偏光SiC-LED提高光源效率 可穿戴设备续航达8小时

“以前使用1个小时电池就没电的可穿戴显示器现在可以连续使用8个小时”。东京大学研究生院工学系研究科教授、纳米电子光子国际中心中心长大津元一的研发小组开发的技术，获得了可穿戴设备技术人员的由衷好评。为了在不久的将来实现24小时驱动，该研发小组还在继续推进开发。

显示器光源实现节能

大津研发小组开发的是“偏光SiC-LED”技术。研发小组2013年使其基础技术SiC-LED成功实现了高效率发光。SiC-LED不同于以往的LED，不使用荧光材料即可发出多种颜色的光。因此，无需使用波长转换时会产生能量损失的荧光材料。

除此之外，SiC-LED与以往的LED相比还具备以下特点，“结晶生长设备简单，制造时消耗的能源少；无需使用稀有金属和有毒元素，材料容易实现资源再生，回收利用所需的能源也比较少”。

另外，研发小组此次成功开发出了偏光SiC-LED。将其作为显示器光源使用的话，可减少通过偏光板时的能量损失。由于无需荧光材料，还能减少偏光板的损失，与以前相比，可大幅削减显示器光源的功耗。一般来说，显示器的耗电量基本都是光源消耗的，因此减少显示器光源的功耗能大幅延长电池的使用时间。

可以控制光的SiC-LED

SiC和Si等拥有间接跃迁型能带结构的半导体通常即使制作pn结二极管并加载电压也不会发光。但大津研发小组开发的SiC-LED能够发光。

LED一般使用GaN等直接跃迁型半导体。激发到导带的电子在恢复到价带时会发光。而间接跃迁型半导体不会发生电子跃迁。因此，该研发小组想到了用“搭桥”的方法使间接跃迁型半导体的电子也能从导带迁移到价带。具体来说就是，在导带和价带之间形成中间能带（电子存在的电子轨道能带）。电子可以经由中间能带进行跃迁。

中间能带采用以下方法形成。为在n型SiC中掺杂了Al的pn结元件加载顺向电流，用产生的焦耳热进行退火。同时从元件外部照射光。这样就会生成声子，声子形成中间能带。

采用以上方法制作的SiC-LED无需照射光，注入电流即可发光。发光波长（颜色）与制作时照射的光相同。也就是说，可通过制造时的照射光波长控制SiC-LED的发光颜色。

确认偏光发光

因此，大津的研发小组考虑，制作SiC-LED时照射偏光的话，应该能实现发偏光的LED。于是向SiC的pn结元件照射偏光激光，制作了LED。

研发小组对采用这种方法制作的SiC-LED的发光光谱进行调查证实，发出的光为偏光。研发小组发现，振动方向与制造时的照射光为同一方向的发光强度比垂直方向的发光强调高，发出的光为偏光。退火时间为1万9800秒时的偏光度为12%。另外，利用偏光板观察发光确认，振动方向与照射光为同一方向的光强度比振动方向与照射光垂直的光强度高。

偏光度还有进一步提高的空间。从可以看出，延长退火时间的话可提高偏光度。通过进一步优化制造条件，“偏光度可提高至30%或50%”。

 

来源：日经技术在线

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