Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Diody LED tanie jak żarówki?

Recommended Posts

Prace naukowców z Purdue University dają nadzieję na upowszechnienie się diod LED na rynku. Diody te są znacznie bardziej wydajne, energooszczędne i trwałe niż obecnie używane żarówki oraz świetlówki. Ich główną wadą jest zaś wielokrotnie wyższa cena.

Tradycyjne LED-y wykorzystują szafir, który znacząco podnosi ich koszty. Uczonym z Purdue właśnie udało się zastąpić go krzemem.

W szafirowych diodach materiałem emitującym światło jest azotek galu. Ponadto diody te korzystają z systemu luster, które obija światło tak, by nie było tracone. Te trzy elementy: szafir, azotek galu i lustra powodują, że diody są około 20-krotnie droższe od żarówek.

Dotychczas nie udawało się zastąpić szafiru tańszym krzemem, ponieważ nie wiedziano, jak pokryć krzem odpowiedniej jakości metaliczną powłoką odbijającą światło. Amerykańscy naukowcy wykorzystali do tego celu azotek cyrkonu. Związek ten jest jednak niestabilny w obecności krzemu i reaguje z nim. Problem rozwiązano umieszczając na krzemie izolującą warstwę azotku glinu.

Uczeni w komorze próżniowej bombardowali cyrkon i glin pozytywnie naładowanymi jonami argonu. Atomy metali były wybijane przez jony argonu i wchodziły w reakcję ze znajdującym się w komorze azotem. W wyniku tego procesu na krzemie odkładał się azotek glinu i azotek cyrkonu. Następnie w temperaturze około 1000 stopni Celsjusza za pomocą techniki epitaksji z fazy parowej dodano azotek galu. Znajdujące się na krzemie azotki cyrkonu, glinu i galu utworzyły krystaliczną strukturę, odpowiednią do produkcji diod LED.

Dodatkową zaletą nowej technologii, oprócz znacznego obniżenia kosztów, jest fakt, iż krzem lepiej niż szafir rozprasza ciepło, co powinno skutkować zwiększoną żywotnością diod krzemowych. A ta może sięgać być może nawet 15 lat.

Jeśli zastąpimy obecne żarówki diodami, możemy zaoszczędzić aż 30% energii zużywanej na oświetlanie. Oznacza to 10-procentową oszczędność w poborze energii w ogóle i odpowiednią redukcję emisji węgla do atmosfery - mówi profesor Timothy Sands.

Informuje przy tym, że obecnie wydajność żarówek wynosi zaledwie 10%, a więc aż 90% pobieranej energii zamieniają one na ciepło, a nie na światło. Na rynku już teraz obecne są diody LED, których wydajność sięga 64 procent. Kosztują one jednak około 100 dolarów.

Badania naukowców z Purdue powinny pozwolić na obniżenie ceny tego typu urządzeń do około 5 USD.

Sands wierzy, że nowe diody trafia na rynek w ciągu 2 lat. Naukowcy muszą się jeszcze nauczyć, jak zmniejszyć liczbę wad fabrycznych oraz w jaki sposób zapobiec niszczeniu się warstwy azotku galu podczas schładzania plastrów krzemowych.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Obawiam się że zastąpienia szafiru obniży cenę tylko na pewien czas:

http://www.idtechex.com/printedelectronicsworld/articles/augsberg_university_calculate_when_our_materials_run_out_soon_00000591.asp

Kryzys braku metali ziem rzadkich (jak gal) czeka nas dużo wcześniej niż energetyczny - przy obecnej konsumpcji zależnie od metalu zasoby skończą się ponoć za jakieś 5-30 lat...

Share this post


Link to post
Share on other sites

Przewaga galu nad kopalnymi nośnikami energii jest taka, że może on podlegać recyklingowi. Ropę i gaz tracimy (w pewnym uproszczeniu) bezpowrotnie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie wiem czy rozbicie zużytych produktów na składowe pierwiastki jest takie proste...

