Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Рис. 1. Белый ОСИД 15 лет назад
Рис. 2. Статья в Wall Street о возможности ОСИД-освещения
Рис. 3. Цветовой спектр
Рис. 4. Стркутура первого белого ОСИД
Рис. 5. Энергетическая диаграмма первого белого ОСИД
Рис. 6. Спектр, который давал первый белый ОСИД
Рис. 7. В случае больших концентраций возможен перенос энергии между люминефорами, а в случае малых - нет
Рис. 8. И вот к какому спектру это приводит
Рис. 9. Такое изменение спектра дает введение дырко-блокирующего слоя
Рис. 10. Механизм транспорта заряда от электродов
Рис. 11. Металлы с низкими работами выхода
Рис. 12. Варианты представдения электродов
Рис. 13. Все не так просто!
Рис. 14. Контролируемое допирование
Рис. 15. Если использовать такую структуру...
... ВАХ изменится вот так!
Рис. 17. Другие варианты катодов
Рис. 18. Тот же прием для анода
Рис. 19. А вот и совмещение допированных анода и катода
Рис. 20. Подбор допантов и слоев-"хозяев"
Рис. 21. Уже сильно улучшенный белый ОСИД
Рис. 22. Нужно избежать аккумулирования заряда!
Рис. 23. Нужен плавный переход.
Рис. 24. Увеличение времени службы
Рис. 25. И вот что получилось

Инструкция по получению белого светодиода

Ключевые слова:  ОСИД, периодика

Автор(ы): J. Kido, В. Уточникова

Опубликовал(а):  Уточникова Валентина Владимировна

14 июля 2010

Пятнадцать лет назад вышла первая статья проф. Кидо в журнале Science, а также о проф. Кидо - в Wall Street Journal, - посвященная созданию первого белого светодиода. Но то, что казалось раньше вовсе невозможным,сразу привлекло внимание инвесторов, которые тут же потребовали улучшения показателей: с имевшихся <1 lm/W и продолжительностью службы менее суток до не менее 15 lm/W и 3000 часов. Но и эти требования были лишь промежуточными: чтобы выйти на рынок, требовались эффективность 100 lm/W, время жизни 30000 часов и светимость 5000 cd/m2. 15 лет прошло прежде, чем было создано такое устройство - постепенно, но уверенно.

Вот основные 4 проблемы, которые пришлось решать ученым:
• Как добиться белого света?
• Как снизить необходимое напряжение?
• Как улучшить квантовую эффективность?
• Как увеличить время службы?
И ответы на эти четыре "Как?" дал проф. Кидо.

• Как добиться белого света?

Для начала нужно было получить чистый белый цвет. Для этого нужно либо соединить 3 базовых цвета (треугольник на Рис. 3), либо 2 комплементарных (отрезок). И первый вариант, предложенный учеными, представлен на Рис. 4. Подбор материалов обусловлен не только цветом люминесценции, но и соотношением энергетических уровней, чтобы добиться более эффективной инжекции носителей заряда в слой. Спектр предложенного устройства показан на Рис. 6. Но если использовать большие концентрации люминофоров, произойдет передача энергии с синего через зеленый на красный, и в итоге синего свечения практически не будет! Поэтому важной задачей является подбор концентраций люминофоров, что в итоге приводит к спектру, уже неплохо похожему на солнечный (рис. 8).
Еще один прием, позволяющий устройству начать работать, - введение блокирующих дырки слоев. Поскольку подвижность дырок обычно очень велика, они успевают пролететь сквозь эмиссионный слой к катоду без рекомбинации, а введение такого слоя задерживает дырки и приводит к неизбежности их рекомбинации в эмиссионном слое (Рис. 9).

• Как снизить необходимое напряжение?

