發(fā)光效率
關(guān)注創(chuàng)建者：CINNO 創(chuàng)建時間：2023-02-17
發(fā)光效率的實例教程
由于材料固有缺陷在器件尺寸非常小時會帶來嚴(yán)重影響，目前所有LED的發(fā)光效率都會隨著器件尺寸的減小而直線下降，這其中，紅色LED尤為明顯。
根據(jù)外媒eetimes報道，最近，總部位于英國的初創(chuàng)公司Kubos半導(dǎo)體提出了一種他們認(rèn)為可以很好解決該問題的方案。“一直以來，紅色Micro-LED芯片的開發(fā)讓人們夜不能寐，因為大家都不能讓用于藍(lán)色和綠色LED器件制造的傳統(tǒng)氮化鎵材料在更長的紅色波段下有效工作，”Kubos半導(dǎo)體的首席執(zhí)行官Caroline O'Brien表示：“如果希望尋找到一個突破口，大家就必須要以一種不同的方式看待這個問題，而這就是我們一直在做的方向。”
那么，紅色Micro-LED芯片的開發(fā)到底遇到了什么問題？實際問題就是，將典型的藍(lán)色LED從目前的常用尺寸縮小到5微米大小，其發(fā)光效率會從90%左右驟降到40%左右。雖然出現(xiàn)了很大的降幅，但從應(yīng)用角度來看，這已經(jīng)是能夠接受的了。同樣地情況對紅色LED來說，其發(fā)光效率會從60%下驟降到1%左右，如此大的降幅正是目前問題癥結(jié)所在，而造成這種差異的主要原因在于制造這些器件所用的材料不同。
迄今為止，藍(lán)色和綠色LED通常由氮化銦鎵（InGaN）材料制成。不過，當(dāng)開發(fā)商同樣用InGaN材料制造更長波長的紅色LED器件時，材料成分的細(xì)微差別會在器件的發(fā)光區(qū)域產(chǎn)生強烈的偏振場，正是這種偏振場極大降低了發(fā)光效率。因此，大多數(shù)器件制造商開始選擇使用磷化銦鎵（InGaP）半導(dǎo)體材料來制造紅色LED器件。在Micro-LED應(yīng)用及其擴展問題出現(xiàn)之前，這種方法一直很有效。
業(yè)內(nèi)一些最有頭腦的人一直在試圖從現(xiàn)有的Micro-LED材料系統(tǒng)中找到解決方案。
展開 CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，
眾所周知，
從智能手機屏幕到
節(jié)能
照明，發(fā)光二極管
(LED)
從誕生以來
已經(jīng)
在很多領(lǐng)域極大改變了世界
。
雖然目前的
LED
行業(yè)在越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域蓬勃發(fā)展，但是一直以來都有一個很難解決的問題，那就是普通
LED
的發(fā)光
效率通常會隨著亮度的增加而降低
。
其中，最受影響的一類
2D
半導(dǎo)體材料
——
所謂的過渡金屬二硫?qū)倩? (TMD)
，對這一類器件
來說
，這個問題
尤其令人煩惱
。
實際上，
這些原子級
厚度的
TMD
材料
，
在高亮度
驅(qū)動
下
發(fā)光效率會顯著下降，這也直接阻礙
了它們在實際應(yīng)用中的使用。
圖1.美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，稍微彎曲的原子級厚度LED半導(dǎo)體可以獲得接近100%的發(fā)光效率，該成果可以很好的規(guī)避傳統(tǒng)困擾LED的發(fā)光效率問題——隨亮度增加而下降
根據(jù)外媒Osa-opn報道，最近，加州大學(xué)伯克利分校和美國勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員似乎已經(jīng)找到了一種非常簡單的方法，這些方法可以輕松繞過這些LED的效率障礙（科學(xué)，doi：10.1126/science.abi9193）。
展開 CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，韓國有機發(fā)光二極管(OLED)材料初創(chuàng)企業(yè)Lordin注冊了可大大提高發(fā)光效率的藍(lán)色OLED專利。Lordin累計吸引投資75億韓元（約人民幣3583萬元），計劃年底以技術(shù)特例實現(xiàn)上市。
根據(jù)韓媒Thelec報道，3月15日，Lordin公司吳亨允（音譯）表示，“公司注冊了高效、長壽命的藍(lán)色有機發(fā)光二極管(OLED)材料專利”，“目標(biāo)是在2024年在智能手機、電視等上實現(xiàn)商業(yè)化。”吳亨允代表強調(diào)：“注冊專利的藍(lán)色OLED內(nèi)部發(fā)光效率在90%以上?！边@超過目前智能手機、電視等應(yīng)用中的藍(lán)色OLED材料內(nèi)部發(fā)光效率25%的3倍。