Na pewno jest to kosztowne i pewnie kiepsko jest w tym momencie z odpowiednią technologią i infrastrukturą.

Nawet w idealnych warunkach po pierwsze nie wszystko trafi do recyclingu podczas którego pewnie byłyby dodatkowo jakieś straty, po drugie zapotrzebowanie na tego typu produkty (jak monitory LCD) cały czas rośnie...

 

Energia jest dostarczana w dużych ilościach od słońca, natomiast kiedy realne będzie wydobycie i sprowadzanie dużych ilości materiałów spoza Ziemi...?

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jasne, masz rację. Z drugiej jednak strony może się okazać, że na odkrycie wciąż czeka sporo interesujących nas materiałów :) Pamiętajmy, że dopiero wchodzimy w skalę "nano", a materia na poziomie pojedynczych atomów ma wiele zaskakujących właściwości.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Dobrze zdaję sobie sprawę że całkiem sporo można zrobić z tych kilku powszechnie występujących pierwiastków ... ;)

Owszem - używamy w naszych organizmach sporadycznie też tych rzadszych, ale na szczęście od miliardów lat jest tu prawie pełny recycling :)

Share this post


Link to post
Share on other sites

W sukurs Jarkowi, a odnośnie recyklingu: Aby był opłacalny ceny skupu muszą być niskie, a to sprawia, że mało komu będzie się chciało biegać z kilkoma diodami do punktu skupu. Tu pewien pomysł (nie mój). Podobno w którymś z państw, bodaj że skandynawskich na stacjach paliwowych są automaty, do których można wrzucać puszki po napojach. Jeśli się ma szczęście, to automat wylosuje talon na zakup pełnej puszki z wybranym napojem. To może być sposób: surowiec wtórny (np. kilka diod) za los - szczęśliwy, lub nie.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      LED, OLED, a może QLED. Przekonaj się, jaka technologia najlepiej sprawdzi się w Twoim domu.
      LED, OLED, QLED - czym się różnią?
      To najpopularniejsze typy technologii, z jakimi możesz się teraz spotkać.
      Najbardziej znany, bo też najstarszy, jest LED. Telewizory LED mają ciekłokrystaliczne ekrany z wbudowanymi diodami LED. Zazwyczaj są dużo tańsze od pozostałych typów telewizorów. Ich zaletą jest zdecydowanie to, że są dostępne w największej rozpiętości rozmiarów. Minusy to częste, zwłaszcza przy słabszych typach telewizorów, zniekształcanie obrazów oraz rozmazywanie się obrazu w widzeniu kątowym.
      Telewizory OLED mają natomiast matrycę stworzoną z diod z polifenylenowinylenu. Gwarantuje to większą szerokość kątów widzenia niż w przypadku telewizorów LED. Minusem zdecydowanie jest wyższa cena i możliwość wypalania się obrazu. Plusów jest jednak znacznie więcej. To bardzo dobra jakość obrazu oraz wysoki kontrast. Ekran w telewizorach OLED szybciej reaguje też na zmiany.
      Telewizory QLED to najmłodszy, ale też najbardziej zaawansowany typ telewizorów. To nazwa firmowa zarezerwowana przez Samsung. W przypadku tych telewizorów wykorzystywane jest podświetlenie LED, nie OLED, oraz kropki kwantowe. Taki „tuning” dobrze znanej i sprawdzonej technologii pozwala uzyskać jeszcze bardziej żywy i nasycony obraz. Technologia QLED 2020 zapewnia jednak także bardzo naturalne kolory. Nawet gdy wybierzesz mały telewizor Samsung qled 55 cali, obraz będzie bardzo dokładny.
      OLED a QLED - który jest lepszy
