“以前使用1個(gè)小時(shí)電池就沒(méi)電的可穿戴顯示器現(xiàn)在可以連續(xù)使用8個(gè)小時(shí)”。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(guó)際中心中心長(zhǎng)大津元一的研發(fā)小組開(kāi)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(píng)。為了在不久的將來(lái)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)驅(qū)動(dòng)，該研發(fā)小組還在繼續(xù)推進(jìn)開(kāi)發(fā)。
顯示器光源實(shí)現(xiàn)節(jié)能
大津研發(fā)小組開(kāi)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(shí)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(wú)需使用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換時(shí)會(huì)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(diǎn)，“結(jié)晶生長(zhǎng)設(shè)備簡(jiǎn)單，制造時(shí)消耗的能源少;無(wú)需使用稀有金屬和有毒元素，材料容易實(shí)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(kāi)發(fā)出了偏光SiC-LED。將其作為顯示器光源使用的話(huà)，可減少通過(guò)偏光板時(shí)的能量損失。由于無(wú)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(lái)說(shuō)，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(zhǎng)電池的使用時(shí)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(huì)發(fā)光。但大津研發(fā)小組開(kāi)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(jià)帶時(shí)會(huì)發(fā)光。而間接躍遷型半導(dǎo)體不會(huì)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(jià)帶。具體來(lái)說(shuō)就是，在導(dǎo)帶和價(jià)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(jìn)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(jìn)行退火。同時(shí)從元件外部照射光。這樣就會(huì)生成聲子，聲子形成中間能帶。
采用以上方法制作的SiC-LED無(wú)需照射光，注入電流即可發(fā)光。發(fā)光波長(zhǎng)(顏色)與制作時(shí)照射的光相同。也就是說(shuō)，可通過(guò)制造時(shí)的照射光波長(zhǎng)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(shí)照射偏光的話(huà)，應(yīng)該能實(shí)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(duì)采用這種方法制作的SiC-LED的發(fā)光光譜進(jìn)行調(diào)查證實(shí)，發(fā)出的光為偏光。研發(fā)小組發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)方向與制造時(shí)的照射光為同一方向的發(fā)光強(qiáng)度比垂直方向的發(fā)光強(qiáng)調(diào)高，發(fā)出的光為偏光。退火時(shí)間為1萬(wàn)9800秒時(shí)的偏光度為12%。另外，利用偏光板觀察發(fā)光確認(rèn)，振動(dòng)方向與照射光為同一方向的光強(qiáng)度比振動(dòng)方向與照射光垂直的光強(qiáng)度高。
偏光度還有進(jìn)一步提高的空間。從可以看出，延長(zhǎng)退火時(shí)間的話(huà)可提高偏光度。通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化制造條件，“偏光度可提高至30%或50%”。
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