美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校（UC Santa Barbara，UCSB）的研究人員將利用一種新方法，突破LED設(shè)計(jì)的邊界，可能會(huì)為更高效、功能更多的LED顯示屏和照明技術(shù)鋪平道路。

       UCSB電子和計(jì)算機(jī)工程系教授Jonathan Schuller及其合作者描述了該種新方法，能夠讓虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭顯、汽車照明等各種LED設(shè)備變得既更加精致又更加時(shí)尚。

       Schuller表示：“我們展示的是一種新型光子結(jié)構(gòu)，不僅能夠提取到更多光子，還能夠?qū)⒐庾右蚶硐氲牡胤?。”他還解釋表示，不使用通常用于控制LED發(fā)出的光的外部封裝組件就改進(jìn)了此種性能。

       LED中的光線是半導(dǎo)體材料被激發(fā)時(shí)產(chǎn)生的，當(dāng)沿半導(dǎo)體晶格運(yùn)動(dòng)的帶負(fù)電荷的電子遇到帶正電荷的空穴（沒有電子），并轉(zhuǎn)變?yōu)槟芰枯^低的狀態(tài)時(shí)，在此過程中會(huì)釋放一個(gè)光子。在測(cè)量該過程時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，有相當(dāng)數(shù)量的光子在產(chǎn)生，但是并沒有從LED中產(chǎn)生。

       Schuller表示：“我們意識(shí)到，如果在形成圖形之前，觀察發(fā)射出的光子的角度分布，往往會(huì)發(fā)現(xiàn)，光子在一個(gè)特定方向達(dá)到峰值，而該方向通常困在LED結(jié)構(gòu)中。因此，我們意識(shí)到可以采用傳統(tǒng)的超表面概念，來設(shè)計(jì)通常會(huì)被困住的光線。”

       研究人員所確定的設(shè)計(jì)包括在一個(gè)藍(lán)寶石基底上，設(shè)置一組1.45微米長的氮化鎵（GaN）納米棒。由氮化銦鎵（InGaN)）制成的量子阱被嵌入至該納米棒中，以限制電子和空穴，從而發(fā)出光線。除了讓更多的光線離開半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，該設(shè)計(jì)還可實(shí)現(xiàn)偏振光，這一點(diǎn)對(duì)于很多應(yīng)用而言都至關(guān)重要。

       Iyer幾年前在Schuller實(shí)驗(yàn)室完成博士學(xué)位時(shí)就產(chǎn)生了該項(xiàng)目的想法，該實(shí)驗(yàn)室的研究重點(diǎn)是亞波長范圍內(nèi)的光子學(xué)技術(shù)和光子現(xiàn)象。超表面是一種具有納米級(jí)特征、并能與光線相互作用的工程表面，也是Iyer的研究重點(diǎn)。

       Iyer之前一直在研究如何用超表面引導(dǎo)激光束，他表示：“從本質(zhì)上看，超表面就是亞波長天線陣列。”他也了解到，典型的超表面都依賴入射激光束的高度定向特性，以產(chǎn)生高度定向的輸出光束。

       另一方面，LED會(huì)發(fā)射自發(fā)光，不同于激光的受激相干光。

       Schuller解釋表示：“自發(fā)發(fā)射對(duì)所有光子可能的運(yùn)動(dòng)方式進(jìn)行了采樣，所以，光線看起來像一束能夠向所有可能的方向運(yùn)動(dòng)的光子。問題是，能否通過仔細(xì)的納米級(jí)設(shè)計(jì)和半導(dǎo)體表面制造，將產(chǎn)生的光子引導(dǎo)到期望的方向？”

       Iyer表示：“以前有人設(shè)計(jì)過LED，但是總是將LED光線分成多個(gè)方向，效率很低。還未曾設(shè)計(jì)出方法，以控制LED的光線朝一個(gè)方向發(fā)射。”

（轉(zhuǎn)載）