Подобные премии просто так не дают. Миниатюрный (2х2х0,3 мм3) и с виду простенький чип белого светодиода вобрал в себя последние достижения физики полупроводников и нанотехнологий. Его активную зону образуют два десятка чередующихся разнородных полупроводниковых пленок, содержащих нановкрапления состава «нитрид галлия-алюминия», которые называют квантовыми точками. Именно через них преимущественно протекает ток светодиода, в них рождаются фотоны, соответствующие синему свету. Сквозь другие области этот свет беспрепятственно выходит наружу. На поверхность чипа нанесена пленка люминофора, преобразующего часть светового потока в зелено-желто-красные тона, в результате чего образуется белый свет. Отметим, что объем излучающей зоны мощного светодиода в десятки тысяч раз меньше объема вольфрамовой нити лампы накаливания той же силы света.

Холодные светоизлучающие пластики кажутся глазу очень «теплыми»

Температура цвета

Сетчатка глаза содержит около 100 миллионов светочувствительных рецепторов, называемых палочками из-за их продолговатости. Они отзываются только на изменения яркости света. А в небольшой центральной зоне глазного дна некоторые рецепторы имеют грушевидную форму. Это колбочки, их всего около 6 миллионов, и они в сотни раз менее чувствительны, чем палочки, но зато «воспринимают» цвета. Всего есть три сорта колбочек, избирательно чувствительных к красному, зеленому и синему цветам. Смешение этих цветов позволяет воспроизводить в информационных системах практически всю доступную человеку цветовую гамму. Но для освещения необходим белый свет с непрерывным спектром — от красного до фиолетового. Излучение таких источников характеризуют цветовой температурой, сопоставляя с нагретым «абсолютно черным телом». Дневному белому свету соответствует температура 6 000 К. Это естественная световая среда обитания человека, созданная Солнцем, — эталон для светотехников. Холодному (лунному) белому свету соответствует температура 4 000 К (люминесцентные трубки). Цветовая температура 3 000 К характеризует теплый белый свет от лампы накаливания. Любопытно, что чем горячее тепловой источник света, тем холоднее кажется его излучение.

Экспансия «умного» света

Именно эта технология позволила резко расширить применение светодиодов. Едва ли не первыми на сверхъяркие светодиоды обратили внимание транспортники. Дорожные знаки, элементы разметки, светофоры, маяки, створные огни, бакены, габаритные и стоп-сигналы автомобилей на светодиодах — все это уже практически ширпотреб. Здесь экономичность светодиодов дает недостижимое прежде качество. Так, бакены на светильниках отечественной фирмы «Оптел» работают автономно всю навигацию, а прежде менять аккумулятор приходилось 2—3 раза. Элементы разметки в антивандальном исполнении наглухо вдавливаются в дорожное полотно на 10 лет, периодическая подзарядка осуществляется индукционно. «Но когда же появятся автомобильные фары дальнего света?» — поинтересовался автор у Тима Уитекера, главного редактора американского «LЕD’s Magazine». — «Их уже изготавливают по крайней мере 17 фирм, все дело за новыми дорожными стандартами, но, как бы то ни было, «лексусы» и «ауди» со светодиодными фарами поступят в продажу в 2007 году».

Динамично развивается рынок светопанелей — это вывески, рекламы, бегущие строки, набираемые из светодиодов. Один из самых доходных нарождающихся бизнесов — огромные ТВ-экраны, дублирующие в залах или на площадях выступления артистов, спортсменов, политиков. Функциональное многообразие этих экранов, простота их перепрограммирования практически не имеют границ — вот почему применительно к светодиодам говорят об «интеллектуальном», «умном» и даже «цифровом» свете.

Но как же обстоит дело с обычным, так сказать, бытовым освещением? Скажем прямо: хуже, чем со светоинформатикой. Правда, огромные залы заседаний трех швейцарских банков уже несколько лет освещаются полупроводниками, но это — всего лишь вычур банкиров. Неплохо зарекомендовали себя светодиодные фонари для дайверов и шахтеров — им не страшны морская вода и высокое давление, они не искрят и не взрываются. Для хирургов важна «холодность» полупроводникового света: этим предохраняется оперируемая область тела от высыхания при одновременном достижении фантастической освещенности в 50 тысяч люксов. Все активнее архитекторы и дизайнеры внедряют подсветку зданий, светодиоды для этого особенно привлекательны своей многоцветностью, удобством управления, долговечностью. Ватикан, например, намерен все крупные храмы украсить такой подсветкой. Директор минского Института электроники Ю.В. Трофимов рассказал о полном переводе двадцати самолетов Як-42 на светодиодное освещение. Экономия энергии в этом случае несущественна, важен повышенный комфорт, а также исключение из обращения люминесцентных трубок, которые иногда лопаются и заражают салон парами ртути. Правда, стоимость такого переоборудования составляет 180 тысяч долларов, около 6% от цены лайнера.

Органические светодиоды (OLED) способны давать излучение трех основных цветов. Это позволяет использовать их для создания дисплеев

Любопытно, что светодиоды постепенно могут найти применение и в медицине — но не в качестве источника света. В 1903 году датчанин Н. Финсен получил Нобелевскую премию за излечение волчанки красным светом. Получил еще до известных И.П. Павлова и Р. Коха — такие серьезные ожидания связывались со светотерапией. Тогда эти надежды не реализовались, но в последние десятилетия низкоинтенсивное лазерное излучение (НИЛИ) стало модным физиотерапевтическим брендом: лечат суставы и органы дыхания, импотенцию и фригидность, простатит и гинекологические расстройства, растяжения, травмы, гематомы… Светом можно снять усталость, повысить жизненный тонус, подпитать активность мышц. Свет действует как своеобразный необнаруживаемый допинг (тренерам на заметку!). Сверхъяркие светодиоды позволяют отказаться от дорогих, громоздких лазеров, используемых лишь амбулаторно, и сделать технологию массовой, мобильной, комфортной — облучать болячку на плече и даже в ухе можно «на ходу». И все же роль светодиодов в медицине, скорее, дело будущего, а пока их эффективность еще не полностью подтверждена надежной клинической практикой.

Тем временем одним из основных направлений использования светодиодов стала подсветка жидкокристаллических экранов. Этот сегмент рынка, по оценкам экспертов, составляет 35—50% общего объема производства суперъярких светодиодов. К месту заметим, что в мир микродисплеев, в частности для мобильников, все активнее вторгается технология полимерных светодиодов. Это одно из многообещающих ответвлений всеобщей светодиодной революции. Органические светодиоды (англ. аббревиатура — OLЕD) работают на тех же принципах, что и кристаллические, но основаны на полимерных полупроводниках. OLЕD-дисплеи отличаются от жидкокристаллических лучшей цветопередачей, большими углами обзора, экономичностью, потенциальной дешевизной и способностью изгибаться — хоть в трубку сворачивай. Такие ТВ-экранчики, вмонтированные в темные очки, вкупе с ушными затычками аудиоплееров обеспечат скучающему пассажиру метро полную сенсорную герметичность от окружающих. Будут ли созданы светящиеся полимерные полотна, шагнет ли OLED-технология в освещение — вопросы будущего.

Прометей вместе с огнем принес людям свет и тепло. После этого дара все остальное — научить людей говорить, строить жилища, одеваться, заниматься ремеслами и искусством — оказалось лишь вопросом времени. Свет — синоним жизни, свободы, любви, творчества, цивилизации... Несомненно, светодиодная революция продвинет человечество в овладении светом во всем его многообразии.

Юрий Носов, доктор технических наук, профессор