UCSD､スーパーコンピュータで安価なLED新材料を発見

March, 1, 2018, San Diego--UCSDの研究チームは､データマイニングと計算ツールを使って､安価で作りやすい白色LED用の新しい蛍光体材料を発見した｡
　研究チームは､その新しい蛍光物質を使ってプロトタイプ白色LED電球を作製した｡プロトタイプは､現在市場にある多くの商用LEDよりも優れた色品質を示した｡
　発光物質､フォスファ(蛍光物質)は､白色LEDを作るための主成分の1つ｡青色､近紫外(near-UV)光からエネルギーを吸収し､可視光スペクトルの光を発光する結晶性粉末｡異なる色の光を組み合わせて白色を作る｡
　多くの商用白色LEDで使用される蛍光物質にはいくつかの問題がある｡多くは､高価なレアアース(希土類)でできており､中には製造が難しいものがある｡また､生成されるLEDの色品質がよくない｡
　UCSDと韓国の全南大学(Chonnam National University)の研究チームは､こうした問題を回避する新しいフォスファ(蛍光物質)を発見し､開発した｡これは､大部分､地球に豊富にある元素(ストロンチウム､リチウム､アルミニウム､酸素)からできており､工業製法で作製可能である｡また､より鮮やかで正確な色を出すLEDを生み出す｡
　新しいフォスファ､Sr2LiAlO4(SLAO)は､系統的な､高スループット計算アプローチを使って発見された｡同アプローチは､UCSD､Jacobs School of Engineeringのナノエンジニアリング教授､Shyue Ping Ong研究室で開発されたものである｡Ongのチームは､スーパーコンピュータを使ってSLAOを予測した｡これは､ストロンチウム､リチウム､アルミニウム､酸素でできた初めて知られる材料である｡計算は､この材料がLED蛍光物質として､安定的で､性能が優れていることも予測していた｡例えば､近UVと青色領域の光を吸収し､高いフォトルミネセンスを持つことが予測されていた｡フォトルミネセンスとは､高いエネルギーの光源で励起されたとき､発光する材料の能力である｡
　Joanna McKittrick研究室の研究チームが､新しい蛍光物質を作るのに必要な処方を見つけ出した｡また、蛍光物質の予測された光吸収と発光特性も確認した｡
　全南大学のチームが、工業製造用に蛍光物質処方を最適化し､新しい蛍光物質で白色LEDプロトタイプを作製した｡さらに､演色評価数(CRI)を使ってそのLEDを評価した｡多くの商用LEDは､CRI値が80程度｡新しい蛍光物質で造ったLEDは､90を上回るCRI値だった｡
　Ongのチームが開発した計算アプローチにより､蛍光物質の発見にかかった期間はわずか3ヶ月だった｡一般に､新材料の発見には数年の試行錯誤が必要であり､それに比べると短期間である｡
　蛍光物質の主な制約は､約32%の理想的量子効率以下であること｡しかし､研究チームによると､一般的なLED動作温度で新しい蛍光物質の発光は88%以上を維持している｡商用LEDでは、通常色品質とのトレードオフが存在する｡Ongは､｢しかしわれわれは両方のベストを求めており､優れた色品質を達成した｡現在､われわれは量子効率を改善するために材料の最適化を行っている｣と話している｡