Perspektiven für die Entwicklung der weißen LED-Technologie
LEDs sind die wirtschaftlichste und hochwertigste Lichtquelle. Nicht umsonst befindet sich die Technologie zur Herstellung weißer LEDs, die kontinuierlich zur Beleuchtung eingesetzt werden, in einem ständigen Fortschritt. Das Interesse der Beleuchtungsindustrie und des einfachen Mannes auf der Straße hat ständige und zahlreiche Forschungen auf diesem Gebiet der Beleuchtungstechnologie angeregt.
Wir können schon jetzt sagen, dass die Aussichten für weiße LEDs riesig sind. Denn die offensichtlichen Vorteile der Einsparung von Strom für die Beleuchtung werden noch lange Zeit Investoren dazu verleiten, diese Prozesse zu erforschen, Technologien zu verbessern und neuere, effizientere Materialien zu entdecken.
Wenn wir uns die neuesten Veröffentlichungen von LED-Herstellern und Entwicklern von Materialien für ihre Herstellung, Experten auf dem Gebiet der Halbleiterforschung und Halbleiterbeleuchtungstechnologien, ansehen, können wir heute mehrere Entwicklungsrichtungen in diesem Bereich hervorheben.
Es ist bekannt, dass der Umrechnungsfaktor Phosphor ist der Hauptfaktor für die LED-Effizienz. Darüber hinaus beeinflusst das Reemissionsspektrum des Leuchtstoffs die Qualität des von der LED erzeugten Lichts. Daher ist die Suche und Erforschung noch besserer und effizienterer Leuchtstoffe derzeit eine der wichtigsten Richtungen in der Entwicklung der LED-Technologie.
Yttrium-Aluminium-Granat ist der beliebteste Leuchtstoff für weiße LEDs und kann Wirkungsgrade von knapp über 95 % erreichen. Andere Leuchtstoffe liefern zwar ein qualitativ besseres Spektrum an weißem Licht, sind jedoch weniger effizient als der YAG-Leuchtstoff. Aus diesem Grund zielen zahlreiche Studien darauf ab, einen noch effizienteren und langlebigeren Leuchtstoff zu erhalten, der das richtige Spektrum liefert.
Eine weitere Lösung, die sich allerdings immer noch durch ihren hohen Preis auszeichnet, ist eine Multikristall-LED, die helles weißes Licht mit einem hochwertigen Spektrum liefert. Dabei handelt es sich um kombinierte Mehrkomponenten-LEDs.
Mehrfarbige Halbleiterchipkombinationen sind nicht die einzige Lösung. LEDs, die mehrere Farbchips sowie einen Phosphoranteil enthalten, werden deutlich besser dargestellt.
Obwohl die Effizienz der Methode noch gering ist, verdient der Ansatz dennoch Beachtung, wenn Quantenpunkte als Konverter verwendet werden. Auf diese Weise können Sie LEDs mit hoher Lichtqualität herstellen. Die Technologie nennt sich weiße Quantenpunkt-LEDs.
Da die größte Effizienzgrenze direkt im LED-Chip liegt, kann eine Erhöhung der Effizienz des Halbleiteremissionsmaterials selbst zur Verbesserung der Effizienz beitragen.
Die Schlussfolgerung ist, dass die gängigsten Halbleiterstrukturen keine Quantenausbeute über 50 % ermöglichen.Die derzeit besten Quanteneffizienzergebnisse wurden nur mit roten LEDs erzielt, die einen Wirkungsgrad von knapp über 60 % ergeben.
Durch Galliumnitrid-Epitaxie auf einem Saphirsubstrat gewachsene Strukturen sind kein billiger Prozess. Eine Umstellung auf günstigere Halbleiterstrukturen könnte den Fortschritt beschleunigen.
Durch die Verwendung anderer Materialien wie Galliumoxid, Siliziumkarbid oder reines Silizium können die Kosten für die LED-Produktion deutlich gesenkt werden. Versuche, Galliumnitrid mit verschiedenen Stoffen zu legieren, sind nicht die einzige Möglichkeit, Kosten zu senken. Als vielversprechend gelten Halbleitermaterialien wie Zinkselenid, Indiumnitrid, Aluminiumnitrid und Bornitrid.
Die Möglichkeit eines breiten Einsatzes phosphorfreier LEDs, die auf dem Wachstum einer Zinkselenid-Epitaxiestruktur auf einem Zinkselenid-Substrat basieren, sollte nicht ausgeschlossen werden. Hier emittiert der aktive Bereich des Halbleiters blaues Licht und das Substrat selbst (da Zinkselenid selbst ein wirksamer Leuchtstoff ist) erweist sich als Quelle für gelbes Licht.
Wenn in die Struktur eine weitere Halbleiterschicht mit einer geringeren Bandlücke eingebracht wird, kann diese einige Quanten mit einer bestimmten Energie absorbieren und die Sekundäremission erfolgt im Bereich niedrigerer Energien. Die Technologie nennt sich LEDs mit Halbleiter-Emissionskonvertern.