      Technologia OLED na pewno spodoba się wielbicielom głębokich kontrastów. Niektóre telewizory mogą mieć też szerszy kąt widzenia, ale idzie za tym też pewien minus, czyli wyświetlanie statycznych elementów przez dłuższy czas na ekranie. Technologia QLED a dokładniej najnowsza QLED 2020, ma wyższą jasność. Kto to doceni? Na pewno wszystkie osoby, które mają umieszczony telewizor w bardzo jasnym, nasłonecznionym pomieszczeniu. Telewizory Samsung QLED 2020, podobnie jak OLED, zazwyczaj są dostępne w dużych rozmiarach i właśnie przy większych gabarytach QLED może stać się dla Ciebie niekwestionowanym zwycięzcą. Cena telewizorów w tej technologii jest zazwyczaj o wiele niższa, niż konkurencyjnych o tej samej przekątnej. Znajdziesz tu jednak także klasyczne małe rozmiary, jak Samsung QLED 55 cali.
      Rozmiar telewizora - dobierz idealny do pomieszczenia
      Niezależnie od tego, czy wybierasz telewizor w technologii LED, OLED czy Samsung QLED 2020, na komfort oglądania będą miały też wpływ odpowiednio dopasowane wymiary telewizora do pomieszczenia. Za mały telewizor do Twojej odległości, podobnie jak zbyt duży, może negatywnie wpłynąć na jakość Twojego doświadczenia. Ogólnie zakłada się, że jeśli na przykład Twoja kanapa znajduje się w odległości mniejszej niż 2,5 metra od telewizora, wtedy nie może być on zbyt duży. Najlepiej wybierz wtedy telewizor 55 calowy, na przykład telewizor Samsung 55 cali qled lub innej marki. Jeśli siedzisz natomiast już ponad 3,5 metra od niego, możesz sobie pozwolić na telewizor nawet 85-calowy. Jest to jednak jeszcze uzależnione od technologii HD. W przypadku FULL HD telewizor LED czy telewizor QLED 55 cali powinien znajdować się maksymalnie 3,2 m od Ciebie. Parametry te zmieniają się w przypadku technologii 4K, czyli wyższej niż FULL HD. Tutaj w związku z większą liczbą pikseli na cal, możesz z bliższej odległości komfortowo oglądać na większej matrycy. Zakłada się, że telewizor w 4K może być nawet dwukrotnie większy od tego w technologii FULL HD. Dlatego planowany telewizor qled 55 cali można zastąpić wtedy telewizorem qled o przekątnej nawet ok. 80 cali.
      Rozdzielczość 8K - nowość 2020
      Jeśli jesteś tv maniakiem i zależy Ci na jak najlepszych i najbardziej luksusowych przeżyciach podczas oglądania filmów czy telewizji, zainteresuj się technologią 8K.
      Odsyła ona 4K w zapomnienie. Dzięki 33 milionom pikseli na ekranie, każdy detal jest niezwykle wyraźny. Obraz jest tak naturalny, że tworzy zupełnie nową jakość widzianych już wcześniej materiałów. I to nawet jeśli oglądasz je na największym ekranie. Czyli generalnie swoje ulubione filmy musisz obejrzeć jeszcze raz, żeby odkryć je w zupełnie nowej jakości. Telewizor z taką rozdzielczością warto jednak przede wszystkim kupić w większych rozmiarach. Telewizor samsung 55 cali qled byłby po prostu za mały. Minimalna przekątna powinna wynosić to 65-75 cali.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Polska firma Ammono została laureatem nagrody Compound Semiconductor Industry Awards 2012. Przedsiębiorstwo wyróżniono za najbardziej przełomowy produkt półprzewodnikowy.
      Warszawska firma produkuje najdoskonalsze na świecie kryształy azotku galu.
      Kryształy te są niezbędne w przemyśle optoelektronicznym, pozwalają na tworzenie doskonalszych układów elektrycznych do samochodów hybrydowych czy w końcu dają nadzieję na stworzenie lepszych diod LED.
      Największe firmy i ośrodki naukowe z Japonii, Korei, Europy czy Stanów Zjednoczonych pracują nad uzyskaniem dużych, czystych kryształów azotku galu. Wyprzedziła je warszawska firma założona w 1992 roku przez czterech pracowników naukowych Uniwersytetu Warszawskiego.
