NIST最新發布：小而明亮的納米級LED克服長期存在的LED效率問題的新設計，并且可以轉換成激光啟動

美國國家標準與技術研究所（NIST）的科學家的團隊開發出了一種新型LED，該LED可能是解決長期以來光源效率限制難題的關鍵。這一概念在實驗室用微型LED進行了演示，實現了亮度的大幅提高并具有產生激光的能力。

該團隊還包括來自馬里蘭大學、倫斯勒理工學院和IBM Thomas J. Waston研究中心的科學家，該LED的亮度比傳統的亞微米大小的LED增加了100到1000倍。

據NIST的Babak Nikoobakht介紹，該LED與傳統LED使用的材料相同，不同之處在于它們的形狀，該LED采用了制造LED的新架構。

LED燈已經存在了幾十年，但明亮LED的發展贏得了諾貝爾獎，并開啟了照明的新時代。然而，即使是現代的LED也有它的局限性，在一定程度上，增加LED的電量會使其發光更加明亮，但很快亮度就會降低，使得LED的效率非常低。這個被業界稱為“效率下降”的問題阻礙了LED在從通信技術到殺毒等許多有前景的應用領域的應用。

團隊對該LED進行了全新設計的實驗：與傳統LED中使用的平面設計不同，研究人員用又長又薄的氧化鋅線制造了一種光源，他們稱之為翅片（“長”和“瘦”是相對而言的：每個翅片只有大約5微米長，大約是人類平均頭發寬度的十分之一）。翅片陣列看起來像一個小梳子，可以延伸到1厘米或更多的區域。

LED像素設計示意圖 圖片來源：NIST

翅片LED像素設計包括發光的氧化鋅翅片（紫色）、絕緣介質材料（綠色）和金屬接觸（黃色）

這個新設計能發出橫跨紫色和紫外光邊界波長的明亮的光，產生的能量是典型的小型LED的100到1000倍，是一個重要的基礎性發現。

Nikoobakht說：“一個典型的面積小于1平方微米的LED發光功率約為22納瓦，但這種LED能產生高達20微瓦的功率。這表明這種設計可以克服LED的效率下降，使光源變得更亮。”

在增加電流的同時，研究小組還發現了另一個驚人的現象。雖然LED起初在一個波長范圍內發光，但它相對較寬的光發射最終縮小到兩個波長的強烈紫色光。這清楚地表明了他們的微型LED變成了微型激光器。

Nikoobakht說：“將LED轉換成激光需要很大的努力。它通常需要將LED與諧振腔耦合，使光在諧振腔周圍反射，從而產生激光。而翅片的設計可以自己完成整個工作，不需要增加另外的腔。”

微型激光器不僅在化學傳感領域，而且在下一代手持通信產品、高清顯示器和消毒方面，對于芯片規模的應用來說是至關重要的。

Nikoobakht說：“它很有潛力成為一個重要的組成部分，雖然這不是人類制造的最小的激光發射器，但它非常明亮。如果效率沒有下降，它將會大有用處。”