Нанотрубочные полевые эмиттеры превосходят органические светодиоды

10 ноября 2014 г., 16:05

Панель освещения на базе углеродных нанотрубочных полевых эмиттеров, стимулирующих люминофор, будет дешевле, чем светодиодная (LED) и ярче, чем на органических светодиодах (OLED), по словам проф. Норихиро Шимои (Norihiro Shimoi), ведущего исследователя из Университета Тохоку в Японии.

До настоящего времени лаборатория Шимои продемонстрировала прототип – конструктивно подобный плоской версии старых электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) – который имеет малую мощность, но до сих пор не оптимизирован для достижения 60 люменов на ватт.

«Этот прототип разрабатывается в качестве лампы освещения (подсветки) с очень низким энергопотреблением - 1/100 по сравнению со светодиодными устройствами, но он не будет выпущен до 2019 г.», - сказал проф. Шимои.

Таким образом, прототип уже доказал, что можно использовать очень мало энергии по сравнению со светодиодами, о которых так много говорят сегодня из-за их преимуществ по сравнению с лампами накаливания и люминесцентным освещением. К сожалению, для крупномасштабного освещения должны быть использованы одновременно множество светодиодов, в то время как конструкция на нанотрубках может быть сформирована в панели любого размера.

В качестве точечного источника света светодиоды могут производить около 100 люмен на ватт (примерно столько же, как люминесцентные лампы, которые освещают гораздо большие площади). Оба являются гораздо более эффективными, чем обычные лампы накаливания на 15 люмен на ватт. Органические светодиоды производят около 40 люмен на ватт и встраиваются в панели, которые уже выпускаются в небольших количествах. Но проф. Шимои утверждает, что использование углеродных нанотрубок в качестве полевых эмиттеров электронов для стимулирования крупных панелей, покрытых люминофором, в конечном итоге, победит вследствие их гораздо более низких требований к мощности и их потенциалу светить ярче, чем OLED-панели (60 против 40 люмен на ватт).

«Мы считаем, что снижение потерь энергии вследствие нагревания с помощью устройств, использующих высококристаллизованные углеродные нанотрубоки и люминофоры, станет значимым, когда мы достигнем 60 лм/Вт, - сказал проф. Шимои. - Электрическая проводимость в нашем устройстве оптимизируются лучше обычного. Эффективная яркость этого устройства будет выше с оптимизацией кристаллизации углеродной нанотрубки и конструкции устройства освещения».

Согласно проф. Шимои, вместо того чтобы использовать полупроводниковый диодный переход, углеродные нанотрубки превращаются в превосходные полевые эмиттеры электронов для стимуляции люминофора. Нанотрубки очень легко производить без необходимости в чистых помещениях и в высокотемпературных печах.

«Однослойные нанотрубки (SWCNT) выращиваются с помощью дуги, - объяснил проф.Шимои. Порошок SWCNT после очистки и отжига смешивают с растворителем и поверхностно-активным веществом, и полученную смесь наносят на кремниевую подложку».

После того как смесь высыхает на катоде осветительного устройства, на поверхность наносятся царапины наждачной бумагой для образования эмиттера электронов примерно в 1000 более мощного, чем обычные термокатоды. Электроны движутся в вакууме и стимулируют люминофоровое покрытие панели освещения для излучения однородного стабильного всенаправленного света.

Однослойные нанотрубки используются из-за их очень острых концов, из которых вылетают электроны, а также их химической стойкости, высокой теплопроводностью и механической прочности большей, чем у стали. Осветительные панели на их базе являются также "зелеными" в том смысле, что ни при их производстве, ни при окончательном захоронении в атмосферу не будет выбрасываться углерод.

Нанотрубочные полевые эмиттеры превосходят органические светодиоды