NIST最新發(fā)布：小而明亮的納米級(jí)LED克服長(zhǎng)期存在的LED效率問(wèn)題的新設(shè)計(jì)，并且可以轉(zhuǎn)換成激光啟動(dòng)

美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)的科學(xué)家的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出了一種新型LED，該LED可能是解決長(zhǎng)期以來(lái)光源效率限制難題的關(guān)鍵。這一概念在實(shí)驗(yàn)室用微型LED進(jìn)行了演示，實(shí)現(xiàn)了亮度的大幅提高并具有產(chǎn)生激光的能力。

該團(tuán)隊(duì)還包括來(lái)自馬里蘭大學(xué)、倫斯勒理工學(xué)院和IBM Thomas J. Waston研究中心的科學(xué)家，該LED的亮度比傳統(tǒng)的亞微米大小的LED增加了100到1000倍。

據(jù)NIST的Babak Nikoobakht介紹，該LED與傳統(tǒng)LED使用的材料相同，不同之處在于它們的形狀，該LED采用了制造LED的新架構(gòu)。

LED燈已經(jīng)存在了幾十年，但明亮LED的發(fā)展贏得了諾貝爾獎(jiǎng)，并開(kāi)啟了照明的新時(shí)代。然而，即使是現(xiàn)代的LED也有它的局限性，在一定程度上，增加LED的電量會(huì)使其發(fā)光更加明亮，但很快亮度就會(huì)降低，使得LED的效率非常低。這個(gè)被業(yè)界稱為“效率下降”的問(wèn)題阻礙了LED在從通信技術(shù)到殺毒等許多有前景的應(yīng)用領(lǐng)域的應(yīng)用。

團(tuán)隊(duì)對(duì)該LED進(jìn)行了全新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn):與傳統(tǒng)LED中使用的平面設(shè)計(jì)不同，研究人員用又長(zhǎng)又薄的氧化鋅線制造了一種光源，他們稱之為翅片（“長(zhǎng)”和“瘦”是相對(duì)而言的:每個(gè)翅片只有大約5微米長(zhǎng)，大約是人類平均頭發(fā)寬度的十分之一）。翅片陣列看起來(lái)像一個(gè)小梳子，可以延伸到1厘米或更多的區(qū)域。

LED像素設(shè)計(jì)示意圖 圖片來(lái)源：NIST

翅片LED像素設(shè)計(jì)包括發(fā)光的氧化鋅翅片(紫色)、絕緣介質(zhì)材料(綠色)和金屬接觸(黃色)

這個(gè)新設(shè)計(jì)能發(fā)出橫跨紫色和紫外光邊界波長(zhǎng)的明亮的光，產(chǎn)生的能量是典型的小型LED的100到1000倍，是一個(gè)重要的基礎(chǔ)性發(fā)現(xiàn)。

Nikoobakht說(shuō)：“一個(gè)典型的面積小于1平方微米的LED發(fā)光功率約為22納瓦，但這種LED能產(chǎn)生高達(dá)20微瓦的功率。這表明這種設(shè)計(jì)可以克服LED的效率下降，使光源變得更亮。”

在增加電流的同時(shí)，研究小組還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)驚人的現(xiàn)象。雖然LED起初在一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)發(fā)光，但它相對(duì)較寬的光發(fā)射最終縮小到兩個(gè)波長(zhǎng)的強(qiáng)烈紫色光。這清楚地表明了他們的微型LED變成了微型激光器。

Nikoobakht說(shuō)：“將LED轉(zhuǎn)換成激光需要很大的努力。它通常需要將LED與諧振腔耦合，使光在諧振腔周圍反射，從而產(chǎn)生激光。而翅片的設(shè)計(jì)可以自己完成整個(gè)工作，不需要增加另外的腔。”

微型激光器不僅在化學(xué)傳感領(lǐng)域，而且在下一代手持通信產(chǎn)品、高清顯示器和消毒方面，對(duì)于芯片規(guī)模的應(yīng)用來(lái)說(shuō)是至關(guān)重要的。

Nikoobakht說(shuō)：“它很有潛力成為一個(gè)重要的組成部分，雖然這不是人類制造的最小的激光發(fā)射器，但它非常明亮。如果效率沒(méi)有下降，它將會(huì)大有用處。”（來(lái)源：國(guó)際半導(dǎo)體照明聯(lián)盟ISA）