Białe diody LED o super wysokiej wydajności mogą zaspokoić wszystkie potrzeby oświetlenia ogólnego

Badacze z Nichia Corporation w Tokushima w Japonii postawili sobie ambitny cel: opracować taki model białej diody LED, która mogłaby stać się zamiennikiem dla dowolnego wewnętrznego lub zewnętrznego źródła światła obecnie używanego w domach i biurach.

Właściwości ich poprzedniej diody LED były następujące: strumień świetlny 1913 lumenów oraz skuteczność świetlna 135 lumenów/wat. Wynik ten uzyskano przy prądzie zasilania o wartości 1A. Skuteczność świetlna na tym poziomie pozwala jej emitować więcej światła niż typowa 20-watowa żarówka. Według naukowców ostatni model zaprezentowanej przez badaczy diody może stać się zamiennikiem fluorescencyjnych żarówek w całych systemach oświetleniowych, co więcej mógłby być używany w lampach samochodów.

Wyniki badań pojawiły się w Journal of Physics D: Applied Physics. Zespół przygotował 3 diody o bardzo wysokiej skuteczności świetlnej, każdą ze specjalnym zestawem ulepszeń w strukturze mających na celu zwiększenie luminancji i jasności przy jednoczesnym zmniejszeniu napięcia roboczego.

Nawiązując do przeszłości, pierwszy raz białe diody LED zostały skomercjalizowane w 1996 r. i posiadały skuteczność świetlną rzędu 5 lm/W. Współczesne białe LEDy posiadają skuteczność świetlną rzędu 150 lm/W, a oszacowany limit waha się w granicach 260-300 lm/W.

Naukowcy z Nichia poprawili dość znacznie skuteczność świetlną w swoim ostatnim modelu LED uzyskując aż 265 lm/W przy prądzie 5mA, a także 249 lm/W przy prądzie zasilania 20mA, czyli wartości te osiągnęły prawie swój teoretyczny limit.

Skuteczność świetlna jest ogromna, jednak wadą specyficznego designu diody jest stosunkowo niski strumień świetlny - 14,4 lm. Modyfikując model do rozmiarów odpowiednich do użycia w dzisiejszych instalacjach osiągnięto 2 kluczowe wartości skuteczności świetlnej: 203 i 183 lm/W przy wartości prądu 350mA, a także wspominana wcześniej dioda o strumieniu świetlnym 1913 lm i skuteczności świetlnej 135 lm/W przy I=1A.

Wszystkie białe diody led bazują na diodzie niebieskiej, pokrytej żółtym fosforem w celu uzyskania szerszego widma emisji. Podczas gdy emitowane niebieskie światło trafia na warstwę fosforu emitowane jest światło białe. Bardzo niski jest wówczas udział światła czerwonego w widmie, dlatego też dodaje się również czerwony fosfor aby zwiększyć udział światła czerwonego i stworzyć bardziej zrównoważone widmo.

Diody mają wadę polegającą na tym, że elektrody mają skłonności do absorbowania części światła, która mogłaby być emitowana. Aby zredukować tą właściwość badacze użyli tlenku indu cyny jako jednej elektrody a także substratu szafiru w miejscu rozpraszania światła aby ułatwić strumieniowi światła łatwiejsze opuszczenie diody. Zoptymalizowano również napięcie operacyjne diod z 3,08V do 2,8V.

Więcej informacji na temat diody w najbliższym wydaniu Journal of Physics D: Applied Physics