В последние несколько десятилетий мир освещают миллиарды дисплеев, прожекторов, ламп, рекламных вывесок и медиафасадов. Все это стало возможным благодаря цветным светодиодам.

Главный компонент светодиодов, то есть то, что позволяет им светиться, — фотолюминофоры, вещества, способные преобразовывать поглощаемую энергию в световое излучение (люминесцировать).

Ученые СПбГУ совместно с коллегами из Института химии силикатов имени И. В. Гребенщикова (НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ) открыли фотолюминофоры красного цвета с более высокой фотостабильностью и лучшей яркостью, которые к тому же дешевле и проще производить по сравнению с существующими сегодня материалами. Новые соединения превосходят конкурентов также и по другим критериям.

В качестве основы для фотолюминофоров используют разные вещества, в том числе синтетические соединения, например соли борной (бораты) и фосфорной (фосфаты) кислот. Чтобы запустить люминесценцию или усилить ее, добавляют вещество-активатор. В его роли могут выступать соединения редкоземельных элементов, таких как европий или тербий.

По словам ученого, по сравнению с теми, что сегодня есть на рынке, новые фотолюминофоры производить гораздо проще, дешевле, а главное — безопаснее. Для этого потребуется традиционный недорогой твердофазный синтез (в нем используются только твердые реагенты. — Прим. ред.), невысокие температуры и небольшое количество времени. При этом изготовление существующих коммерческих фотоматериалов требует высокого давления и температуры, что ресурсозатратно, а также использования токсичных веществ.

Еще одно преимущество в том, что для проявления люминесценции высокой интенсивности новым фотолюминофорам нужна низкая концентрация иона-активатора. «Наибольшую силу свечения и интенсивность люминесценции мы наблюдали именно в составах с меньшим количеством иона-активатора европия, чем у люминофоров-конкурентов», — подчеркивает Римма Сергеевна Бубнова, профессор СПбГУ (кафедра кристаллографии), главный научный сотрудник Института химии силикатов имени И. В. Гребенщикова (НИЦ «Курчатовский институт» — ПИЯФ). Так как реактивы редкоземельных элементов стоят дорого, этот факт также идет в плюс новым соединениям.

Разработанные учеными фотолюминофоры обходят существующие и по уровню цветопередачи. Часть излучения красного цвета коммерческих люминофоров лежит в той области спектра, где чувствительность человеческого глаза очень низкая. Это снижает яркость источника света.

Как рассказали ученые, некоторые известные коммерческие красноизлучающие люминофоры термически нестойкие, то есть при перепадах температуры они теряют свои свойства и перестают светиться. Полученные учеными люминофоры устойчивы к агрессивным факторам. Они химически и термически стабильны и не подвержены поверхностным дефектам, например обводнению, то есть насыщению молекулами воды при изменении влажности в окружающей среде.

Перечисленные свойства, по мнению исследователей, позволят новым люминофорам служить столько же, сколько способны светодиоды, для которых они предназначены, — десятки лет.

По словам Риммы Бубновой, еще одним важным в современной обстановке качеством новых фотолюминофоров является их экологичность. Они не разлагаются на опасные компоненты, поэтому не требуют особых условий утилизации. Также люминофоры могут неоднократно использоваться по назначению, даже если светодиоды, в которых они установлены, выходят из строя.

В условиях нынешней экономической ситуации и ориентации на импортозамещение новые отечественные люминофоры для светодиодов как нельзя кстати. Ведь область их применения, как было сказано, сегодня обширна. Так, люминофоры можно использовать для промышленного, бытового, городского, декоративного освещения. Они нужны для производства автомобильной и дорожной светотехники: фар, прожекторов, стоп-сигналов, светодиодных дорожных знаков и светофоров.

Фотолюминофоры востребованы в сельском хозяйстве и растениеводстве, производстве дисплеев для телевизоров, компьютеров, мобильных телефонов и смарт-часов, крупногабаритных светодиодных панелей. Разработанные люминофоры можно использовать в качестве красных компонентов чипов светодиодов, которые, в свою очередь, нужны для разработок в указанных выше сферах.

Как рассказали ученые, некоторые из открытых ими люминофоров обладают свойствами, позволяющими расширить области их применения. Например, использовать в создании интеллектуального освещения.

Ученые уже успешно апробировали методику получения новых фотолюминофоров. Ее можно легко масштабировать и перейти от синтеза в лабораторных условиях к промышленному производству.

Конечная стоимость фотолюминофоров будет зависеть от того, в каких объемах их станут производить. Чем больше, тем ниже цена.

Светодиоды востребованы в огромном количестве областей, поэтому проблем с покупателями не возникнет. Единственное ограничение, которое видят разработчики, — недостаток отечественного производства светодиодов. Это может немного затормозить реализацию продукта. Но в ближайшее время этот сектор должен начать развиваться, ведь государство уже выделило финансирование для развития отечественной микроэлектроники. Поэтому скоро этот вопрос будет решен. Пока же можно пользоваться зарубежной продукцией.

Авторы разработки готовы к сотрудничеству и смогут проконсультировать по всем вопросам. Сейчас на руках исследователей — готовые образцы, результаты многочисленных испытаний и апробированная методика производства.