцветные решения на лампах компаний Daktronics, White Way, но те первые ламповые видеоэкраны имели небольшое разрешение и потребляли чрезмерно много электроэнергии.

К 1993 году компании Nichia, первой в мире, удалось начать индустриальный выпуск синих светодиодов. К 2002 году доля производства синих светодиодов у компании возросла до 60 процентов от общего объема производства. На фоне столь внушительных коммерческих успехов компании, порой незаметны скандальные истории вокруг синего светодиода.

С 1999 года Судзи Накамура, официально признанный изобретатель синего светодиода, ведет тяжбу против своих бывших работодателей – компании Nichia. Теперь, пять лет спустя он, наконец, победил в суде. Согласно постановлению суда компания заплатит ему 20 миллиардов иен (примерно 189 миллионов долларов США) за то, что в течение многих лет использовала технологию, не заплатив ее изобретателю ничего.

Адвокаты Накамуры намерены пойти дальше и отсудить у Nichia 60 миллиардов иен. Столь высокая сумма компенсации объясняется тем, что синие светодиоды в настоящее время применяются во многих отраслях электронной промышленности, и Nichia получает при их производстве сверхприбыли. Как отмечает Japan Today, эта сумма стала рекордной для такого рода судебных процессов в Японии. Постановление суда может стать опасным прецедентом для японских фирм, которые традиционно присваивают изобретения, сделанные их сотрудниками.

В 1999 году Накамура перестал работать на Nichia и перехал в США. Сейчас он – профессор Инженерного колледжа Калифорнийского университета в Санта Барбара и консультант компании Cree Inc., крупнейшего в США производителя полупроводниковых устройств, одного из лидеров в производстве кристаллов карбида кремния для компонентов силовой электроники и основного конкурента для Nichia в производстве кристаллов для синих и зеленых светодиодов.

Компания Cree Inc. (CREE), консультантом которой является Накамура, занимается исследовательской деятельностью и специализируется на производстве и продаже сложных полупроводниковых элементов и электронных приборов из карбидов кремния (SiC) и оптоэлектронных устройств из нитридов галлия (GaN). Продукция компании используется в сотовых телефонах, автомобильных приборных панелях, в различных индикаторах, в полноцветных светодиодных видеоэкранах и в различных микроволновых устройствах.

На международной арене компания имеет широкий круг клиентов в странах Западной Европы и Юго-Восточной Азии. По итогам 9 месяцев, закончившихся 30 марта 2003, объемы поступлений компании возросли на 41% до $165,8 млн. Чистая прибыль компании составила $23,5 млн. против убытка в $79,2 млн. за аналогичный период прошлого года. Увеличение объемов поступлений было связано с возросшим спросом на продукцию и с внесением изменений в рыночную стратегию компании. Рыночная капитализация компании составляет $1,56 млрд.

Такие внушительные результаты компании, в основном, связаны с выпуском в массовое производство кристаллов нового поколения XB (“Extra Bright”). Ведущие производители светодиодных видеоэкранов, начали использовать кристаллы ХВ, так как их характеристики не хуже а во многом даже превосходят кристаллы Nichia. В июне 2004 компания Cree (Durham, NC) сообщила, что подписала соглашение с крупной японской корпорацией о реализации светодиодной продукции компании Cree на сумму в $160 миллионов.

В результате, компания Cree продаст в Японию светодиодной продукции на указанную сумму, в течение начавшегося отчетного года, который завершается в июне 2005 года. Частью данного соглашения является договоренность о пролонгировании продаж в Японию до июня 2007 года. Сделка охватывает все производственные линии компании Cree по производству стандартных, среднего уровня и высокой яркости светодиодов, включая MegaBright®, Xbright® и Xthin™. В свою очередь Nichia Corporation договорилась с крупной тайваньской компанией Optotech о сотрудничестве в производстве InGaN кристаллов для светодиодов. Борьба гигантов промышленности за рынки продолжается.

За вспышку в смартфоне

Нобелевская премия по физике вручена за инженерную работу – создание светодиода голубого цвета

Работающие в Японии Исаму Акасаки и Хироши Амано и переехавший в США Суджи Накамура

7 октября были объявлены лауреаты Нобелевской премии по физике. Ими стали японские ученые Исама Акасаки, Хироси Амано и Суджи Накамура, разработавшие голубые оптические диоды, которые позволили среди прочего создать светодиодные источники белого цвета, широко используемые сегодня в освещении – например, во вспышке смартфона.

