現代の照明技術の壮大な物語の中で LEDの"光電革命"は世界を魅了しましたスマートフォン の スクリーン に 鮮やかな 色彩 が 溢れ て いる こと から 輝く 夜 の 景色 に 輝く 都市 景色 までLEDは万能のように見えるが この明るい表面の下には 不快な真実があるエンジニアに挑戦し続けています.
LEDの波長分布は 物理的限界によってのみ決定されるのではなく 市場の需要が決定的な役割を果たします 420-460nmのブルースペクトル白いLED (青いチップと黄色いフォスファーを組み合わせた) の基本この大規模な規模は,表軸成長プロセスへの継続的なR&D投資を正当化しています.
反対に,480-520nm シアンと680-800nm 深赤スペクトルは,一般照明のニッチポジションを占めています. Lumiledsのような企業は,カスタマイズされた"Mint"または"Lime"グリーン製品を提供しています.これらのソリューションは 量産のコストの利点を決して達成しません制限されたアプリケーションが生産量を制限し,高コストが導入を阻害する市場力が技術進歩に"次元削減"を課す.
量子レベルでは 半導体帯構造は 異なる色に対して 根本的に異なるバリアを 作り出しますLEDの波長は,材料の帯域幅によって決定されます.狭い隙間では長い波長が生じます (赤)広い隙間が短い波長を生成する (青/緑).
赤色LEDは,通常,狭い帯域を持つAlGaAs (アルミガリウムアルセニード) を使用し,低前向き電圧 (1.5-2.5V) で動作する.青/緑のLEDはInGaN (インディウムガリウムナイトリッド) を要求し,幅が広いこの固有の特性により,緑色LEDは当初からより大きな熱と運転課題に直面しています.
LEDの効率に関する議論における重要な誤解は,物理的なエネルギーを人間の知覚と混同することです.CIE 人間の目の感度曲線によって重量化された光流は主観的な明るさを反映します.
目の感度は555nm (黄緑) でピークに達し,1ワットが683ルメンに等しい.青色または深赤色波長では同じエネルギーが劇的に薄くなる.これは,冷たい白いLEDが暖かい白色よりも明るく見える理由を説明します.そのスペクトルには,目に敏感な緑色成分が含まれています.このような認識の偏見は 緑のLEDの効率の本当の物理的限界を隠しています
内部量子効率 (IQE) はチップの"ハート"を表す一方で,光抽出効率 (LEE) は"出口戦略"を構成する."現代の光素は100%の量子効率に近づいている" "本当のボトルネックは高屈折率半導体から光子を解放することにある".
半導体内では光子が同極的に放出されますが,空気間接点での急激な屈折指数差は全体的な内部反射を引き起こすのです.表面の微小構造 (荒さ) を使って現在,青いInGaN-GaNLEDの抽出効率は~80%に達しているが,赤いLEDではわずか~60%である.緑色LEDは,波長特異的な抽出構造で高いインディウム組成のInGaN格子不一致をバランスする複合的な課題に直面しています..
緑色/青い色"効率の砂漠"は 材料物理と光学的な制約が絡み合っていることから生まれます突破は,増量的なリンゴの改善ではなく,基本的な材料の革新によって,特に,より広い帯域のシステムにおけるナノスケール構造設計によってもたらされるでしょう..
マイクロLEDのようなディスプレイ技術がフルカラー再現の需要を高めると,緑色/シアン色波長の商業的可行性は臨界質量に達する可能性があります.市場力が科学の進歩と一致する時明日の輝くオアシスになり 光を掌握する人類における新たなマイルストーンとなるでしょう
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