Ny teknik kan bane vejen for enkel farvejustering af LED-pærer

Volkmar Dierolf og et internationalt team demonstrerer muligheden for at justere farven på en GaN LED ved at ændre den tidssekvens, hvor driftsstrømmen leveres til enheden.

En ny teknik - resultatet af et internationalt samarbejde mellem forskere fra Lehigh University, West Chester University, Osaka University og University of Amsterdam - kunne bane vejen for monolitisk integration til enkel farvejustering af en pære, ifølge Volkmar Dierolf, Fremragende professor og formand for Lehighs Institut for Fysik, der arbejdede på projektet.

"Dette arbejde kunne gøre det muligt at tune mellem lyse hvide og mere behagelige varmere farver i kommercielle LED'er, siger Dierolf.

Holdet demonstrerede muligheden for at farvetuning Gallium Nitride (GaN)-baserede GaN LED'er blot ved at ændre den tidssekvens, hvor driftsstrømmen leveres til enheden. Lysemitterende dioder eller LED'er er halvlederenheder, der udsender lys, når en elektrisk strøm føres gennem den. Især Teknikken er kompatibel med nuværende LED'er, der er kernen i kommerciel solid state LED-belysning.

Arbejdet er beskrevet i en artikel offentliggjort online i ACS Fotonik kaldet "Color-Tunablility in GaN LEDs Based on Atomic Emission Manipulation under Current Injection." Hovedforfatteren, Brandon Mitchell, er tidligere kandidatstuderende i Dierolfs laboratorium og nu assisterende professor ved Institut for Fysik og Teknik ved West Chester University i Pennsylvania.

I dagens aktive LED-skærme, forskellige farver produceres af tre til fire individuelle LED'er, der er placeret tæt på hinanden og skaber de forskellige grundlæggende farver, der er nødvendige for at producere det fulde farvespektrum.

"Vi demonstrerer, at dette kan opnås med en enkelt LED, " siger Dierolf. "Vi viser, at det er muligt at opnå rødt, grønne og blå emissioner, der stammer fra kun én GaN LED-struktur, der bruger doping med en enkelt type sjældne jordarters ion, Europium (Eu). Ved at bruge bevidst co-doping og energioverførselsteknik, vi viser, at alle tre primærfarver kan udsendes på grund af emission, der stammer fra to forskellige exciterede tilstande i samme EU ₃ ⁺ ion (~620 nm og ~545nm) blandet med nærbåndskantemission fra GaN centreret ved ~430nm. Intensitetsforholdene for disse overgange kan styres ved at vælge de aktuelle injektionsbetingelser, såsom injektionsstrømtæthed og driftscyklus under pulseret strømindsprøjtning."

Med andre ord, holdet opnåede farvejustering i en enkelt GaN-baseret LED gennem manipulation af emissionsegenskaberne af et atomart dopingmiddel.

Mitchell påpegede, at "Hovedideen med dette arbejde - den samtidige aktive udnyttelse af flere exciterede tilstande af det samme dopingstof - er ikke begrænset til GaN:Eu-systemet, men er mere generel. De præsenterede resultater kunne åbne op for et helt nyt felt af justerbar emission af farver fra et enkelt dopingmiddel i halvledere, som kan nås ved simpel indsprøjtningsstrømjustering."

Ifølge Dierolf, denne forskning kan være til gavn for dem, der leder efter mere behageligt "varmere" hvidt lys fra LED'er.

"Det kunne bane vejen for monolitisk integration til enkel farvejustering af en pære, " tilføjer Dierolf. "Det ville også være gavnligt for mikro-LED-skærme, da det giver mulighed for højere tæthed af pixels."

Materialerne, der blev brugt i tidligere forskning om farvejusterbare LED'er, tillod ikke nem integration med den nuværende LED-teknologi, tilføjer han. Dette arbejde er kompatibelt med nuværende GaN-baserede LED'er, der er kernen i kommerciel solid state LED-belysning.