Вручение важнейшей мировой научной премии за инженерное достижение, скорее всего, вызовет недовольство многих ученых, занимающихся фундаментальными исследованиями. В официальном сообщении на сайте Нобелевского комитета особенно подчеркивается, что светодиодные источники света имеют больший ресурс и более энергоэффективны по сравнению с обычными. Вероятно, выбор лауреатов не в последнюю очередь является реверансом в сторону экологии и сохранения природных ресурсов.

Нынешние нобелевские лауреаты по физике "приложили руку" к работе смартфонов

“Около четверти мирового потребления электричества приходится на освещение, и светодиодные технологии вносят вклад в сохранение ресурсов Земли", – говорится в пресс-релизе. Кроме того, представители комитета отмечают, что осветительные приборы на основе этой технологии способны повысить уровень жизни более чем полутора миллиардам человек, не имеющим доступ к электрическим сетям: светодиодные светильники могут работать от солнечных батарей.

Премия была вручена за успешное создание в 1993 году диодного источника именно синего света: красные и зеленые светодиоды к тому моменту были известны уже в течение нескольких десятилетий.

– Это технология, которая была уже очень давно востребована индустрией. Над задачей создания голубых светодиодов люди бились, но ни у кого не получалось ее решить, – объяснил в интервью Радио Свобода генеральный директор Российского квантового центра Руслан Юнусов. – Японским ученым удалось разобраться с комплексом технологических проблем: они подобрали легирование, кристаллические решетки, научились растить их на сапфире – и смогли перейти от красного и зеленого цветов к синему.

Производство светодиода синего цвета оказалось наиболее технологически сложным и долго оставалось последним недостающим звеном для создания диодного источника белого цвета, получающегося как смешение красного, зеленого и синего. Кроме того, как отметил Руслан Юнусов, синий диод является универсальным:

– Матрицы можно делать только на одном синем диоде, синие фотоны более высокоэнергетичны, с помощью люминофоров из них можно получить и красные, и зеленые. Так, кстати, сейчас в основном и делают – элементы строят на одних синих диодах.

Голубые светодиоды используются далеко не только в фонариках и мониторах: стоит упомянуть, что основанные на той же технологии коротковолновые диодные лазеры позволяют считывать и записывать большие объемы данных. Такой лазер используется, например, в технологиях Blu Ray и HD DVD.

Лауреаты поделят премиальные в размере 10 миллионов шведских крон – это чуть меньше полутора миллионов долларов США. Впрочем, ключевого автора исследования, Суджи Накамуру, и так можно назвать состоятельным. Удостоенное Нобелевской премии открытие было сделано не в академической, а в коммерческой японской лаборатории Nichia. Бонус Накамуры за создание голубого диода составил всего 180 долларов. В 2001 году, когда значение и коммерческий потенциал изобретения стали очевидны, Накамура обратился в суд: по соглашению сторон он получил от компании бонус в размере 9 миллионов долларов. Кроме того, Накамуре и его компании принадлежит множество ценных коммерческих патентов.

Как и в случае с премией в области физиологии и медицины, агентству Thomson Reuters не удалось правильно предсказать лауреата Нобелевской премии по физике. Однако направление было угадано верно: как ожидали и многие другие эксперты, в этом году комитет отметил прикладное достижение, которое можно отнести к физике конденсированного состояния. Давно подмечено, что, принимая решение о выборе лауреатов по физике, Нобелевский комитет следует определенному циклу, пусть и не всегда строго: победителями по очереди становятся исследователи, работающие в физике конденсированного состояния, в космологии, в квантовой физике и физике элементарных частиц. Последний цикл был начат Андреем Геймом и Константином Новоселовым, получившими премию 2010 года за исследование графена, а завершился в прошлом году награждением Питера Хиггса и Франсуа Энглера за теоретическое предсказание элементарной частицы, позже названной бозоном Хиггса. Можно ожидать, что премия следующего года будет иметь отношение к космологии: среди претендентов в этом году называли, например, швейцарского астрофизика Мишеля Майора, открывшего в 1995 году первую экзопланету.

Впрочем, пока что Нобелевский комитет продолжает последовательно демонстрировать свою непредсказуемость. 8 октября будут названы лауреаты последней естественно-научной номинации – по химии. Thomson Reuters пророчит победу Чингу У. Тану, который также создал светодиоды, только, в отличие от сегодняшних лауреатов, органические, а не полупроводниковые. Очевидно, и этому прогнозу вряд ли суждено сбыться.