如吳代表所述，要想將內(nèi)部發(fā)光效率提高到90%以上，就必須利用OLED發(fā)光(激發(fā)狀態(tài)→地面狀態(tài))能量的25%--“單重態(tài)激子”(singlet exciton)和剩下的75%能量“三重態(tài)激子”(triplet exciton)。目前，紅色、綠色OLED同時使用單重態(tài)和三重態(tài)激子，采用內(nèi)部發(fā)光效率為100%的磷光方式材料，但藍(lán)色OLED尚未脫離只使用單重態(tài)激子的熒光方式材料，內(nèi)部發(fā)光效率僅為25%的水平。市場上銷售的OLED產(chǎn)品一般同時才用紅色、綠色磷光材料、藍(lán)色熒光材料。
展開 導(dǎo)讀
近日，土耳其科克大學(xué)（Ko? University）的研究人員展示了一種基于納米材料的白色發(fā)光二極管（LED），它創(chuàng)造了發(fā)光效率的記錄：105 流明/瓦。經(jīng)過進一步開發(fā)，新型LED可達(dá)到 200 流明/瓦的效率，從而成為一種可用于家庭、辦公室和電視臺的頗具前景的節(jié)能光源。
背景
LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接將電轉(zhuǎn)化為光。
芬蘭國家技術(shù)研究中心研發(fā)的柔性LED
(圖片來源：Antti Veijola/芬蘭國家技術(shù)研究中心)
LED的基本原理是：當(dāng)電子與空穴復(fù)合時能輻射出可見光。LED的核心器件是半導(dǎo)體晶片，晶片由兩部分構(gòu)成：一部分是P型半導(dǎo)體，一部分是N型半導(dǎo)體。兩種半導(dǎo)體連接起來，就形成了“P-N結(jié)”。當(dāng)電流作用于晶片時，電子流向P區(qū)并與空穴結(jié)合，然后以光子形式發(fā)出能量。
然而，發(fā)光的顏色，也就是光的波長，是由形成P-N結(jié)的材料決定的。一般來說，砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍(lán)光。
創(chuàng)新
近日，土耳其科克大學(xué)（Ko? University）的研究人員展示了一種基于納米材料的白色發(fā)光二極管（LED），它創(chuàng)造了發(fā)光效率的記錄：105 流明/瓦。發(fā)光效率是光通量與功率的比值，即衡量了光源利用電力產(chǎn)生光線的效率。通過進一步開發(fā)，新型LED可以達(dá)到 200 流明/瓦的效率，從而成為一種可用于家庭、辦公室和電視臺的頗具前景的節(jié)能光源。
量子點白色LED
(圖片來源：Sedat Nizamoglu, Ko? University)
在美國光學(xué)學(xué)會高影響力研究期刊《Optica》上，研究人員描述了他們是如何創(chuàng)造出這種高效的白色LED的。
展開 CINNO Research產(chǎn)業(yè)資訊，將新一代顯示材料量子點發(fā)光體的核被單層半導(dǎo)體殼均勻包圍，可實現(xiàn)接近100%的發(fā)光效率。
韓國研究財團(理事長李光福)2月16日表示，成均館大學(xué)教授林在勛研究團隊在合成由核和殼組成結(jié)構(gòu)的量子點發(fā)光體時，闡明了殼在表面生長的原理。另外，在此基礎(chǔ)上生長了約0.3nm厚的殼，實現(xiàn)了97.3%的發(fā)光效率。
核-殼結(jié)構(gòu)的量子點發(fā)光體理論上只需一層0.3nm厚的殼就能達(dá)到100%的發(fā)光效率。但實際上，由于殼生長不均，只有以幾納米厚度包圍幾層，才能勉強達(dá)到70%-80%的發(fā)光效率。
據(jù)推測，核與殼之間的缺陷及核無法完全覆蓋，導(dǎo)致效率下降，但溶液內(nèi)反應(yīng)復(fù)雜，問題原因尚未明確。
成均館大學(xué)研究團隊在分子水平上揭示了量子點的配體與殼前驅(qū)體反應(yīng)后，殼原子被吸附到表面，經(jīng)過非晶質(zhì)分子層狀態(tài)，變成為晶體的全過程。分子層要想變成殼，就必須進行高溫的熱處理，在此過程中，研究團隊確認(rèn)到，殼前驅(qū)體氧化了核表面，使殼無法完全覆蓋核表面的事實。
研究團隊在此基礎(chǔ)上，設(shè)計出了能夠精準(zhǔn)控制殼生長過程的“表面開始生長法”，將約0.3nm厚的超均勻殼生長到核表面，實現(xiàn)接近理論極限值的97.3%的發(fā)光效率。
量子點發(fā)光體采用超均一殼，確保了高效率和穩(wěn)定性，不僅可以用于增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、可穿戴等新一代顯示屏，還可以應(yīng)用于太陽能和生物傳感器等多個領(lǐng)域。
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發(fā)光效率的最新內(nèi)容
