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突破低成本LED照明电力消耗降低了10%左右

2008年7月17日

研究人员普渡大学克服了在减少成本的一个主要障碍“固态照明,”技术,可以减少10%的电力消耗,如果广泛采用。

技术,称为发光二极管或发光二极管,大约四倍的效率比传统白炽灯和比紧凑型荧光灯更环保。led也预计将比传统照明,更持久的持久的也许只要15年前烧毁。

“LED技术有潜力取代白炽灯和紧凑型荧光灯,这将产生巨大的能源和环境的影响,”蒂莫西·d·沙说,罗勒s . Turner材料工程和电气和计算机工程教授。

LED灯是关于高效紧凑型荧光灯,含有有害的汞。

但现在LED灯在市场上是非常昂贵,部分原因是他们创建衬底,或第一层,蓝宝石。普渡大学的研究人员已经解决了这个问题通过开发创建led技术低成本、金属包覆硅晶圆,马克·h·奥利弗说材料工程研究生世卫组织正在与金沙。

本月发现详细刊登在一份研究报告出现在《应用物理快报》杂志上发表的美国物理研究所。

设计发出白光led固态照明的核心,半导体设备层的电力应用时能发光的物质。传统照明产生的光与热金属丝或发光的气体在玻璃管。

led历来是有限指标灯等主要应用在电子产品和玩具,但最近的进步让他们一样明亮的白炽灯。

发光二极管的发光成分是一种叫做氮化镓材料,用于蓝宝石衬底蓝色和绿色发光二极管的沉淀,包括交通信号灯。激光使用的材料也是高清DVD播放器。

蓝宝石衬底技术的沉淀,然而,目前太贵了普遍的家用照明使用,成本至少20倍比传统白炽灯和紧凑型荧光灯泡。

成本高的原因之一是,蓝宝石衬底led需要单独的沉淀似镜面的收集器反射光线,通常会丢失。

在新的硅基领导的研究中,普渡大学的工程师”镀金属“硅衬底与一个内置的反光层氮化锆。

“LED发光时,一些的下降和上升,我们希望的光线反弹下降所以我们不要失去它,”沙说,玛丽·乔·和罗伯特·l·柯克Birck纳米技术中心的主任在普渡的发现公园。

通常,氮化锆硅的存在是不稳定的,这意味着它发生化学反应,改变其属性。

普渡大学的研究人员解决了这个问题通过将绝缘层之间的氮化铝硅衬底氮化锆。

“这项工作的主要成就之一就是将硅衬底上的屏障防止氮化锆反应,”沙说。

直到,工程师无法产生有效的领导直接与金属硅衬底反射创建层。

普渡大学的研究小组利用一个电子工业上普遍使用的技术称为反应溅射沉积。使用这种方法,研究人员用带正电荷的离子轰击金属和铝锆真空室的氩气。氩离子使金属原子被驱逐,并与氮反应室导致沉积的氮化铝和氮化锆硅表面。氮化镓被沉积的另一个常见的技术被称为有机金属汽相外延,执行室,称为一个反应堆,约1000摄氏度的温度,或1800华氏度。

氮化锆、氮化铝、氮化镓沉积在硅,他们安排在一个硅的晶体结构匹配。

“我们称之为外延生长,或有序排列的原子在衬底之上,“金沙说。“原子前往衬底,他们移动的硅,直到他们找到正确的地点。”

这个水晶的形成使led正确地执行是至关重要的。

“一切始于硅,这是一个单晶,最后得到氮化镓的面向对通过这些中间层氮化锆硅和氮化铝,”沙说。“如果你只是载玻片上沉积氮化镓,例如,你不会得到有序的晶体结构和领导不会有效地运作。”

使用硅将使行业“扩大”的过程,或制造许多设备庞大的硅晶片,这是不可能使用蓝宝石。生产很多设备在一个晶片降低了成本,金沙说。

硅的另一个优点是,它消散热量比蓝宝石,减少加热造成的损害,这可能会提高可靠性和增加LED照明的一生,奥利弗说。

固态照明的广泛应用可以产生戏剧性的影响能源消费和碳排放与发电以来,约三分之一的电力消耗在美国从照明。

“如果你取代现有的照明与固态照明,下面一些合理估计的渗透技术基于经济学和其他因素,可以照明我们消耗的能量减少约三分之一,”沙说。”,代表了一种减少10%的电力消耗和减少类似相关的碳排放。”

白炽灯泡效率约10%,这意味着他们将10%的电能转化为光和90%热。

“它实际上比光发射器更好的加热器,”沙说。

相比之下,效率从47%到64%不等已经出现在一些白色发光二极管,但市场上的LED灯现在成本约100美元。

“当白光LED灯的成本归结为5美元,LED将广泛使用的普通照明,”沙说。“led还提高效率,所以他们将超过荧光灯。一切看起来有利于发光二极管,除了初始成本,很快一个可能解决的问题。”