Studi Mengungkapkan Tantangan Efisiensi pada Lampu LED Hijau dan Cyan

Dalam cerita besar teknologi pencahayaan modern, "revolusi fotolistrik" LED telah mempesona dunia.Mulai dari layar smartphone yang penuh warna hingga pemandangan kota yang bercahaya di malam hariNamun di bawah permukaan terang ini ada kebenaran yang tidak nyaman: pita spektrum tertentu, terutama di daerah hijau dan cyan,membentuk "gurun efisiensi" yang terus menantang insinyur.

Distribusi panjang gelombang dari LED tidak hanya ditentukan oleh batas fisik permintaan pasar memainkan peran penentu.dasar untuk LED putih (chip biru dikombinasikan dengan fosfor kuning), memiliki permintaan miliaran unit. skala besar ini membenarkan investasi R & D berkelanjutan dalam proses pertumbuhan epitaxial.

Sebaliknya, 480-520nm cyan dan 680-800nm spektrum merah dalam menempati posisi khusus dalam pencahayaan umum.solusi ini tidak pernah mencapai keuntungan biaya produksi massalHasilnya adalah lingkaran setan: aplikasi terbatas membatasi volume produksi, biaya tinggi mencegah adopsi,dan permintaan yang menyusut semakin menekan R&D.

Pada tingkat kuantum, struktur pita semikonduktor membangun penghalang yang berbeda untuk berbagai warna.Panjang gelombang LED ditentukan oleh lebar bandgap bahan √ celah sempit menghasilkan panjang gelombang panjang (merah), sementara celah yang luas menghasilkan panjang gelombang pendek (biru/hijau).

LED merah biasanya menggunakan AlGaAs (aluminium gallium arsenide) dengan bandgap sempit, beroperasi pada tegangan maju rendah (1.5-2.5V).LED biru/hijau membutuhkan InGaN (indium gallium nitride) dengan bandgap yang luas, menuntut tegangan yang lebih tinggi (2,5 - 3,5 V).

Sebuah kesalahpahaman penting dalam diskusi efisiensi LED melibatkan penggabungan energi fisik dengan persepsi manusia.sedangkan fluks cahaya yang diimbang oleh kurva sensitivitas mata manusia CIE mencerminkan kecerahan subjektif.

Sensitivitas mata mencapai puncaknya pada 555nm (kuning-hijau), di mana 1 watt sama dengan 683 lumen.Ini menjelaskan mengapa LED putih dingin tampak lebih terang daripada putih hangat. Spektrum mereka mencakup komponen hijau yang lebih sensitif terhadap mata.. bias persepsi semacam itu menutupi keterbatasan fisik yang sebenarnya dari efisiensi LED hijau.

Sementara efisiensi kuantum internal (IQE) mewakili "hati" chip, efisiensi ekstraksi cahaya (LEE) merupakan "strategi keluarannya"." Fosfor modern mendekati 100% efisiensi kuantum √ sebenarnya kemacetan terletak pada pembebasan foton dari semikonduktor indeks refraksi tinggi.

Foton memancarkan isotropik dalam semikonduktor, tetapi perbedaan indeks bias drastis pada antarmuka udara menyebabkan refleksi internal total.Para insinyur memerangi hal ini melalui mikrostruktur permukaan (kerapatanEfisiensi ekstraksi saat ini mencapai ~ 80% untuk LED InGaN-GaN biru tetapi hanya ~ 60% untuk LED merah.LED hijau menghadapi tantangan komposit  menyeimbangkan ketidakcocokan kisi InGaN pada komposisi indium tinggi dengan struktur ekstraksi spesifik panjang gelombang.

"Gurun efisiensi" hijau / cyan muncul dari fisika material yang saling terkait dan kendala fotometrik.Terobosan-terobosan tidak akan datang dari peningkatan fosfor bertahap tetapi inovasi-inovasi material mendasar, khususnya melalui desain struktural berskala nanometer dalam sistem-sistem bandgap yang lebih luas..

Karena teknologi tampilan seperti Micro-LED mendorong permintaan untuk reproduksi penuh warna, kelangsungan komersial untuk panjang gelombang hijau / sian dapat mencapai massa kritis.Ketika kekuatan pasar selaras dengan kemajuan ilmiah, gurun efisiensi hari ini bisa berubah menjadi oasis bercahaya besok menandai tonggak lain dalam penguasaan manusia atas cahaya.