LED具有尺寸小、發(fā)光效率高、使用壽命長[1]等優(yōu)點。LED也有光學(xué)工程師必須處理的不良特性，比如混色和準(zhǔn)直的需要。在這個例子中，我們看一個混合準(zhǔn)直透鏡的示例。
為了在受控區(qū)域內(nèi)均勻地混合波長，可以構(gòu)造一個塑料的六邊形光管。光管是由布爾操作來創(chuàng)建的。
LED的優(yōu)勢包括體積小巧、發(fā)光效率高和使用壽命長。LED也有光學(xué)工程師必須處理的不良特性，比如混色和準(zhǔn)直的需要。在這個例子中，我們來看一個LED手電筒的簡單示例。
隨著2023.1版本的發(fā)布，有以下附加組件：
橫向范圍測量：
橫向范圍x%的最大全寬度（FWx%M）
橫向范圍最小矩形（FWxM）
橫向范圍標(biāo)準(zhǔn)偏差
橫向范圍平方和的百分比
光度測量：
照明
發(fā)光能量密度
發(fā)光能量
發(fā)光通量和效率（固體角）
發(fā)光通量和效率（表面）
發(fā)光強度
輻射測量：
光強
輻照度
坡印廷矢量
輻射能量密度
輻射能量
在光電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，鈣鈦礦基發(fā)光二極管（PeLED）以其獨特的材料優(yōu)勢和廣泛的應(yīng)用前景，成為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注的焦點。這類器件不僅具備可調(diào)帶隙、高色純度和低溫制備兼容性等突出特性，在近紅外（NIR）光發(fā)射領(lǐng)域更展現(xiàn)出巨大潛力。然而，光提取效率（LEE）受限一直是制約PeLED性能提升的關(guān)鍵瓶頸。近期，一項發(fā)表于《Scientific Reports》的研究通過創(chuàng)新的層厚度優(yōu)化策略與活性層吸收調(diào)控技術(shù)
? 主要使用發(fā)光效率高的燈，有利于降低能耗。
? 此外，新的技術(shù)還改善了燈具的顯色性，顯色性高燈具的使用，能改善了光的質(zhì)量。
接下來我們使用LITESTAR 4D進行道路照明計算。
1. 首先，打開LITESTAR Calc的操作界面。
2. 自定義設(shè)置，根據(jù)語言習(xí)慣調(diào)整顯示語言（調(diào)整為中文簡體）。
FRED案例展示：混色導(dǎo)光管10個月前
LED具有尺寸小、發(fā)光效率高、使用壽命長[1]等優(yōu)點。LED也有光學(xué)工程師必須處理的不良特性，比如混色和準(zhǔn)直的需要。在這個例子中，我們看一個混合準(zhǔn)直透鏡的示例。
FRED模型
如手電筒示例中所示，白光可以使用具有藍(lán)光發(fā)射芯片和黃色熒光粉的LED來創(chuàng)建。產(chǎn)生白光的另一種方法是以適當(dāng)?shù)谋壤旌霞t光、綠光和藍(lán)光。這種方法可以更準(zhǔn)確的控制色溫。
LED具有尺寸小、發(fā)光效率高、使用壽命長[1]等優(yōu)點。LED也有光學(xué)工程師必須處理的不良特性，比如混色和準(zhǔn)直的需要。在這個例子中，我們看一個混合準(zhǔn)直透鏡的示例。
FRED模型
LED在整個半球上發(fā)光，但是大多數(shù)照明應(yīng)用中要求對輸出的光的方向進行控制。一個簡單的正透鏡不足以將大角度光折射成準(zhǔn)直光束。為了重新定向所有發(fā)射光，可以設(shè)計一個混合折射/反射透鏡?；旌蠝?zhǔn)直器的一個例子如圖1所示。
LED的優(yōu)勢包括體積小巧、發(fā)光效率高和使用壽命長。LED也有光學(xué)工程師必須處理的不良特性，比如混色和準(zhǔn)直的需要。在這個例子中，我們來看一個LED手電筒的簡單示例。
FRED模型
本例中模擬的手電筒由三個白光LED組成。LED的幾何形狀是基于FRED安裝提供的例子文件“Basic LED Example”。LED被安排成三角形排布。創(chuàng)建一個基于熒光粉的白光光譜，并將它分配到LED光源中。
通常分配給光通量光源的輻射通量的方法是將流明表示的功率除以關(guān)聯(lián)光譜的發(fā)光效率 K。發(fā)光效率 K 定義為：
其中 Q 是光源光譜，V 是光視光譜效能函數(shù)。
選擇光譜后，可以選擇“Randomly according to spectrum ”選項（如下圖所示）。這是一種蒙特卡洛方法，其中光譜充當(dāng)概率分布，用于為單個光線分配波長。
隨著2023.1版本的發(fā)布，有以下附加組件：
橫向范圍測量：
橫向范圍x%的最大全寬度（FWx%M）
橫向范圍最小矩形（FWxM）
橫向范圍標(biāo)準(zhǔn)偏差
橫向范圍平方和的百分比
光度測量：
照明
發(fā)光能量密度
發(fā)光能量
發(fā)光通量和效率（固體角）
發(fā)光通量和效率（表面）
發(fā)光強度
輻射測量：
光強
輻照度
坡印廷矢量
輻射能量密度
輻射能量
