Volkmar Dierolf en een internationaal team demonstreren de mogelijkheid om de kleur van een GaN-led af te stemmen door de tijdsvolgorde te wijzigen waarop de bedrijfsstroom aan het apparaat wordt geleverd.

Een nieuwe techniek:het resultaat van een internationale samenwerking van wetenschappers van de Lehigh University, Universiteit van West Chester, Osaka University en de Universiteit van Amsterdam kunnen de weg vrijmaken voor monolithische integratie voor eenvoudige kleurafstemming van een gloeilamp, volgens Volkmar Dierolf, Distinguished Professor en voorzitter van Lehigh's Department of Physics, die aan het project hebben gewerkt.

"Dit werk zou het mogelijk kunnen maken om af te stemmen tussen helder wit en meer comfortabele warmere kleuren in commerciële LED's, ’ zegt Dierol.

Het team demonstreerde de mogelijkheid om op galliumnitride (GaN) gebaseerde GaN-LED's op kleur af te stemmen door simpelweg de tijdsvolgorde te wijzigen waarop de bedrijfsstroom aan het apparaat wordt geleverd. Light-emitting diodes of LED's zijn halfgeleiderapparaten die licht uitstralen wanneer er een elektrische stroom doorheen wordt geleid. Opmerkelijk, de techniek is compatibel met de huidige LED's die de kern vormen van commerciële solid-state LED-verlichting.

Het werk wordt beschreven in een artikel dat online is gepubliceerd in ACS Fotonica genaamd "Color-Tunablility in GaN-LED's op basis van manipulatie van atoomemissie onder stroominjectie." De hoofdauteur, Brandon Mitchel, is een voormalig afgestudeerde student in het laboratorium van Dierolf en nu een assistent-professor bij de afdeling Natuurkunde en Engineering aan de West Chester University in Pennsylvania.

In de huidige actieve LED-displays, verschillende kleuren worden geproduceerd door drie tot vier individuele LED's die dicht bij elkaar zijn geplaatst en de verschillende basiskleuren creëren die nodig zijn om het volledige kleurenspectrum te produceren.

"We laten zien dat dit kan worden bereikt door een enkele LED, " zegt Dierolf. "We laten zien dat het mogelijk is om rood te krijgen, groene en blauwe emissies afkomstig van slechts één GaN LED-structuur die doping gebruikt met een enkel type zeldzame-aardionen, Europium (Eu). Met behulp van opzettelijke co-doping en energieoverdrachttechniek, we laten zien dat alle drie de primaire kleuren kunnen uitzenden als gevolg van emissie afkomstig van twee verschillende aangeslagen toestanden van dezelfde Eu ₃ ⁺ ion (~ 620 nm en ~ 545 nm) gemengd met bijna-bandrandemissie van GaN gecentreerd op ~ 430 nm. De intensiteitsverhoudingen van deze overgangen kunnen worden geregeld door de huidige injectieomstandigheden te kiezen, zoals injectiestroomdichtheid en werkcyclus onder gepulseerde stroominjectie."

Met andere woorden, het team bereikte kleurafstembaarheid in een enkele op GaN gebaseerde LED door de emissie-eigenschappen van een atomaire doteringsstof te manipuleren.

Mitchell wees erop dat "het hoofdidee van dit werk - de gelijktijdige actieve exploitatie van meerdere aangeslagen toestanden van hetzelfde doteringsmiddel - niet beperkt is tot het GaN:Eu-systeem, maar is algemener. De gepresenteerde resultaten kunnen een heel nieuw veld openen van afstembare emissie van kleuren uit een enkele doteringsstof in halfgeleiders, die kan worden bereikt door eenvoudige afstemming van de injectiestroom."

Volgens Dierolf, dit onderzoek kan gunstig zijn voor diegenen die op zoek zijn naar comfortabeler "warmer" wit licht van LED's.

"Het zou de weg kunnen effenen voor monolithische integratie voor eenvoudige kleurafstemming van een gloeilamp, " voegt Dierolf toe. "Het zou ook gunstig zijn voor micro-LED-displays, omdat het een hogere dichtheid van pixels mogelijk maakt."

De materialen die in eerder onderzoek naar kleurafstembare LED's werden gebruikt, lieten geen gemakkelijke integratie met de huidige LED-technologie toe, hij voegt toe. Dit werk is compatibel met de huidige op GaN gebaseerde LED's die de kern vormen van commerciële solid-state LED-verlichting.