I april ska Toshiba och Toyoda Gosei släppa provexemplar av sin nyutvecklade vita lysdiod. I november går massproduktionen igång.
 
- Målet är att exempelvis kunna ersätta glödlampor i ficklampor. Den här lysdioden ska användas som bakgrundsbelysning i LCD-skärmar, för tillämpningar i bilar och som ersättning för andra vita ljuskällor, berättar Kenichi Sugiyama på Toshiba.
 
Redan idag ersätter lysdioder glödlamporna i trafikljus. De finns i bilens broms- och bakljus, som indikatorlampor på kontrollpaneler och som bakgrundsbelysning i LCD-skärmar.
 
Men det hela världen väntar på är att tekniken ska ta steget från indikator- till belysningsteknik. För det är där den riktigt stora marknadspotentialen för lysdioder ligger.
 
De flesta tillämpningar för belysning kräver dock vitt ljus och kraven på de dioder som ska ersätta vanliga glödlampor är höga. Såväl vad gäller ljusstyrka som kvalitet.
 
Två tillverkningsmetoder
 
Det finns i princip två metoder för att tillverka vita lysdioder. Den klassiska där man kombinerar röda, blå och gröna dioder, kräver såväl dyr som komplicerad tillverkningsteknik och gör dioden svår att kalibrera. Tekniken kan dock vara intressant vid tillverkningen av storbildsskärmar.
 
Den typ av diod som är tänkt för belysning bygger på de ljusstarka blå lysdioder som utvecklades för några år sedan, av halvledarmaterialet galliumnitrid. Dessa kunde man sedan få att lysa med ett vitt sken genom att lägga ett fosforskikt på diodens plasthölje. Då skiftas den blå våglängden till ett bredbandigt vitt ljus.
 
Så många våglängder som möjligt bör finnas representerade när en vit diod ska användas till belysning. Många av dagens vita lysdioder avger ett blåaktigt sken, eftersom de saknar flera av spektrumets längre, röda våglängder. Detta är särskilt störande för dem som är färgblinda. De uppfattar ljus som saknar våglängder annorlunda än de uppfattar bredbandigt vitt ljus. Men även normalseende kan störas av våglängdsbortfallet.
 
En annan svårighet vid tillverkningen av vita lysdioder är att nå färgkonsistens, det vill säga få alla dioder att se lika vita ut. Det Toshiba har gjort är att utveckla ett nytt fosforbaserat material som man kombinerat med blå lysdiod från Toyoda Gosei.
 
- I vår lösning blandas det fosforbaserade materialet in i det transparenta material som täcker halvledaren, säger Kenichi Sugiyama.
 
Dioden genererar kortvågigt ljus, kring 380 nm, genom att reducera indiumet i det indiumdopade emissionsskiktet av galliumnitrid (GaN). Ljuset exciterar röd, grön och blå fosfor i den täckande epoxibubblan, som genererar vitt ljus.
 
Och det är bland annat här Toshibas lösning skiljer sig från konkurrenternas.
 
Det faktum att det inte är temperaturkontrollerad emission från halvledaren som direkt bestämmer färgen, gör den nya japanska dioden lätt att styra. Fler våglängder finns representerade och dioden är mer våglängdsstabil. Färgåtergivningen blir bättre och den nya dioden får bättre färgkonsistens. Dessutom klarar den bättre att hålla färgen vid temperaturförändringar.
 
Kombinationen resulterar enligt Toshiba i ljusstyrkan 100 millicandela och effektiviteten 5 lumen per watt (lm/W) vid 20 mA, med 120 graders ljusvinkel. En prestanda som även Osram och Nichia uppnått med liknande tekniker.
 
Ersätter ficklampa
 
Toshiba tänker sig att deras nya diod ska "ersätta annat vitt ljus". Och om företaget lyckas innebär det att de vinner terräng gentemot sina värsta konkurrenter, japanska Nichia och tyska Osram, på en enorm marknad.
 
- I framtiden när ljusstyrkan blir ännu högre, så att den vita lysdioden kan ersätta en ficklampa, kommer belysningsmarknaden bli tio gånger så stor som den är idag, säger Kenichi Sugiyama.
 
För två år sedan sade LED-experten Klaus Streubel på Osram Opto Semiconductors att den stora utmaningen för världens lysdiodutvecklare skulle bli att öka effektiviteten till nivåer på över 150 lm/W.
 
- När det gäller monokromatiskt ljus så är 100 lm/W inom räckhåll idag och 150 lm/W inom några år. När det gäller vita lysdioder ligger de nivåerna tio till femton år fram i tiden, säger Klaus Streubel.
 
Osram ligger efter
 
Idag är vita lysdioder med en effektivitet på mellan 15 och 20 lm/W ganska vanlig.
 
- Osrams vita lysdioder ligger mellan 8 och 15 lm/W, säger Klaus Streubel.
 
Priset på vita lysdioder ligger på mellan 10 och 60 kronor beroende på kvalitet, ljusstyrka och kvantiteter. Styckepriset på Toshibas nya vita kommer att ligga mellan 17 och 25 kronor.
 
Idag är Japan marknadsledande när det gäller lysdioder, men framför allt européerna tar upp jakten när det gäller mer avancerad teknik.
 
- Japanska Nichia och tyska Osram är våra största konkurrenter, säger Kenichi Sugiyama.
 
Osram Opto Semiconductors börjar bygga en ny LED-fabrik i tyska Regensburg i april. Det handlar om en investering på över en miljard kronor och skapandet av 400 nya jobb inom två år, en massiv expansion.
 
I fabriken ska i första hand färgade lysdioder tillverkas, men på sikt kommer den kanske också att producera vita, ljusstarka dioder.
 
Osram Opto Semiconductors är dock förhindrat att göra några uttalanden om lysdiodmarknaden idag. Förklaringen till det är att Osram Opto Semiconductors är ett samarbete mellan Siemens Semiconductor och Osram GmbH och Siemens ska börsintroduceras i USA, vilket innebär att företaget måste följa ett visst regelverk.