因改造有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)機臺為雙流式,創(chuàng)造了高效率藍色發(fā)光二極體,改變了照明及輕薄顯示器的未來,而被贊譽為“藍光之父”的諾貝爾物理學獎得主中村修二博士,于2017年2月份前往臺灣中央研究院演講,以“The Invention of High Efficient Blue LEDs and Future Solid State Lighting”為題。
演說中,中村教授表示持續(xù)在研究如何制造更高演色性及更高外部量子效率(EQE)的發(fā)光二極體,提高演色性,可以提升照明應用或是顯示器的顏色表現(xiàn);而更高的外部量子效率,可以提升器件的發(fā)光效率。當然意料之中的,中村教授也談了一些有關(guān)激光照明的優(yōu)勢,這個我們后面再提。
先回顧一下藍光的歷史,時間來到1980年代,當時對于藍光器件有兩種材料選擇,一種是ZnSe;另一種就是GaN,從Cross section TEM可以觀察到在ZnSe做成長時有好的品質(zhì),因為在GaN/Sapphire可以看到有一條一條黑色的線就是在半導體器件中常談論的缺陷,他是影響器件效率很大的兇手之一。在1989年代時,ZnSe on GaAs substrate具有高品質(zhì)的結(jié)晶特性,同時有超過99%的研究者從事相關(guān)的研究工作,中村教授偏偏選擇了少于1%的人關(guān)注的GaN on Sapphire substrates,當時許多人都說GaN沒有未來,紛紛改投ZnSe的懷抱,中村的選擇可說是“背道而馳”。
遙想筆者念書當年,曾經(jīng)帶著實驗室的孩子做實驗,其中一個課題就是研究利用MOCVD成長出來的ZnSe QW及ZnSe QD半導體器件的基礎(chǔ)物理特性,真心不騙,大伙兒在做PL實驗時,對光路還要刻意不將光對入到偵測器當中,避免偵測器超過可接收的強度,這是多么奢侈的包袱啊!由此可知為何ZnSe能吸引主流的目光。
至于之后中村修二如何離經(jīng)叛道,用GaN逆轉(zhuǎn)勝,就是大家耳熟能詳?shù)墓适铝恕?br/>
演講的內(nèi)容也談到許多人擔心的藍害,雖然筆者會說這只是“一個人能接受多少量”的簡單問題,但中村修二這次沒有忽視主流的聲音,在加利福尼亞大學圣塔芭芭拉分校的團隊從事開發(fā)Blue-free的LED,用來解決藍害的問題,演講中中村表示主要是將主發(fā)光層移到UV的區(qū)段,一般LED是成長在藍寶石基板(有些公司研發(fā)的技術(shù)是利用SiC基板與Si基板),然而為了減少晶格不匹配而產(chǎn)生的應力效應會造成內(nèi)部量子效率或外部量子效率的下降,中村的研發(fā)團隊則專心研究使用GaN基板,用以提升晶格匹配程度,其結(jié)晶品質(zhì)相較于Sapphire或SiC基板都要來得高。
而中村修二成立公司Soraa, 亦往UV-LED的方向走,為了做到這一點,他們將GaN LED的發(fā)光峰值設計在在410nm~420nm之間的紫光,并搭配多磷光體混合物,使整個白光光譜覆蓋至700nm,這表示整個白光的頻譜將涵蓋人眼可視波長范圍(一般來說,人眼可是范圍約為400nm~700nm),從紫光(400nm)到深紅色(700nm)連續(xù)且完整,這樣的好處是,使用者可以看到較為真實的白色。
在演講中,中村教授也提到,用LED當作白光是很棒的,但是若用激光則是更棒的一個想法,因為現(xiàn)行的LED結(jié)構(gòu)若要發(fā)光60W的白幟燈,用現(xiàn)行的LED排列需要約28平方毫米的面積,而目前他們研究的產(chǎn)品激光產(chǎn)品若要發(fā)光60W的白幟燈則需要大約0.3平方毫米的面積,面積是大幅的縮小。
同時若使用激光器件后在增加電流密度后,外部量子效率竟然不會下降太多啊!這是多么厲害的一件事啊(這邊推薦大家去閱讀世界第一簡單的半導體原理 老葉科普堂(五)),因為從半導體器件物理可以知道LED或LD在增加電流密度后,雖然會越來越亮,但是會造成發(fā)光峰值紅移及外部量子效率下降,這是因為受到晶格震蕩的熱效應而造成的下降,因此在平板顯示或是照明的用途會更多元。
演講中,無線光通訊技術(shù)“Li-Fi”也是中村修二看重的技術(shù),Li-Fi是使用發(fā)光二極體器件或激光器件作為資料傳輸?shù)膩碓?。因此想像一件事,燈具就是通訊的基地臺,將訊號投射到各處和橋接訊號,讓電腦、家電、手機等上網(wǎng)。中村修二也提及若使用發(fā)光二極體器件的Li-Fi,將會比Wi-Fi傳輸資料快上10倍以上,而激光器件的Li-Fi更快。不過筆者就想到了,如果下班關(guān)燈,那就沒有網(wǎng)路啦!所以時間到就不能辦公。
在演講結(jié)束后中村教授提及,在平板顯示科技應用上,LED跟OLED還是可以保持競爭的,并特別提及u-LED是可能的技術(shù)方向。
來源:行家說APP