University of California: Optimalizácia využitia fosforu v LED technológii
Vďaka práci vedcov z University of California Santa Barbara vyplávali na povrch nové možnosti v oblasti osvetlenia. Pripravili jednoduchý návod na optimalizáciu fosforu, čo by mohlo viesť k jeho lepšiemu využitiu v oblasti LED osvetlenia.
Potenciál LED je známy už niekoľko rokov. V porovnaní s klasickými spôsobmi osvetlenia je ich výhodou menej spotrebovanej energie, menej vyžiareného tepla, dlhšia životnosť a prevádzka, ktorá je k životnému prostrediu oveľa priateľskejšia. Okrem ich širokého využitia v oblasti osvetlenia sa vo veľkom využívajú v rôznych zariadeniach, napríklad v televízoroch a ďalších typoch obrazoviek.
Polovodiče v LED technológii
Aká je teda podstata polovodičového osvetlenia? Základom je aplikácia fosforu na LED čip tak, aby fotóny z nitridu gália v LED museli prejsť vrstvou fosforu. Modré svetlo tak prechádza do zeleno-žlto-oranžovej časti spektra. Ak sa takéto svetlo skombinuje s rovnakým množstvom modrého svetla, zmení sa na biele. Ak sú prítomné reflexné pigmenty, zmiešaním modrého a žltého svetla dostaneme svetlo zelené. Ak však zmiešame tieto farby pri emisnom svetle, výsledkom je svetlo biele.
Až donedávna nebolo jasné, prečo je niektorý fosfor účinný a iný nie. Pre prípravu fosforových materiálov je treba nájsť štruktúru, ktorá bude pôsobiť ako hostiteľ pre ióny aktivátora, ktoré budú následne konvertovať modré svetlo na žlté/oranžové svetlo s nižšou energiou.
Čím sú však LED jasnejšie, napr. v svetlometoch áut, tým viac sa zahrievajú. To samozrejme ovplyvňuje vlastnosti fosforu.
Len niekoľko fosforových materiálov si dokáže pri zahriatí udržať potrebnú účinnosť. Nie je úplne jasné, ako zvoliť správnu hostiteľskú štruktúru pre daný aktivátor tak, aby bol fosfor účinný a zároveň si udržal potrebnú úroveň účinnosti aj pri zahriatí.
Na základe výpočtov vychádzajúcich z teórie funkcie hustoty vedci zistili, že miera pevnosti kryštalickej hostiteľskej štruktúry je kľúčovým faktorom účinnosti fosforu. Navyše, ukazovatele pevnosti štruktúry je možné stanoviť pomocou teórie funkcie hustoty, takže materiály je možné preveriť ešte pred prípravou a testovaním. Toto prelomové zistenie prinesie výrazné urýchlenie snáh o vysoko efektívne, vysoko svietivé polovodičové metódy osvetlenia. Nízko efektívne žiarivky a neónky tak asi čoskoro zapadnú prachom.
Ako to funguje, vysvetľuje nasledujúce video v angličtine.
Vysoko účinná technológia
Cieľom vedcov je dosiahnuť účinnosť 90 % alebo 300 lm/W. V porovnaní s tým majú aktuálne používané žiarivky účinnosť len 5 % a neónky len o niečo viac, približne 20 %. Pri laboratórnych pokusoch s polovodičovým osvetlením bola doteraz dosiahnutá až 60 %-ná účinnosť. Zdá sa teda, že vedci sú na dobrej ceste dosiahnuť svoj cieľ.
Zdroje:
- http://www.news.ucsb.edu/2013/013676/building-better-led
- University of California, Santa Barbara: Breakthrough Research Could Lead to Brighter, More Efficient Solid-State Lighting uverejnené v časopise Lighting Technology, Winter 2014
