การศึกษาเปิดเผยถึงความท้าทายในการประสิทธิภาพใน LED สีเขียวและสีสีเหลือง

ในเรื่องราวที่ยิ่งใหญ่ของเทคโนโลยีแสงสว่างที่ทันสมัย "การปฏิวัติไฟฟ้าแสง" ของ LED ได้ทําให้โลกประทับใจจากหน้าจอสมาร์ทโฟนที่เต็มไปด้วยสีสันสดใส ไปยังภาพเมืองที่ส่องแสงด้วยภาพกลางคืนที่ส่องแสงแต่ภายใต้พื้นผิวที่สว่างนี้ มีความจริงที่ไม่สะดวกสร้าง "ทะเลทรายความประสิทธิภาพ" ที่ยังคงท้าทายวิศวกร.

การกระจายความยาวคลื่นของLED ไม่ได้ถูกกําหนดโดยข้อจํากัดทางกายภาพเท่านั้น ความต้องการของตลาดมีบทบาทสําคัญรากฐานสําหรับ LED ขาว (ชิปสีฟ้ารวมกับฟอสฟอร์สีเหลือง)ขนาดขนาดใหญ่นี้อ้างอิงการลงทุนต่อเนื่องใน R & D ในกระบวนการการเติบโต epitaxial

ในขณะที่บริษัทเช่น Lumileds ให้ผลิตภัณฑ์สีเขียว "Mint" หรือ "Lime" ที่กําหนดเองการแก้ไขเหล่านี้ไม่เคยบรรลุข้อดีด้านค่าใช้จ่ายของการผลิตจํานวนมากผลลัพธ์คือวงกลมอันชั่วร้าย: การใช้งานที่จํากัดจํากัดปริมาณการผลิต ค่าใช้จ่ายที่สูงทําให้การนํามาใช้งานและความต้องการที่ลดลงยังกดดันการวิจัยและพัฒนา.

ในระดับควอนตัม โครงสร้างวงจรครึ่งประสาท สร้างอุปสรรคที่แตกต่างกันอย่างพื้นฐาน สําหรับสีต่างๆความยาวคลื่น LED กําหนดโดยความกว้างของแผ่นแผ่นของวัสดุ ช่องว่างแคบผลิตความยาวคลื่นยาว (สีแดง), ขณะที่ช่องว่างกว้างสร้างความยาวคลื่นสั้น (สีฟ้า/สีเขียว)

ไลด์สีแดงมักใช้ AlGaAs (อะลูมิเนียม แกลเลียม อาร์เซนไซด์) ด้วยช่วงความสั้น ทํางานในความกระชับกําลังในระดับต่ํา (1.5-2.5V)LED สีฟ้า/สีเขียวต้องการ InGaN (อินเดียมกัลเลียมไนไตรไดด์) ด้วยช่วงความกว้างความแรงดันที่สูงกว่า (2.5-3.5V) คุณสมบัติที่เกี่ยวข้องนี้หมายความว่า LEDs เขียวเผชิญกับความท้าทายทางความร้อนและการขับเคลื่อนที่ใหญ่กว่าตั้งแต่เริ่มต้น

ความเข้าใจผิดอย่างสําคัญในการหารือเกี่ยวกับประสิทธิภาพ LED คือการรวมพลังงานทางกายภาพกับการรับรู้ของมนุษย์ขณะที่กระแสแสง ผันค่าโดยเส้นโค้งความรู้สึกของตามนุษย์ CIE.

ความรู้สึกของดวงตาสูงสุดที่ 555nm (สีเหลืองเขียว) โดย 1 วัตต์เท่ากับ 683 ลูเมน พลังงานที่เหมือนกันที่ความยาวคลื่นสีฟ้าหรือสีแดงเข้มปรากฏที่เบาลงอย่างน่าทึ่งนี่อธิบายว่าทําไม LED สีขาวเย็นถึงดูเหมือนจะสว่างกว่าสีขาวอบอุ่น สเปคตรัมมันต์ของพวกเขารวมถึงส่วนประกอบสีเขียวที่มีความรู้สึกต่อสายตามากขึ้นความคัดค้านทางการรับรู้ดังกล่าวปิดบังข้อจํากัดทางกายภาพของประสิทธิภาพ LED เขียว

ขณะที่ประสิทธิภาพควอนตัมภายใน (IQE) เป็น "หัวใจ" ของชิป ส่วนประสิทธิภาพการสกัดแสง (LEE) เป็น "ยุทธศาสตร์การออก" ของชิป" โฟสฟอร์ที่ทันสมัยมีประสิทธิภาพแควนตัมถึง 100%" ปัญหาที่แท้จริงคือการปลดปล่อยโฟตอนจากครึ่งประสาทที่มีอัตราการหดสูง.

โฟตอนออกแสงในแบบไอโซโทรปในแพร่ประจานครึ่ง แต่ความแตกต่างของดัชนีการหักที่ระยะทางของอากาศทําให้เกิดการสะท้อนภายในทั้งหมดวิศวกรต่อต้านสิ่งนี้ด้วยการสร้างชิ้นส่วนเล็ก ๆ ของผิว (ความหยาบคายประสิทธิภาพการสกัดปัจจุบันถึง ~ 80% สําหรับ LED InGaN-GaN สีฟ้า แต่เพียง ~ 60% สําหรับ LED สีแดงไลด์สีเขียวเผชิญกับความท้าทายที่เพิ่มเติม การสมดุลความไม่สอดคล้องของ InGaN lattice ที่มีองค์ประกอบอินเดียมสูงด้วยโครงสร้างการสกัดเฉพาะความยาวคลื่น.

"ทะเลทรายประสิทธิภาพ" สีเขียว/สีซีอัน เกิดขึ้นจากฟิสิกส์ของวัสดุและข้อจํากัดภาพเมตรที่ผูกพันกันความก้าวหน้าจะไม่ได้มาจากการปรับปรุงฟอสฟอร์เพิ่มเติม แต่นวัตกรรมพื้นฐานของวัสดุ โดยเฉพาะอย่างยิ่งผ่านการออกแบบโครงสร้างขนาดนาโนในระบบที่กว้างกว่า.

เนื่องจากเทคโนโลยีจอ เช่น Micro-LED ขับเคลื่อนความต้องการในการผลิตแบบสีเต็ม ความสามารถทางการค้าสําหรับความยาวคลื่นสีเขียว/สีไซอัน อาจถึงปริมาณที่สําคัญเมื่อแรงตลาดสอดคล้องกับความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์การประยุกต์ใช้พลังงานในปัจจุบัน อาจเปลี่ยนเป็นมหาสมุทรแห่งแสงสว่างในพรุ่งนี้