Princeton Perovskite LED 혁신으로 차세대 조명 및 디스플레이 실현
LED (Light-Emitting Diode)는 현대 생활에서 거의 보편화되어 전화 디스플레이, TV 및 조명에 밝기를 제공합니다. 할라이드 페 로브 스카이 트라고 불리는 종류의 재료로 만들어진 새로운 형태의 LED는 더 높은 색 품질과 제조 용이성을 보장하지만, 일반적으로 실제 사용에 필요한 종류의 전류를 받으면 실패하는 것으로 알려져 있습니다. 이제 전기 공학과 Andlinger 에너지 및 환경 센터의 부교수 인 Barry Rand와 연구원 팀은 LED에서 발생하는 열을 더 잘 관리하여 재료의 안정성과 성능을 크게 향상 시켰습니다.
Advanced Materials 지에 발표 된이 연구 는 재료 내부의 열 축적을 줄여 수명을 10 배로 늘리는 몇 가지 기술을 확인했습니다. 연구원들이 장치가 과열되는 것을 막았을 때, 그들은 일반적인 휴대폰 디스플레이보다 수백 배 더 강한 빛을 생성하기에 충분한 전류를 펌핑 할 수있었습니다. 평방 미터당 와트로 측정되는 강도는 사람의 눈이나 빛의 색상에 영향을받지 않고 장치에서 나오는 실제 빛의 양을 반영합니다. 이전에는 이러한 수준의 전류로 인해 LED가 고장났습니다.
이 발전은 새로운 밝기 기록을 수립하고 페 로브 스카이 트 LED의 잘 확립 된 특성을 향상시키고 이러한 특성을 실질적으로 활용할 수 있도록함으로써 재료에 대해 가능한 한계를 확장합니다.
Rand는“열이 고전류에서 작동하는 이러한 재료의 주요 병목 현상이 나타나는 것을 처음으로 확인했습니다. "이는이 재료가 결코 가능하지 않다고 생각했던 밝은 조명과 디스플레이에 사용될 수 있음을 의미합니다."
Andlinger Center의 외부 파트너십 부국장이기도 한 Rand는 명확한 경로가 현재 추가 개발을 위해 열려 있지만 기술이 여전히 광범위한 상업적 사용에서 10 ~ 20 년이 소요될 것이라고 경고했습니다.
연구진은 장치 내부에 축적 된 줄 열 또는 전류로 인한 열 유형을 억제하기 위해 주요 요소를 체계적으로 다루었습니다. 그들은 장치에서 재료의 구성을 설계하여 전기 전도성을 높이고 작동 중에 열을 덜 발생시킵니다. 그들은 더 나은 열 확산을 가능하게하기 위해 장치를 평소보다 좁게 (인모 한 가닥의 10 분의 1 정도) 만들었습니다. 또한 열을 분산시키는 데 도움이되는 열 싱크 또는 민감한 전기 구성 요소에서 열을 전도하는 구성 요소를 추가했습니다.
이러한 핵심 요소가 제자리에 배치되면 장치를 계속 "펄스"하거나 빠르게 켜고 끄는 전략을 사용하여 사람의 눈으로 깜박임을 볼 수 없지만 장치가 복구되고 냉각 될 수있는 충분한 시간이되었습니다. . 이 부분에서는 공동 저자 인 Eugene Higgins 전기 공학 교수 인 Claire Gmachl의 전문 지식을 활용했습니다. 장치가 실제로 켜져있는 시간을 줄임으로써 연구원들은 효율성을 개선하고보고 된 것보다 더 오래 장치를 작동 할 수있었습니다. Rand는이 작업을 조명 및 밝은 디스플레이에 필요한 고전력 밀도에서 페 로브 스카이 트 LED를 작동하기위한 "방법"가이드로 설명합니다.
이 논문의 제 1 저자이자 전기 공학과의 박사후 연구원 인 Lianfeng Zhao는이 연구는 페 로브 스카이 트가 본질적으로 고전력 밀도에서 효율적으로 작동 할 수 없다는이 분야의 일반적인 생각에 대응한다고 말했습니다.
이 연구는이 분야에서“중요한 돌파구”라고 스웨덴 Linköping 대학의 물리학, 화학 및 생물학과 교수이자 에너지 기술을위한 유기 및 페 로브 스카이 트 반도체 전문가 인 Feng Gao는 말했습니다.
“줄 발열을 줄이는 것은 고휘도 및 장기적 안정성을 향한 페 로브 스카이 트 LED의 중요한 과제입니다.”라고 Gao는 말했습니다. “이 결과는 페 로브 스카이 트 소재를 기반으로 한 조명 및 디스플레이의 상용화에 매우 고무적입니다.”
지금까지 연구원들은 페 로브 스카이 트 LED가 적당한 수준의 밝기 만 생성하는 데 유용 할 것이라고 생각했지만 휴대 전화 및 노트북 화면의 조명이나 초 고휘도 디스플레이에는 유용하지 않습니다.
"우리는 가능한 응용 프로그램의 범위를 향상 시켰습니다."라고 Zhao는 말했습니다.
페 로브 스카이 트 LED의 가장 매력적인 부분 중 하나는 오늘날 조명에 사용되는 기존의 무기 LED를 생산하는 것보다 훨씬 적은 에너지를 필요로하는 제조 방식입니다. 기존의 LED는 단결정 조각으로 만들어지며 생산이 매우 어렵고 비용이 많이 들고 초고 진공 시스템과 섭씨 1000도 이상의 온도가 필요한 경우가 많습니다 . 페 로브 스카이 트 재료는 일반적으로 섭씨 100도 이하의 온도에서 만들어지며 잉크젯 인쇄와 유사한 프로세스의 용액으로 형성됩니다. 이 기술이 상용화된다면, 제조 및 운영 모두에서 이러한 전자 제품의 필요한 에너지와 탄소 발자국을 크게 줄일 수 있습니다.
페 로브 스카이 트 LED는 순수하고 집중된 색상을 생성하며 연구진은이 재료를 사용하여 저렴하고 만들기 쉬운 레이저를 만들기를 희망합니다. 그리고 더 일반적으로 Rand와 Zhao는 더 높은 품질, 내구성 및 효율적인 장치를 만들기 위해 재료의 특성을 더 잘 이해하기 위해 재료가 어떻게 작동하는지 계속 연구 할 것이라고 말했습니다.
“이것은 매우 중요한 이정표입니다.”Rand가 말했습니다. “우리 연구뿐만 아니라 기술자, 설계자 및 전자 산업에도 중요합니다. 우리는 재료의 밝은 미래가 있다고 생각합니다.”