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    新聞導航

    智能LED實現更好的照明和數據傳輸性能

    來源:www.wuhanhonglida.com 發布時間:2019-08-05 返回

         Rensselaer Polytechnic Institute(RPI,紐約州Troy)的研究人員公布了他們在發光二極管(LED)上的研究進展,可以極大的提高LED的照明性能和能量效率。他們與三星電機(Samsung Electro-Mechanics,韓國水原市)合作開發了極化匹配LED,其照明輸出提高了20%,同時表征LED轉化效率的參數,電光轉換效率提高了25%。

         新器件顯著地降低了“效率沉降”現象,而該現象正是LED器件效率的主要限制因素。眾所周知,當低密度電流流過LED時,其效率最高。但有些應用,比如亮度更高的燈泡,需要采用高功率器件,這樣LED就會損失效率。盡管效率沉降的原理還沒有完全清晰,但已有研究表明,一大部分原因來自于電子泄漏。

        “在過去的兩年里,這一問題獲得了研究界廣泛的關注;也是固態照明技術在應用時最主要的障礙,”該研究項目的主管Fred Schubert介紹,他同時也是Rensselaer的教授,以及該校國家科學基金(NSF)資助智能發光工程研究中心的主任。

         “我們追蹤到電子從發光的有源區逃逸的過程。在有源區,我們希望電子保持在 
         空穴里,這樣可以重組并發光;然而,如果載流子離開了活性區,很明顯將不再有重組發生。我們認為這是效率沉降的源頭:載流子之一離開了活性區;這就形成了活性區的漏電。”

         由于目前的高亮度LED都工作在超過效率峰值的高電流密度范圍,因此這種現象非常普遍。很自然的想法是降低工作電流密度到效率峰值區域,但其亮度無法接受,因此這一難題也成為LED應用的巨大障礙。

         其他研究人員也嘗試過電子阻擋層,但結果卻不盡人意。PRI的研究小組——由學者、工業界伙伴和學生組成——則采用了極化匹配的概念。他們在有源區使用四極性材料,采用四極性和三極性材料的復合物,用不同方法降低極性,每種方法都得到了積極的結果。

         新的LED具有全新設計的極性-匹配有源區,可以讓器件在高電流密度區域獲得效率峰值。他們研究了LED中產生光的有源區,研究人員發現,里面帶有極性失配的材料,很可能就是電子泄露,也就是效率降低的原因。更多的研究顯示,通過采用不同的量子障礙設計,可以極大的降低極性失配。采用傳統GaInN/GaInN 來替換LED有源區的GaInN/GaN層。可以獲得更匹配的極性,降低了電子泄露和效率沉降。

      LED中傳統GaInN/GaN有源區和新型極化匹配GaInN/GaInN有源區的能帶圖。(來源:Rensselaer Polytechnic Institute)
    LED中傳統GaInN/GaN有源區和新型極化匹配GaInN/GaInN有源區的能帶圖。(來源:Rensselaer Polytechnic Institute)

         “氮化物是一類特殊的半導體,與硅和砷化鎵不同,”Schubert表示。“氮化鎵具有較高的內部電場,這是個麻煩。我們的極性匹配結構恰好長在c面藍寶石襯底上,這樣可以在有源區極大的降低電場。結果,抑制了效率沉降現象,發光輸出功率提高約20%,電光轉換效率提高了約25%。對于LED產業來說,這是令人非常驚喜的數字。為了將效率提高5%,業界都愿意做任何努力;20%是非常巨大的改善。”

          Schubert指出,對于效率沉降的單一原因,學術界還沒有取得一致。“下一步是找出背后的物理原因,并全面地解除造成效率沉降的原因,詳細了解所有的方面。”該研究小組將繼續探索可以進一步改善器件的其他可能的LED結構。根據Schubert介紹,LED還可以實現其他附加功能,例如可改變的發光性能、與太陽光相似的顏色和溫度,這樣可以獲得更接近自然的全光譜照明。

         “我們可以調制光譜,”他說。“這樣可以得到自然的、可調節的光源,并可用來處理數據。這是我們的目標之一:產生光以及處理數據的雙重功能。想像一下,機場候機樓的照明燈、路上的交通信號燈,除了照明功能外,還可以用來通訊;建筑物里的光源可以帶有房間號和信息,可以追蹤建筑物內的物體。智能光源可以實現這一切。這是我們的長遠目標。”Schubert期待,與醫療保健、交通系統、數字顯示和計算機網絡一樣,基于LED和固態照明的照明器件可以掀起一輪新的環保、節能和低成本浪潮。

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