新材料推動(dòng)LED照明技術(shù)革命

具備省電特性的LED成為越來越熱門的固態(tài)照明方案，研究人員表示，技術(shù)演進(jìn)將使LED的應(yīng)用更為廣泛。美國(guó)的研究人員表示，他們正在透過新材料的使用，著手進(jìn)行一項(xiàng)「革命性的固態(tài)照明技術(shù)」研發(fā)。

美國(guó)壬色列理工學(xué)院(RPI)智能照明工程研究中心的研究項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)人Fred Schubert表示：「近十年來的高輸出功率LED都是使用相同的材料，我們的新方案則是改變了現(xiàn)有LED活性區(qū)(active region)的關(guān)鍵元素；我們相信這種改變將改革全世界的固態(tài)照明技術(shù)?！顾A(yù)期，新技術(shù)在目前規(guī)模達(dá)100億美元的全球LED市場(chǎng)上，適用75%的產(chǎn)品。

現(xiàn)在LED是采用氮化鎵銦做為活性區(qū)量子井(quantum wells)的材料，夾在較厚的氮化鎵阻障層(barrier layers)之間。在兩種材料之間相應(yīng)的片段(relative fraction)能讓光的顏色分成紫色到琥珀色；兩種材料之間的偏振失配(polarization mismatch)則會(huì)導(dǎo)致電子泄漏，并在高輸出層級(jí)的應(yīng)用上降低LED的效益。

「氮化鎵是一種比較單純的材料，不過卻不會(huì)與氮化鎵銦井形成偏振匹配。」Schuert表示：「該種失配是造成高輸出功率LED效率驟降(Efficiency droop)的物理原因?！垢咻敵龉β蔐ED的效率驟降現(xiàn)象，使這類產(chǎn)品輸出功率越高、每流明耗費(fèi)的能源更多。Schuert指出，這是市面上固態(tài)照明技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵缺點(diǎn)。

成員包括來自三星電機(jī)(Samsung Electro-Mechanics)的工程師，Schuert的研究團(tuán)隊(duì)聲稱，他們透過使用偏振匹配的氮化鎵銦層來取代氮化鎵，因此效率驟降的狀況能在高功率的情況下減輕到25%。Schuert表示，使用偏振匹配的材料帶來很大的改變，雖然目前還不夠完美，但他們相信對(duì)于在固態(tài)照明領(lǐng)域的高功率LED應(yīng)用來說十分重要。

材料之間的大規(guī)模偏振失配，意味著電子一開始會(huì)跟著電流跑，然后在它們移動(dòng)到能重組并發(fā)光的位置時(shí)，就會(huì)與電流相背。Schuert表示，透過使這些偏振場(chǎng)匹配，不只能提升LED的效率，也能降低前向電壓(forward voltage)。

理想中的LED效率應(yīng)該在每瓦300流明左右，不過目前就算是效率最高的實(shí)驗(yàn)原型，其效率也只達(dá)到每瓦170流明。在三星與RPI的通力合作下，Schubert有信心在數(shù)年內(nèi)就可制造出每瓦200流明的LED產(chǎn)品。