UCSB araştırmacıları fosfor içermeyen beyaz LED’leri ve ayrı olarak yeni ışık ekstraksiyon tekniğini açıkladı (GÜNCELLEME)

Santa Barbara California Üniversitesi’nden (UCSB) araştırmacılar, bilimsel dergilerde LED üzerine iki yeni araştırma makalesi yayımladılar. Her iki makalenin de ortak yazarı, LED öncüsü Shuji Nakamura. Makalelerden biri, mavi ve sarı kuantum kuyuları (QW) geliştirmek ve dolayısıyla beyaz ışık elde etmek için fosfor kullanmayı gereksiz hale getirmek amacıyla galyum nitrür (GaN) substratları ve yeni bir epitaksiyal yaklaşım kullanmaya odaklanıyor. İkinci makale, paketli LED’lerde ışık ekstraksiyonunu artırabilen ve ışın açısını büyük ölçüde daraltabilen nano ölçekli yapısal teknikleri açıklıyor.

Ticari bir aşamaya gelinceye kadar araştırmalara düzenli olarak yer vermemekle beraber UCSB, beyaz LED’lerin, katı hal aydınlatma (SSL) verimliliği ve kalitesinin ve lamba ve armatür teknolojisinin geliştirilmesinde kritik öneme sahip. Gerçekten de Nakamura beyaz LED teknolojisindeki ilerlemeyi sürdürmek için on yıldan fazla bir süre önce Nichia’dan UCSB’ye taşındı ve 2007’deki kuruluşunda üniversitenin Katı Hal Aydınlatma ve Enerji Merkezi’ne (SSLEC) liderlik etti. Nakamura daha sonra, GaN epitaksiyal katmanlarını geliştirmek için homojen GaN substratları kullanarak LED ışık kalitesini ve etkinliğini artırmak amacıyla Soraa’nın kurucu ortağı oldu. Şirket, 2012 yılındaki Strategies in Light (Işık Stratejileri) konferansında bilinirlik kazandı.

GaN yonga plakaları ve yarı kutupsal teknoloji

GaN yonga plakaları ile mavi ve sarı kuantum kuyularını geliştirmede yarı kutupsal yaklaşım hakkındaki yeni makale ilk olarak NanoEnergy dergisinde ve daha sonra da tekniğini ilk kez okuduğumuz Optics Express’te yayımlandı. UCSB, yarı kutupsal teknoloji potansiyelini on yıldan uzun bir süredir araştırmakta, ancak bu teknolojiyi seri üretime taşımada sorunlar var.

Beyaz ışığı doğrudan monolitik bir yarı iletkenden elde etmenin faydaları çok yönlü olacaktır. Böyle bir gelişme, fosfor veya diğer alt dönüştürücü materyal maliyetini ortadan kaldıracak, üretim sürecini basitleştirecektir. Ayrıca, LED’ler fosfor izi kalmadan daha hızlı bir şekilde modüle edilebilecektir (açılıp kapatılabilecektir). Daha hızlı geçiş, öncelikle görünür ışık iletişiminde faydalı olacaktır.

Ancak araştırmada açıklanan tekniklerin kısıtları var. Araştırmacılar 427nm mavi tepe noktası ve 560nm sarı tepe noktasına sahip LED’ler ürettiler. Ortaya çıkan beyaz ışık kullanılabilir durumda ancak genel aydınlatmada gerçek anlamda yararlı değil. Yine de teknik, belki de üçüncü bir kuantum kuyusu yapısıyla bile ilerletilebilir. Ayrıca UCSB, bu teknolojinin, cihazların ileri voltajındaki bir azalma aracılığıyla ekran arka aydınlatmasında enerji verimliliği faydaları sağlayabileceğine inanıyor.

Işık ekstraksiyonu

Nakamura ve UCSB’nin bir başka efsanevi SSL araştırmacısı olan Steven DenBaars da dahil olmak üzere yazarların çoğu, ışık ekstraksiyonu ve ışın daraltma araştırmasına geçmeyi ilk makaleden beri tekrar ediyor. Araştırma Nature Photonics dergisinde yayımlandı.

Günümüzde LED üreticileri, üretim sürecinde yüzeylerin modellenmesi veya pürüzlendirilmesi için çeşitli teknikler kullanıyor ve bu da nihayetinde ışık ekstraksiyonunu ve dolayısıyla verimliliğini artırıyor. Ancak bu teknikler ışını yönlendirmiyor. Çoğu ışın kontrolü, LED üzerine uygulanan birincil optikler veya armatürdeki ikincil optikler tarafından gerçekleştiriliyor.

Araştırmacılar, nano ölçekli özelliklerle tasarlanmış metasurface’lerin kullanımının da ışın kontrolünde fayda sağlayabileceğini öne sürüyor. Araştırma ekibi GaN nano çubuklarını, çubuklar temelde, ışık üretmek için bir araya gelen elektronikleri ve delikleri çevreleyecek şekildeyken, safir bir substrat üzerinde geliştirdi. Amaç, kutupsallık ilave ederken ışık ekstraksiyonunu geliştiren bir epitaksiyal süreçti.

* Dergideki yayın hakkında açıklama sunmak için 16 Haziran 2020 16:00’da  UCSB’den sağlanan bilgilerle güncellendi.

Haber kaynağı: https://www.ledsmagazine.com/leds-ssl-design/article/14177719/ucsb-researchers-reveal-phosphorfree-white-leds-and-separately-new-light-extraction-technique