      Więcej o Ammono można przeczytać w naszej informacji z 2010 roku.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wkrótce w Polce zadebiutuje monitor HL229 tajwańskiej firmy Hanns.G. Urządzenie wyposażono w 22-calowy wyświetlacz LCD podświetlany diodami LED.
      Rozdzielczość monitora to Full HD (1920x1080), a proporcje jego boków wynoszą 16:9. Jasność obrazu wynosi 250 kandeli na metr kwadratowy. Standardowy kontrast to 1000:1, a kontrast dynamiczny wynosi 30000:1.
      Jak zapewnia producent czas reakcji matrycy to 5 milisekund, a kąt widzenia wynosi 170/160 stopni. Monitor wyposażono w dwa głośniki o mocy 1 wata każdy, porty DVI-D, VGA, wyjście audio oraz złącze Kensington. Urządzenie można postawić na stole lub, po zdemontowaniu podstawki, powiesić na ścianie.
      Monitor jest już dostępny na witrynie hannspree.com i kosztuje około 400 złotych. Objęto go 24-miesięczną gwarancją.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Po dziesięciu latach pracy naukowcom z Princeton University udało się skonstruować system, który pozwala na kontrolowanie spinu elektronów w krzemie nawet przez 10 sekund. Wydłużenie czasu, w którym można kontrolować spin elektronów jest niezbędne do skonstruowania praktycznego komputera kwantowego. Dotychczas udawało się utrzymać spin elektronów przez ułamki sekund. Stany kwantowe są bardzo nietrwałe i pod wpływem czynników zewnętrznych dochodzi do ich utraty, czyli dekoherencji. Kwantowy bit, na którym mają pracować kwantowe komputery, traci swoje właściwości i staje się „zwykłym“ bitem, przyjmującym w danym momencie tylko jedną wartość, zamiast wcześniejszych wszystkich możliwych wartości.
      Profesor Stephen Lyon i Alexei Tyryshkin, który są autorami najnowszego osiągnięcia, mówią, że kluczem do sukcesu było użycie niezwykle czystej próbki krzemu-28. Częściowo zawdzięczamy to udoskonaleniu metody pomiaru, ale większość zależy od materiału. To najczystsza próbka, jakiej dotychczas używaliśmy - mówi Lyon.
      Naukowcy zamknęli kawałek krzemu-28 w stalowym cylindrze wypełnionym helem. Wewnątrz panowała temperatura 2 kelwinów. Cylinder znajdował się pomiędzy dwoma pierścieniami, które miały za zadanie kontrolować pole magnetyczne wokół próbki. Po potraktowaniu krzemu mikrofalami doszło do skoordynowania spinów około 100 miliardów elektronów. Zaszła zatem koherencja i została ona utrzymana przez niewiarygodnie długie 10 sekund. Jej utrzymanie jest niezwykle ważne dla komputerów kwantowych, gdyż działające na nich oprogramowanie będzie potrzebowało czasu np. na korekcję błędów czy i operacje na danych. Muszą być one zatem dostępne na tyle długo, by program zakończył pracę z nimi.
      Stan kwantowy może zostać zniszczony przez naturalne pole magnetyczne materiałów. Dlatego też zdecydowano się na wykorzystanie krzemu-28, który, w przeciwieństwie do tradycyjnie używanego krzemu-25 ma niezwykle słabe pole magnetyczne.
      Projekt rozpoczął się 10 lat temu. Steve przyszedł do mnie i powiedział, żebyśmy wykorzystali próbkę wolną od innych izotopów - wspomina Tyryshkin. Po trzech latach badań uczeni byli wstanie utrzymać koherencję przez 600 mikrosekund. Przez kolejne lata wypróbowywali różne materiały.
