В сотрудничестве с доктором. Питер Шмидт из Philips Technologie GmbH в Аахене, группа исследователей под руководством профессора. Доктор. Вольфганг Шник, заведующий кафедрой неорганической химии твердого тела в LMU в Мюнхене, разработал новый материал для применения в светодиодах. «Обладая весьма необычными свойствами, новый материал может произвести революцию на рынке светодиодов», – говорит Шник.
Обе команды сообщают о своих результатах в последнем выпуске журнала Nature Materials.
Обычные лампы накаливания имеют очень низкую эффективность преобразования энергии, что привело к тому, что ЕС приказал снять их с рынка. В результате светоизлучающие диоды (СИД) стали предпочтительным источником света в обозримом будущем.
Свет, излучаемый светодиодами, генерируется электронными переходами в твердотельных полупроводниках. В отличие от так называемых энергосберегающих ламп, содержащих токсичную ртуть, светодиоды экологичны.
Кроме того, они очень эффективны и обещают значительное снижение энергопотребления.
Один светодиод может излучать свет только одного цветового тона. Тем не менее, Шник и его команда ранее достигли заметного технологического прорыва, синтезируя инновационные люминофорные материалы, которые позволяли преобразовывать синий свет, производимый обычными светодиодами, во все цвета видимого спектра, в частности, в красный цвет.
Смешивание разных цветов приводит к высококачественному белому свету, и это изобретение принесло Шнику и его коллегам номинацию на премию German Future Prize 2013.
Новый материал с большим потенциалом
Светодиоды, излучающие синий свет, можно превратить в излучатели белого света, покрывая их люминесцентной керамикой. Эти материалы поглощают часть синего света и повторно излучают энергию на длинах волн, соответствующих всем другим цветам видимого спектра от голубого до красного. Комбинация этих цветовых компонентов с непоглощенным синим светом дает чистый белый свет. Процесс кажется простым, но его практическая реализация очень сложна.
Для этого требуются люминофоры, которые демонстрируют чрезвычайно высокую термическую стабильность и работают с очень высокой эффективностью.
«Проблема с коммерчески доступными светодиодами белого света заключается в том, что всегда существует компромисс между оптимальной энергоэффективностью и приемлемой цветопередачей», – говорит Шник. Используемые до сих пор люминофоры, излучающие красный цвет, являются основным фактором, ответственным за это, поскольку они оказывают особенно значительное влияние на так называемый индекс цветопередачи.
В промышленном секторе также растет спрос на новые люминофоры, способные излучать в темно-красной области, потому что это позволит согласовать противоречивые требования оптимальной эффективности и наиболее естественной цветопередачи.
Новый материал, разработанный Schnick, Schmidt и их коллегами, основан на нитриде Sr [LiAl3N4].
При легировании соответствующим количеством европия, редкоземельного металла, соединение демонстрирует интенсивное свечение в очень узком диапазоне частот в красной полосе. Пиковое излучение происходит на длинах волн около 650 нм, а ширина пика (полная ширина на полувысоте) составляет всего 50 нм. Первые прототипы светодиодов, изготовленных из нового материала, генерируют на 14% больше света, чем обычные светодиоды белого света, и имеют отличный индекс цветопередачи. «Благодаря своим уникальным люминесцентным свойствам новый материал превосходит все люминофоры, излучающие красный цвет, которые используются в светодиодах, и имеет большой потенциал для промышленного применения», – заключает Шник.
Доктор.
Питер Шмидт и его сотрудники из Центра разработки Lumileds в Ахене (Philips Technologie GmbH) в настоящее время модифицируют синтез нового красного люминофора, чтобы оптимизировать его для крупномасштабного производства. Их цель – открыть путь к следующему поколению более ярких и эффективных светодиодов белого цвета с наилучшими возможными характеристиками цветопередачи.