Volkmar Dierolf e un team internazionale dimostrano la possibilità di regolare il colore di un LED GaN modificando la sequenza temporale in cui viene fornita la corrente di funzionamento al dispositivo.

Una nuova tecnica―il risultato di una collaborazione internazionale di scienziati della Lehigh University, Università di West Chester, L'Università di Osaka e l'Università di Amsterdam―potrebbero aprire la strada all'integrazione monolitica per una semplice regolazione del colore di una lampadina, secondo Volkmar Dierolf, Illustre Professore e Presidente del Dipartimento di Fisica di Lehigh, che ha lavorato al progetto.

"Questo lavoro potrebbe consentire di sintonizzare tra il bianco brillante e i colori più caldi più confortevoli nei LED commerciali, "dice Dierolf.

Il team ha dimostrato la possibilità di regolare il colore dei LED GaN basati sul nitruro di gallio (GaN) semplicemente modificando la sequenza temporale in cui viene fornita la corrente di funzionamento al dispositivo. I diodi emettitori di luce o LED sono dispositivi a semiconduttore che emettono luce quando viene attraversata da una corrente elettrica. In particolare, la tecnica è compatibile con gli attuali LED che sono al centro dell'illuminazione commerciale a LED a stato solido.

L'opera è descritta in un articolo pubblicato online su Fotonica ACS chiamato "Color-Tunablility in GaN LEDs basato sulla manipolazione delle emissioni atomiche sotto iniezione di corrente". L'autore principale, Brandon Mitchell, è un ex studente laureato nel laboratorio di Dierolf e ora assistente professore presso il Dipartimento di Fisica e Ingegneria della West Chester University in Pennsylvania.

Nei display a LED attivi di oggi, diversi colori sono prodotti da tre o quattro LED individuali che sono posizionati uno vicino all'altro e creano i diversi colori fondamentali necessari per produrre lo spettro cromatico completo.

"Dimostriamo che questo può essere ottenuto da un singolo LED, " dice Dierolf. " Mostriamo che è possibile ottenere il rosso, emissioni verdi e blu provenienti da una sola struttura LED GaN che utilizza il drogaggio con un unico tipo di ione di terre rare, Europio (Eu). Usando il co-doping intenzionale e l'ingegneria del trasferimento di energia, mostriamo che tutti e tre i colori primari possono emettere per emissione originata da due diversi stati eccitati dello stesso Eu ₃ ⁺ ioni (~620 nm e ~545 nm) mescolati con emissione vicino al bordo della banda da GaN centrata a ~ 430 nm. I rapporti di intensità di queste transizioni possono essere controllati scegliendo le condizioni di iniezione della corrente come la densità di corrente di iniezione e il ciclo di lavoro sotto iniezione di corrente pulsata".

In altre parole, il team ha ottenuto la regolazione del colore in un singolo LED a base di GaN attraverso la manipolazione delle proprietà di emissione di un drogante di tipo atomico.

Mitchell ha sottolineato che "L'idea principale di questo lavoro - lo sfruttamento attivo simultaneo di più stati eccitati dello stesso drogante - non è limitato al sistema GaN:Eu, ma è più generale. I risultati presentati potrebbero aprire un campo completamente nuovo di emissione sintonizzabile di colori da un singolo drogante nei semiconduttori, che può essere raggiunto con una semplice regolazione della corrente di iniezione."

Secondo Dierolf, questa ricerca può giovare a coloro che cercano una luce bianca "più calda" più confortevole dai LED.

"Potrebbe aprire la strada all'integrazione monolitica per una semplice regolazione del colore di una lampadina, " aggiunge Dierolf. "Sarebbe anche vantaggioso per i display micro-LED, poiché consente una maggiore densità di pixel."

I materiali utilizzati nella precedente ricerca sui LED a colori regolabili non consentivano una facile integrazione con l'attuale tecnologia LED, Aggiunge. Questo lavoro è compatibile con gli attuali LED basati su GaN che sono al centro dell'illuminazione commerciale a LED a stato solido.