LED schließt die gelbe Lücke

Vollständige Umwandlung von blauem in gelbes Licht durch neuartigen Nitridphosphor

Einfarbige Leuchtdioden decken einen großen Teil des sichtbaren Lichtspektrums mit hoher Effizienz ab. Für blaues Licht erreichen Nitriddioden externe Quanteneffizienzen von über 65 %, d. h. für etwa 2/3 der in die Diode injizierten Elektron-Loch-Paare wird jeweils ein Photon abgestrahlt. Beim roten Licht erzielen Phosphiddioden Effizienzen von ca. 50 %. Doch für die „gelbe Lücke“ um 560 nm standen bisher keine hocheffizienten einfarbigen LEDs zur Verfügung. Jetzt haben Forscher von Philips Lumileds eine monochromatische Nitriddiode entwickelt, die diese Lücke schließt.

Die von Regina Mueller-Mach und ihren Kollegen vorgestellte gelbe LED nutzt die Abwärtskonversion von blauem Licht, das von einer InGaN-LED geliefert wird, zu langwelligerem Licht mit Hilfe eines Phosphors. Dies ist ein gängiges Verfahren, mit dem man z. B. aus blauem LED-Licht kaltes oder warmes Weißlicht für unterschiedliche Anwendungen erzeugt.

Abb.: Externe Quanteneffizienz aufgetragen über der Peak Wellenlänge um 560 nm: das neue LED-Konzept (s. Punkt "pc" im Diagramm) schliesst die Effizienzlücke "yellow gap", wo weder InGaN noch AlGaInP effizient sind. Dabei ist Nitridphosphor als dichte Keramik auf einer hocheffizienten blau emittierenden InGaN Diode aufgebracht. (Bild:Regina Müller-Mach/Philips Lumileds/pss)

Schon vor vier Jahren hatten die Lumiled-Forscher LEDs für warmes Weißlicht hergestellt, bei denen die Abwärtskonversion mit einem europiumdotierten, barium- und strontiumhaltigen Nitridphosphor erfolgte. Dabei hatten sie bemerkt, dass sich je nach Ba-Sr-Mengenverhältnis und Eu-Dotierung auch farbiges Licht unterschiedlicher Wellenlänge erzeugen ließ. Auf den exakten Wert der Wellenlänge des blauen Pumpstrahls kam es dabei nicht an.

Jetzt ist es den Forschern mit dieser neuen Phosphorsorte gelungen, durch Abwärtskonversion blaues LED-Licht in monochromatisches gelbes Licht von 595 nm Wellenlänge umzuwandeln, das eine Farbreinheit von 98,7 % hat. Die externe Quanteneffizienz der gelben LED liegt je nach Temperatur zwischen 30 % und 40 %.Verglichen mit direkt emittierenden gelben LEDs ist die neue, indirekt gelb strahlende LED etwa doppelt bis fünfmal so hell. Sie erreicht dabei eine Helligkeit von 70 Lumen für eine Stromstärke von 350 mA.

Die neue Phosphorsorte lässt sich als polykristallines keramisches Material produzieren. Diese lumineszente Keramik absorbiert das anregende blaue Licht sehr effizient. Ein weiterer Vorteil ist, dass die optischen Eigenschaften des Phosphors nur relativ wenig von der Temperatur abhängen. Die Farbstabilität der LED in Abhängigkeit von der Stromstärke und der Temperatur ist nach den Messergebnissen der Forscher hervorragend.

Für die neue gelbe LED gibt es zahlreiche Anwendungen. So kann sie in gelben Ampellichtern oder Verkehrssignalen ebenso eingesetzt werden wie in Blinklichtern von Autos oder in Warnlichtern an Baustellen. Auch in der Unterhaltungselektronik könnte sie vielfältig zum Einsatz kommen. Zudem ist sie durch ihre hohe Effizienz preiswert. Auch in Praxis könnte die gelbe Lücke schon bald der Vergangenheit angehören.

RAINER SCHARF

Weitere Infos: 

• Originalveröffentlichung:
  Regina Mueller-Mach et al.: All-nitride monochromatic amber-emitting phosphor-converted light-emitting diodes. Phys. Status Solidi RRL 3, 215 (2009)
  http://dx.doi.org/10.1002/pssr.200903188

• Kommentar:
  Wolfgang Schnick: Shine a light with nitrides. Phys. Status Solidi RRL (2009)
  (early view!)
http://dx.doi.org/10.1002/pssr.200903264
• Philips Lumileds:
  http://www.philipslumileds.com/

• Regina Mueller-Mach et al.: Highly efficient all-nitride phosphor-converted white light emitting diode. Phys. Status Solidi A 202, 1727 (2005)
  http://dx.doi.org/10.1002/pssa.200520045

 KP