Можно уверенно сказать: белые светодиоды, вся отрасль их производства, зависит от редкоземельных элементов. Люминофоры, содержащие церий, европий и тербий, широко используются в качестве покрытий синих светодиодных чипов для создания широкополосных спектров люминесценции в видимой области спектра, обладая люминесценцией в желтом, зеленом и красном диапазоне длин волн. Синий свет, излучаемый чипом, поглощается люминофорами и переизлучается в более длинноволновой области. Сочетание этих цветов излучения приводит к образованию белого света, что делает светодиоды самым перспективным источником искусственного освещения.
Однако серьезные вопросы, касающиеся поставки редких земель, могут привести к катастрофическим последствиям для твердотельного освещения и подсветки. К счастью, существует потенциальная замена для редкоземельных люминофоров: люминесцентные квантовые точки (КТ), образованные из полупроводниковых нанокристаллов, синтезированных в растворе. Благодаря возможности их нанесения из раствора, стабильности, уникальным оптическим свойствам и простоте синтеза, КТ рассматриваются как потенциально привлекательные заменители люминофоров в белых светодиодов.
Наиболее перспективными оптическими свойствами КТ являются их относительно узкие полосы излучения (25-60 нм), которые позволяют добиться чистоты цвета, и возможность точной подстройки положения длины волны излучения (с точностью до нескольких нанометров) по всей видимой области спектра простым контролем размера нанокристаллов. Кроме того, широкие полосы поглощения КТ делают возможным оптическую накачку при введении их в систему с излучающими свет в коротковолновом диапазоне светодиодными чипами. Действительно, создание эффективных, высококачественных светодиодов на основе преобразования цвета на основе КТ выглядит перспективным, как уже показано при создании прототипов работающих устройств.
Хотя традиционные порошки редкоземельных люминофоров способны генерировать "теплый" белый свет с высоким индексом цветопередачи (CRI), одновременное достижение высокой светоотдачи оптического излучения (LER) остается проблемой. Обычные люминофоры на основе белых светодиодов пока демонстрируют только 274 лм/Вт. Получение высоких фотометрические характеристик при высоких CRI и низкой цветовой температуре (производство «теплого» белого спектра) требует тщательной разработки КТ. После тестирования более 200 миллионов образцов было установлено, что лишь около 0,001% из них могут одновременно достичь CRI> 90 и LER> 380 лм/Вт при цветовой температуре ниже 4000 К. Доказательство правильности этой концепции уже было продемонстрировано экспериментально, одновременно с демонстрацией стабильной работы устройства. При интеграции КТ типа ядро-оболочка (CdSe/ZnS) трех различных размеров (соответствующих зеленому, желтому и красному цвету) с излучающими синий свет светодиодами InGaN/GaN были достигнуты впечатляющие фотометрические характеристики: LER=357 лм/Вт, CRI=89 и цветовая температура 2982 K.
Таким образом, вопросы поставки редкоземельных элементов являются проблемой для светотехнической промышленности. Одним из способов борьбы с этой проблемой является разработка преобразователей цвета на основе квантовых точек. Хотя на сегодняшний момент уже показана их перспективность, остаются еще важные задачи, которые необходимо решать. Например, наиболее эффективные КТ содержат кадмий, что делает их непригодными для использования в экологически чистых устройствах.
Решаемы ли эти проблемы – ответ на этот вопрос мы узнаем, только проведя серьезные исследования.
- 