克服长期存在的效率问题,NIST最新发布小而明亮的纳米级LED
2020-08-19 08:57 [编辑: jameswen]

NIST最新发布:小而明亮的纳米级LED克服长期存在的LED效率问题的新设计,并且可以转换成激光启动

美国国家标准与技术研究所(NIST)的科学家的团队开发出了一种新型LED,该LED可能是解决长期以来光源效率限制难题的关键。这一概念在实验室用微型LED进行了演示,实现了亮度的大幅提高并具有产生激光的能力。

该团队还包括来自马里兰大学、伦斯勒理工学院和IBM Thomas J. Waston研究中心的科学家,该LED的亮度比传统的亚微米大小的LED增加了100到1000倍。

据NIST的Babak Nikoobakht介绍,该LED与传统LED使用的材料相同,不同之处在于它们的形状,该LED采用了制造LED的新架构。

LED灯已经存在了几十年,但明亮LED的发展赢得了诺贝尔奖,并开启了照明的新时代。然而,即使是现代的LED也有它的局限性,在一定程度上,增加LED的电量会使其发光更加明亮,但很快亮度就会降低,使得LED的效率非常低。这个被业界称为“效率下降”的问题阻碍了LED在从通信技术到杀毒等许多有前景的应用领域的应用。

团队对该LED进行了全新设计的实验:与传统LED中使用的平面设计不同,研究人员用又长又薄的氧化锌线制造了一种光源,他们称之为翅片(“长”和“瘦”是相对而言的:每个翅片只有大约5微米长,大约是人类平均头发宽度的十分之一)。翅片阵列看起来像一个小梳子,可以延伸到1厘米或更多的区域。

NIST最新发布小而明亮的纳米级LED

LED像素设计示意图 图片来源:NIST

翅片LED像素设计包括发光的氧化锌翅片(紫色)、绝缘介质材料(绿色)和金属接触(黄色)

这个新设计能发出横跨紫色和紫外光边界波长的明亮的光,产生的能量是典型的小型LED的100到1000倍,是一个重要的基础性发现。

Nikoobakht说:“一个典型的面积小于1平方微米的LED发光功率约为22纳瓦,但这种LED能产生高达20微瓦的功率。这表明这种设计可以克服LED的效率下降,使光源变得更亮。”

在增加电流的同时,研究小组还发现了另一个惊人的现象。虽然LED起初在一个波长范围内发光,但它相对较宽的光发射最终缩小到两个波长的强烈紫色光。这清楚地表明了他们的微型LED变成了微型激光器。

Nikoobakht说:“将LED转换成激光需要很大的努力。它通常需要将LED与谐振腔耦合,使光在谐振腔周围反射,从而产生激光。而翅片的设计可以自己完成整个工作,不需要增加另外的腔。”

微型激光器不仅在化学传感领域,而且在下一代手持通信产品、高清显示器和消毒方面,对于芯片规模的应用来说是至关重要的。

Nikoobakht说:“它很有潜力成为一个重要的组成部分,虽然这不是人类制造的最小的激光发射器,但它非常明亮。如果效率没有下降,它将会大有用处。”(来源:国际半导体照明联盟ISA)

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