Пороговое напряжение - это то, при котором электроны и дырки уже могут попасть в эмиссионный слой. Поэтому первым требованием является поиск металлов с низкой работой выхода электрона, список которых приведен на Рис. 11. Однако ученые не просто перебирали возможные металлы, а предлагали разные способы их нанесения - не просто отдельным слоем, но и, например, допируя металлом слой органики (Рис. 12). Для чего это нужно? Дело в том, что электрон не может просто "перепрыгнуть" с металла на органический слой. При этом происходит химическая реакция с образованием катиона металла и радикал-аниона. Это приводит к тому, что слой органики, допированной металлом, все равно образуется, но его толщина и морфология непредсказуема! Именно для этого ученые предложили контролируемо создавать такой слой, в котором можно было бы менять и толщину, и концентрацию металла. Пример такого катода приведен на Рис. 15, а на Рис. 16 показано, как заметно это снижает напряжение работы устройства. Другие варианты допированных катодов показаны на Рис. 17. Точно также можно поступить и с анодом (Рис. 18), и если совместить оба приема, напряжение работы можно понизить очень заметно (Рис. 19)!

• Как улучшить квантовую эффективность?

Для этого проф. Кидо сразу выбрал фосфоры, для которых предел квантовой эффективности составляет 100%. Алгоритм выбора таких материалов уже подробно излагался в одной из предыдущих статей в НМ, поэтому здесь мы укажем только, на какой структуре становился сам проф. Кидо, и какова была эффективность ее работы (Рис. 20, 21).

• Как увеличить время службы?

Краеугольным камнем в создании осветителя на основе ОСИД стала продолжительность его службы - никто не купит лампочку, которую придется заменять каждую неделю! Для решения этой проблемы нужно понять основной механизм гибели устройства, и он заключается в аккумулировании заряда на любой границе между слоями в структуре ОСИД. Следовательно, такого аккумулирования нужно не допустить, а именно, сгладить эти границы.
От послойной структуры можно перейти к смеси компонентов, либо к ступенчатой системе, когда концентрация одного компонента относительно другого постепенно возрастает от 0% до 100%. Несмотря на то, что второй вариант интуитивно кажется более перспективным, время службы в первом случае оказывается заметно выше. Причина в том, что в случае ступенчатого перехода заряд может собираться на каждой из ступеней, а значит, для того, чтобы добиться наилучшего результата, нужно сделать такое изменение концентрации плавным.
Понимание этого привело к созданию напылительных установок, позволяющих создавать такие плавные переходы, и, в свою очередь, к заметному возрастанию времени жизни (Рис. 24).

Вот так постепенно был пройден путь, позволивший получить коммерческие белые светодиоды.

А вам слабо?



Средний балл: 9.8 (голосов 4)

 


Комментарии
Gromolyot, 14 июля 2010 12:35 
Хорошо получилось
А что делали другие профессора? (Альтернативные варианты)
"чтобы выйти на рынок, требовались
эффективность 100 lm/W"
- рынки разные и требования тоже.
Техническим проблемам свойственна
многовариантность их решения.
Как правило, варианты выбирает инвестор, а не
разработчик.
Gromolyot
Могу написать статью о точке зрения филипса, если интересно :)

Застрожнов Евгений Иванович
Так это инвесторы и диктовали :)
Интересная статья, но желательно больших подробностей, чтобы и дилетантам было понятно.
Застрожнов Евгений Иванович
Так это инвесторы и диктовали :)


А , что, статьи часто пишут под чью-то диктовку?
Застрожнов Евгений Иванович
Так это инвесторы и диктовали :)


А , что, статьи часто пишут под чью-то диктовку?
Коваленко Артём, 15 июля 2010 22:49 
не квантовая эффективность, а квантовый выход.
Коваленко Артём
это сленг, выход конечно

Клейменичева Ангелина Валерьевна
Шутка, повторенная дважды, становится смешной?
Клейменичева Ангелина Валерьевна
"А , что, статьи часто пишут под чью-то
диктовку?"
- Сожалею, но речь идет о другом. На
современном рынке есть много секторов и ниш
для светодиодов. Каждая ниша требует своих
параметров. Это может и 10 и 100 и 1000 lm/W.
То же относится и к ресурсу. Применение может
быть различным, так и емкость рыночных ниш.
Поэтому каждая фирма, при выходе на рынок,
определяет для себя нишу и параметры прибора.
Это делается для того, чтобы понять запросы
клиентов и скорректировать позиционирование
своего продукта.

