“以前使用1個小時電池就沒電的可穿戴顯示器現(xiàn)在可以連續(xù)使用8個小時”。東京大學(xué)研究生院工學(xué)系研究科教授、納米電子光子國際中心中心長大津元一的研發(fā)小組開發(fā)的技術(shù)，獲得了可穿戴設(shè)備技術(shù)人員的由衷好評。為了在不久的將來實現(xiàn)24小時驅(qū)動，該研發(fā)小組還在繼續(xù)推進開發(fā)。
顯示器光源實現(xiàn)節(jié)能
大津研發(fā)小組開發(fā)的是“偏光SiC-LED”技術(shù)。研發(fā)小組2013年使其基礎(chǔ)技術(shù)SiC-LED成功實現(xiàn)了高效率發(fā)光。SiC-LED不同于以往的LED，不使用熒光材料即可發(fā)出多種顏色的光。因此，無需使用波長轉(zhuǎn)換時會產(chǎn)生能量損失的熒光材料。
除此之外，SiC-LED與以往的LED相比還具備以下特點，“結(jié)晶生長設(shè)備簡單，制造時消耗的能源少;無需使用稀有金屬和有毒元素，材料容易實現(xiàn)資源再生，回收利用所需的能源也比較少”。
另外，研發(fā)小組此次成功開發(fā)出了偏光SiC-LED。將其作為顯示器光源使用的話，可減少通過偏光板時的能量損失。由于無需熒光材料，還能減少偏光板的損失，與以前相比，可大幅削減顯示器光源的功耗。一般來說，顯示器的耗電量基本都是光源消耗的，因此減少顯示器光源的功耗能大幅延長電池的使用時間。
可以控制光的SiC-LED
SiC和Si等擁有間接躍遷型能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體通常即使制作pn結(jié)二極管并加載電壓也不會發(fā)光。但大津研發(fā)小組開發(fā)的SiC-LED能夠發(fā)光。
LED一般使用GaN等直接躍遷型半導(dǎo)體。激發(fā)到導(dǎo)帶的電子在恢復(fù)到價帶時會發(fā)光。而間接躍遷型半導(dǎo)體不會發(fā)生電子躍遷。因此，該研發(fā)小組想到了用“搭橋”的方法使間接躍遷型半導(dǎo)體的電子也能從導(dǎo)帶遷移到價帶。具體來說就是，在導(dǎo)帶和價帶之間形成中間能帶(電子存在的電子軌道能帶)。電子可以經(jīng)由中間能帶進行躍遷。
中間能帶采用以下方法形成。為在n型SiC中摻雜了Al的pn結(jié)元件加載順向電流，用產(chǎn)生的焦耳熱進行退火。同時從元件外部照射光。這樣就會生成聲子，聲子形成中間能帶。
采用以上方法制作的SiC-LED無需照射光，注入電流即可發(fā)光。發(fā)光波長(顏色)與制作時照射的光相同。也就是說，可通過制造時的照射光波長控制SiC-LED的發(fā)光顏色。
確認(rèn)偏光發(fā)光
因此，大津的研發(fā)小組考慮，制作SiC-LED時照射偏光的話，應(yīng)該能實現(xiàn)發(fā)偏光的LED。于是向SiC的pn結(jié)元件照射偏光激光，制作了LED。
研發(fā)小組對采用這種方法制作的SiC-LED的發(fā)光光譜進行調(diào)查證實，發(fā)出的光為偏光。研發(fā)小組發(fā)現(xiàn)，振動方向與制造時的照射光為同一方向的發(fā)光強度比垂直方向的發(fā)光強調(diào)高，發(fā)出的光為偏光。退火時間為1萬9800秒時的偏光度為12%。另外，利用偏光板觀察發(fā)光確認(rèn)，振動方向與照射光為同一方向的光強度比振動方向與照射光垂直的光強度高。
偏光度還有進一步提高的空間。從可以看出，延長退火時間的話可提高偏光度。通過進一步優(yōu)化制造條件，“偏光度可提高至30%或50%”。
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