University of California: Optimalizace využití fosforu v LED technologii
Díky práci vědců z University of California Santa Barbara vypluly na povrch nové možnosti v oblasti osvětlení. Připravili jednoduchý návod na optimalizaci fosforu, což by mohlo vést k jeho lepšímu využití v oblasti LED osvětlení.
Potenciál LED je znám již několik let. V porovnání s klasickými způsoby osvětlení je jejich výhodou méně spotřebované energie, méně vyzařovaného tepla a delší životnost, která je k životnímu prostředí mnohem přátelštější. Kromě jejich širokého využití v oblasti osvětlení se ve velkém využívají v různých zařízeních, například v televizorech a dalších typech obrazovek.
Polovodiče v LED technologii
Jaká je tedy podstata polovodičového osvětlení? Základem je aplikace fosforu na LED čip tak, aby fotony z nitridu galia v LED musely projít vrstvou fosforu. Modré světlo tak přechází do zeleno-žluto-oranžové části spektra. Pokud se takové světlo zkombinuje se stejným množstvím modrého světla, změní se na bílé. Pokud jsou přítomny reflexní pigmenty, smícháním modrého a žlutého světla dostaneme světlo zelené. Pokud však smícháme tyto barvy při emisním světle, výsledkem je světlo bílé.
Až donedávna nebylo jasné, proč je některý fosfor účinný a jiný ne. Pro přípravu fosforových materiálů je třeba nalézt strukturu, která bude působit jako hostitel pro ionty aktivátoru, které budou následně konvertovat modré světlo na žluté/oranžové světlo s nižší energií.
Čím jsou však LED jasnější, např. v světlometech aut, tím více se zahřívají. To samozřejmě ovlivňuje vlastnosti fosforu.
Jen několik fosforových materiálů si dokáže při zahřátí udržet potřebnou účinnost. Není zcela jasné, jak zvolit správnou hostitelskou strukturu pro daný aktivátor tak, aby byl fosfor účinný a zároveň si udržel potřebnou úroveň účinnosti i při zahřátí.
Na základě výpočtů vycházejících z teorie funkce hustoty vědci zjistili, že míra pevnosti krystalické hostitelské struktury je klíčovým faktorem účinnosti fosforu. Navíc, ukazatele pevnosti struktury je možné stanovit pomocí teorie funkce hustoty, takže materiály lze prověřit ještě před přípravou a testováním. Toto průlomové zjištění přinese výrazné urychlení snah o vysoce efektivní, vysoce svítivé polovodičové metody osvětlení. Méně efektivní zářivky a neonky tak asi brzy zapadnou prachem.
Jak to funguje, vysvětluje následující video v angličtině.
Vysoce účinná technologie
Cílem vědců je dosáhnout účinnosti 90 % nebo 300 lm/W. Ve srovnání s tím mají aktuálně používané zářivky účinnost pouze 5 % a neonky jen o něco více, přibližně 20 %. Při laboratorních pokusech s polovodičovým osvětlením bylo dosud dosaženo až 60 %-ní účinnosti. Zdá se tedy, že vědci jsou na dobré cestě dosáhnout svého cíle.
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
