Perspektywy rozwoju technologii białych diod LED
Diody LED są najbardziej ekonomicznym i wysokiej jakości źródłem światła. Nie bez powodu technologia produkcji białych diod LED, które są stale używane do oświetlenia, jest stale rozwijana. Zainteresowanie branży oświetleniowej i zwykłego człowieka stymulowało ciągłe i liczne badania w tej dziedzinie techniki oświetleniowej.
Już teraz można powiedzieć, że perspektywy dla białych diod są ogromne. Dzieje się tak dlatego, że oczywiste korzyści płynące z oszczędności energii elektrycznej zużywanej na oświetlenie jeszcze przez długi czas będą przyciągać inwestorów do badania tych procesów, ulepszania technologii i odkrywania nowszych, wydajniejszych materiałów.
Jeśli zwrócimy uwagę na najnowsze publikacje producentów diod LED i twórców materiałów do ich tworzenia, ekspertów w kierunku badań nad półprzewodnikami i półprzewodnikowymi technologiami oświetleniowymi, możemy dziś wyróżnić kilka kierunków na drodze rozwoju tej dziedziny.
Wiadomo, że współczynnik konwersji fosfor jest głównym wyznacznikiem wydajności LED, ponadto widmo reemisji luminoforu wpływa na jakość światła wytwarzanego przez LED. Tym samym poszukiwanie i badanie jeszcze lepszych i wydajniejszych luminoforów jest obecnie jednym z najważniejszych kierunków rozwoju technologii LED.
Granat itrowo-aluminiowy jest najpopularniejszym luminoforem do białych diod LED i może osiągnąć wydajność nieco ponad 95%. Inne luminofory, choć dają lepszą jakość widma światła białego, są mniej wydajne niż luminofor YAG. Z tego powodu liczne badania zmierzają do uzyskania jeszcze wydajniejszego i trwalszego luminoforu, dającego prawidłowe widmo.
Innym rozwiązaniem, choć nadal wyróżniającym się wysoką ceną, jest multikrystaliczna dioda LED, która daje jasne białe światło o wysokiej jakości widmie. Są to połączone wieloskładnikowe diody LED.
Kombinacje wielokolorowych układów półprzewodnikowych nie są jedynym rozwiązaniem. Diody LED, które zawierają kilka kolorowych chipów, a także składnik luminoforowy, są wyświetlane znacznie bardziej efektywnie.
Chociaż skuteczność metody jest wciąż niska, podejście to jest jednak warte uwagi, gdy kropki kwantowe są używane jako konwerter. W ten sposób można tworzyć diody LED o wysokiej jakości światła. Technologia ta nazywa się białymi kropkami kwantowymi LED.
Ponieważ największe ograniczenie wydajności leży bezpośrednio w chipie LED, zwiększenie wydajności samego materiału emitującego półprzewodnik może pomóc w poprawie wydajności.
Wniosek jest taki, że najpowszechniejsze struktury półprzewodnikowe nie pozwalają na uzyskanie wydajności kwantowej powyżej 50%.Najlepsze wyniki wydajności prądowej kwantowej osiągnięto jedynie przy czerwonych diodach LED, które dają sprawność nieco ponad 60%.
Struktury wyhodowane przez epitaksję z azotku galu na szafirowym podłożu nie są tanim procesem. Przejście na tańsze struktury półprzewodnikowe mogłoby przyspieszyć postęp.
Wzięcie za podstawę innych materiałów, takich jak tlenek galu, węglik krzemu czy czysty krzem, znacznie obniży koszty produkcji LED. Próby stapiania azotku galu z różnymi substancjami to nie jedyny sposób na obniżenie kosztów. Za obiecujące uważa się materiały półprzewodnikowe, takie jak selenek cynku, azotek indu, azotek glinu i azotek boru.
Nie należy wykluczać możliwości powszechnego stosowania bezluminoforowych diod LED opartych na wzroście epitaksjalnej struktury selenku cynku na podłożu z selenku cynku. Tutaj obszar aktywny półprzewodnika emituje światło niebieskie, a samo podłoże (selenek cynku sam jest efektywnym luminoforem) okazuje się być źródłem światła żółtego.
Jeśli do struktury wprowadzi się kolejną warstwę półprzewodnika o mniejszym paśmie wzbronionym, będzie ona w stanie zaabsorbować część kwantów o określonej energii, a emisja wtórna nastąpi w obszarze niższych energii. Technologia ta nazywa się diodami LED z półprzewodnikowymi przetwornikami emisji.