Новости: Новые Материалы

Около 20% потребления бытовой электроэнергии используется для освещения. Обычные лампы накаливания малоэффективны, а ртутные лампы представляют некоторую опасность для окружающей среды. Проблема поиска альтернатив существующим источникам света становится достаточно актуальной. Наиболее перспективной заменой существующим источникам света являются светодиоды благодаря своим высоким показателям эффективности, долговечности и механической устойчивости.

Большинство коммерчески доступных белых светодиодов используют аддитивный принцип цветосмешения: они состоят из красного, зелёного и синего светодиодов. Существует и другая разновидность белых светодиодов, которую представляют так называемые светодиоды с понижением частоты (“Down conversion LED”). В них излучение синего светодиода преобразуется в более низкое по энергии излучение, примерно соответствующее спектру дневного света. Такие светодиоды значительно дороже ламп накаливания и, как и ртутные лампы, излучают «холодный» голубоватый свет. Плохая цветопередача таких светодиодов обусловлена тем, что используемый в них люминофор обладает слабой эмиссией в красной и зелёной частях видимого спектра. Целью работы является модификация преобразующего материала в светодиодах «понижающего» типа (Рисунок 1) с тем, чтобы сделать его спектр излучения более близким к спектру дневного света. Это было реализовано введением в преобразующий материал светодиода люминесцентных нанокристаллов: излучающих в красной области квантовых точек InP и нанокристаллов Sr_0.94Al₂O₄:Eu_0.06, обладающих зелёной люминесценцией. Большее внимание было уделено именно изучению свойств красного люминофора как более важного для достижения требуемой цветопередачи. Высокий квантовый выход, монохроматичность излучения, а также возможность варьирования длины волны люминесценции путём изменения размера наночастицы обуславливают выбор полупроводниковых нанокристаллов в качестве материала для светодиодов «понижающего» типа.

Основной проблемой при таком применении нанокристаллов является необходимость их стабилизации для предотвращения образования нелюминесцирующих агломератов. Такая стабилизация может быть достигнута либо покрытием квантовых точек слоем поверхностно активного вещества, либо покрытием их оболочкой, имеющей высокое сродство к матрице, в которой они находятся. В данной работе подробно рассмотрены квантовые точки InP, проведён сравнительный анализ их свойств в присутствии органических стабилизаторов и без них. Были получены квантовые точки типа ядро-оболочка (InP/ZnS), которые имеют более высокий квантовый выход люминесценции по сравнению с нанокристаллами InP. В работе рассмотрены свойства квантовых точек обоих типов после покрытия их оксидом кремния и введения в матрицу силикона. Именно такие композиты применялись авторами статьи для создания светодиода «понижающего» типа (Рисунок 2). Созданный авторами статьи прототип белого светодиода обладает хорошими цветовыми свойствами, которые выражаются высоким индексом цветопередачи (color-rendering index, CRI), – 86 против 70 у существующих коммерческих белых светодиодов (Рисунок 3).