      W końcu dzięki Avogadro Project, którego celem jest opracowanie nowej definicji kilograma, udało się uzyskać próbkę niezwykle czystego krzemu-28. Międzynarodowa współpraca dała niezwykłe wyniki. Zwykle w krzemie-28 znajduje się nawet 50000 części na milion krzemu-29, do tego dochodzą inne zanieczyszczenia, które mają silne pole magnetyczne. W oczyszczonym krzemie-28 liczba atomów krzemu-29 nie przekracza 50 na milion. Taka próbka była... zbyt czysta. Dodano do niej nieco fosforu, by była ona na tyle aktywna elektrycznie, żeby reagować na mikrofale. To właśnie ta reakcja, którą Lyon i Tyryshkin nazywają „echem“, gdyż są to mikrofale emitowane przez próbkę, pozwala na odczytanie spinu elektronów.
      Bardzo trudne było znalezienie odpowiedniej liczby atomów fosforu. Ich zbyt duża liczba oznaczałaby powstanie w próbce zbyt silnego pola magnetycznnego. Z kolei za mało fosforu dałoby zbyt słabe „echo“, którego nie można by odczytać. Istotne było też znaczne obniżenie temperatury próbki, gdyż w temperaturze pokojowej elektrony fosforu są zbyt aktywne. „Uspokajają się“ dopiero w temperaturze bliskiej zeru absolutnemu.
      Warto w tym miejscu przypomnieć, że już wcześniej innym zespołom naukowym udało się kontrolować spin elektronów przez równie długi czas. Wykonano nawet pewne operacje matematyczne. Jednak do eksperymentów używano jonów zamkniętych w komorach próżniowych. Lyon i Tyryshkin skupili się na krzemie, gdyż uważają, że jest on znacznie bardziej praktyczny. Współczesna elektronika już wiele dekad temu zrezygnowała przecież z lamp elektronowych na rzecz krzemu.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Współpraca naukowców z University of New South Wales, Melbourne University i Purdu University zaowocowała stworzeniem najmniejszego połączenia elektrycznego umieszczonego na krzemie. Ma ono grubość 1 atomu i szerokość 4 atomów. Mimo tak niewielkich rozmiarów transport elektronów odbywa się równie wydajnie co za pomocą tradycyjnego połączenia miedzianego.
      Osiągnięcie to ma olbrzymie znacznie na wielu polach rozwoju elektroniki i inżynierii. Pozwoli w przyszłości na dalsze zmniejszanie rozmiaru układów scalonych. Ponadto daje nadzieję na wykorzystanie w komputerach kwantowych techniki precyzyjnego wzbogacania krzemu pojedynczymi atomami.
      Prace australijsko-amerykańskiego zespołu wykazały też, że prawo Ohma ma zastosowanie w skali atomowej. To niesamowite, że Prawo Ohma, prawo tak podstawowe, zostaje zachowane przy budowaniu połączeń elektrycznych z pojedynczych cegiełek natury - stwierdził Bent Weber, jeden z twórców miniaturowych kabli. Badacze podkreślają, że połączenia były tworzone atom po atomie, co znacząco różni się od technik stosowanych we współczesnej elektronice. Obecnie usuwa się nadmiarowy materiał, a to technika trudna, kosztowna i nieprecyzyjna. Gdy schodzi się do wielkości poniżej 20 atomów, mamy do czynienia z takimi różnicami w liczbie atomów, że dalsze skalowanie jest trudne. Ale podczas tego eksperymentu stworzono urządzenie dzięki umieszczaniu pojedynczych atomów fosforu na krzemie i okazało się, że gęsto ułożony przewód o szerokości zaledwie 4 atomów działa tak, jak przewody metalowe - powiedział profesor Gerhard Klimeck z Purdue.
      Jak poinformowała profesor Michelle Simmons z University of New South Wales, która kierowała badaniami, głównym celem badań jest rozwój przyszłych komputerów kwantowych, w których pojedyncze atomy są wykorzystywane do przeprowadzania obliczeń.
×
×
  • Create New...