克服長期存在的效率問題，NIST最新發(fā)布小而明亮的納米級LED

NIST最新發(fā)布：小而明亮的納米級LED克服長期存在的LED效率問題的新設計，并且可以轉(zhuǎn)換成激光啟動。

美國國家標準與技術研究所(NIST)的科學家的團隊開發(fā)出了一種新型LED，該LED可能是解決長期以來光源效率限制難題的關鍵。這一概念在實驗室用微型LED進行了演示，實現(xiàn)了亮度的大幅提高并具有產(chǎn)生激光的能力。

該團隊還包括來自馬里蘭大學、倫斯勒理工學院和IBM Thomas J. Waston研究中心的科學家，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。

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，并開啟了照明的新時代。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的電量會使其發(fā)光更加明亮，但很快亮度就會降低，使得LED的效率非常低。這個被業(yè)界稱為“效率下降”的問題阻礙了LED在從通信技術到殺毒等許多有前景的應用領域的應用。

團隊對該LED進行了全新設計的實驗:與傳統(tǒng)LED中使用的平面設計不同，研究人員用又長又薄的氧化鋅線制造了一種光源，他們稱之為翅片（“長”和“瘦”是相對而言的:每個翅片只有大約5微米長，大約是人類平均頭發(fā)寬度的十分之一）。翅片陣列看起來像一個小梳子，可以延伸到1厘米或更多的區(qū)域。

LED像素設計示意圖 圖片來源：NIST

翅片LED像素設計包括發(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)

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

Nikoobakht說：“一個典型的面積小于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20微瓦的功率。這表明這種設計可以克服LED的效率下降，使光源變得更亮。”

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

Nikoobakht說：“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。而翅片的設計可以自己完成整個工作，不需要增加另外的腔?！?/p>

微型激光器不僅在化學傳感領域，而且在下一代手持通信產(chǎn)品、高清顯示器和消毒方面，對于芯片規(guī)模的應用來說是至關重要的。

Nikoobakht說：“它很有潛力成為一個重要的組成部分，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。如果效率沒有下降，它將會大有用處。”