Что касается статей, то их не мало пишут под
диктовку и в этом нет ничего удивительного.

Уточникова Валентина Владимировна
"Так это инвесторы и диктовали"
"15 лет прошло прежде, чем было создано такое
устройство - постепенно, но уверенно."

Я не знаю таких инвесторов, которые ждут 15
лет. А вот различные фонды, выдающие гранты,
могли это сделать. Потому что очень большой
риск и неопределенный срок.
Ради будущей дружбы публиковали пару новостей про оптоган, но здесь Валя съездила на конференцию и привезла знания и энтузиазм. По - моему, просто идеально, тем более, что она именно этой темой и занимается. Чего девушку клюете, в данном случае она совершенно молодец!
Коваленко Артём, 18 июля 2010 13:27 
Валя, а экситон в органике и катион-радикал - это одно и то же?
Коваленко Артём, 20 июля 2010 14:50 
Все разъехались, что ли?
Коваленко Артём
не, катион-радикал - он есть, а экситон - э то абстракция. ну если грубо.
инвесторы именно так и ждут. вы зовете инвесторов - они спрашивают, что есть - вы говорите - они говорят, что этого мало, а надо вот это - вы работаете - см. п. 1.
но за это время они естественно ходят к другим людям и могут на вас положить.
Трусов Л. А., 21 июля 2010 09:59 
что положить?
Старый унылый ботан, 23 июля 2010 20:59 
По-моему, катион-радикал - тоже абстракция.
И кстати говоря, экситоны-то в органике какого
радиуса?
Уточникова Валентина Владимировна
- Да нет таких инвесторов, которые к вам
приходят и долго-долго чего-то ждут. Денег то
они не дают, а только обещают. Деньги дают
только, если работа сделана и можно посчитать
барыши!
Евгений Иванович, именно так, но свои соображения по поводу условий вложения денег они имеют и не стесняются озвучить.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Проекты эмблемы Интернет-олимпиады
Проекты эмблемы Интернет-олимпиады

Названы победители всероссийского фотоконкурса «Снимай науку!»
Всероссийский фотоконкурс «Снимай науку!» проходил со 2 апреля по 31 мая 2019 года. В нем приняли участие более 400 авторов. Из 2182 фотографий экспертная комиссия выбрала 16 лучших работ, которые войдут в экспозицию фотовыставки «Снимай науку!» в парке искусств «Музеон» (Москва).

Фотоконкурс для школьников и учителей
Факультет Наук о Материалах Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова и Фонд Инфраструктурных и Образовательных Программ (группа РОСНАНО) объявляют о проведении Фотоконкурса на лучшую работу в области технопредпринимательства и проектной деятельности школьников.

XVI Российская ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов"
С 1 по 4 октября 2019 года в г. Москве в Институте металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова Российской академии наук состоится ежегодная конференция молодых научных сотрудников и аспирантов "Физико-химия и технология неорганических материалов".

Новые гибридные перовскитоподобные материалы для солнечной энергетики
Тарасов Алексей Борисович, Постнаука
Как сохранить энергию солнца или ветра? Как может измениться стационарная энергетика в будущем? В проекте «Мир вещей. Из чего сделано будущее» совместно с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (группа РОСНАНО) Постнаука рассказывает о последних открытиях и перспективных достижениях науки о материалах.

Материалы к защитам квалификационных работ бакалавров на ФНМ МГУ в 2019 году
Коллектив авторов
4-7 июня 2019 г. (11-00) в аудитории 221 корпуса Б пройдут защиты ВКР бакалавров ФНМ МГУ.

Материалы к защитам магистерских квалификационных работ на ФНМ МГУ в 2019 году
Семенова Анна Александровна
21-24 мая 2019 года в лабораторном корпусе Б пройдут защиты магистерских диссертаций выпускниками ФНМ МГУ.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.