Çalışma Yeşil ve Mavi Ledlerdeki Verimlilik Zorluklarını Ortaya Çıkarıyor

Modern aydınlatma teknolojisinin büyük hikayesinde, LED'in "fotoelektrik devrimi" dünyayı göz kamaştırdı.Parlak renklerle dolu akıllı telefon ekranlarından parlak gece manzaralarıyla parlayan şehir manzaralarına kadarLED'ler her şeye gücü yeten gibi görünse de bu ışık yüzeyinin altında rahatsız edici bir gerçek yatıyor:Bu, mühendislere meydan okumaya devam eden bir "verimlilik çölü" oluşturur..

LED'lerin dalga boyu dağılımı sadece fiziksel sınırlarla belirlenmez.Beyaz LED'ler için temel (sarı fosforlarla birlikte mavi yongalar)Bu büyük ölçek, epitaksiyel büyüme süreçlerine sürekli araştırma ve geliştirme yatırımını haklı çıkarıyor.

Tersine, 480-520nm siyan ve 680-800nm derin kırmızı spektrumlar genel aydınlatmada niş pozisyonlar alıyor.Bu çözümler asla seri üretimin maliyet avantajlarını elde edemez.Sonuç bir kısır döngüdür: sınırlı uygulamalar üretim hacmini kısıtlar, yüksek maliyetler kullanımı engeller,ve düşen talep, Ar-Ge'yi daha da yavaşlatıyor..

Kuantum düzeyinde, yarı iletken bant yapıları, çeşitli renkler için temelde farklı engeller oluşturur.LED dalga boyları bir malzemenin bant boşluğu genişliği ile belirlenir. Dar boşluklar uzun dalga boyları üretir (kırmızı), geniş boşluklar ise kısa dalga boyları üretir (mavi/yeşil).

Kırmızı LED'ler tipik olarak dar bant boşlukları olan AlGaAs (alüminyum galiyum arsenür) kullanır ve düşük ileri voltajlarda (1.5-2.5V) çalışır.Mavi/yeşil LED'ler geniş bant aralıkları olan InGaN (indium gallium nitrit) gerektirir.Bu doğuştan sahip olan özellik, yeşil LED'lerin başlangıçtan itibaren daha büyük termal ve sürüş zorluklarıyla karşı karşıya olması anlamına gelir.

LED verimliliği tartışmalarında kritik bir yanlış anlama, fiziksel enerjiyi insan algısı ile karıştırmayı içerir.CIE insan gözü duyarlılık eğrisi ile ağırlıklandırılan ışık akışı ise öznel parlaklığı yansıtır..

Gözün hassasiyeti 555nm'de (sarı-yeşil) zirveye ulaşır, burada 1 watt 683 lumen'e eşittir.Bu, soğuk beyaz LED'lerin sıcak beyazlardan neden daha parlak göründüğünü açıklar. Spektrumları daha fazla göz duyarlı yeşil bileşen içerir.Bu tür algısal önyargılar yeşil LED verimliliğinin gerçek fiziksel sınırlarını gizler.

İç kuantum verimliliği (IQE) bir çipin "kalbini" temsil ederken, ışık çıkarma verimliliği (LEE) "çipin çıkış stratejisini" oluşturur." Modern fosforlar % 100 kuantum verimliliğine yaklaşıyor. Gerçek engelleme yüksek kırılma endeksi olan yarı iletkenlerden fotonların salınmasında yatıyor..

Fotonlar yarı iletkenler içinde izotrop olarak yayılır, ancak hava arayüzlerinde drastik kırılma indeksi farkı toplam iç yansımaya neden olur.Mühendisler bu durumla yüzey mikrostrukturları (sertlik) aracılığıyla mücadele ediyorlar.Mevcut ekstraksiyon verimliliği mavi InGaN-GaN LED'ler için% 80'e ulaşır, ancak kırmızı LED'ler için sadece% 60'a ulaşır.Yeşil LED'ler, dalga boyuna özgü ekstraksiyon yapıları ile yüksek indiyum kompozisyonlarında InGaN ızgara uyumsuzluğunu dengeleme konusunda karmaşık zorluklarla karşı karşıyadır..

Yeşil / siyan "verimlilik çölü" birbirine bağlı malzeme fiziği ve fotometrik kısıtlamalardan ortaya çıkıyor.Yenilikler fosforun aşamalı iyileştirmelerinden değil, temel malzeme yeniliklerinden, özellikle daha geniş bant aralığı sistemlerindeki nanoskala yapısal tasarımlardan gelecektir..

Mikro-LED gibi ekran teknolojileri, tam renkli yeniden üretime olan talebi arttırdığı için, yeşil / siyan dalga boyları için ticari uygulanabilirlik kritik kütleye ulaşabilir.Piyasa güçleri bilimsel ilerlemeyle uyumlu olduğunda, bugünün verimlilik çölü yarının aydınlık bir vazisi haline dönüşebilir. İnsanlığın ışık üzerindeki ustalığındaki bir başka dönüm noktasını işaret eder.