Metasurfaces, mikrollü olarak yön emisyonunu ve gelişmiş verimliliği mümkün kılar

Mikrollü teknolojide önemli bir gelişme, Lumileds ve Eindhoven Teknoloji Üniversitesi arasındaki işbirliğinden ortaya çıkmıştır. Araştırma ekibi, metalik veya dielektrik metasurfaları doğrudan LED yapıya entegre ederek mikrollanmış performansı iyileştirmek için yeni bir yaklaşım gösterdi, bu da ışık yönlülüğü ve verimliliği önemli ölçüde iyileştirildi. Bu gelişme, mikro gelişimi engelleyen iki kritik sınırlamayı ele almaktadır: nispeten düşük dış kuantum verimliliği (EQE) ve karakteristik Lambertian emisyon paternleri, gerektiğinde konsantre olmak yerine her yöne ışığı dağıtıyor.

Eindhoven Teknoloji Üniversitesi'nden Jaime Gómez Rivas ve Lumileds'ten Toni López liderliğindeki araştırma ekibi, LED mimarisinin kendisi içindeki nano -yapılandırılmış metasurfaları entegre eden yeni bir yaklaşım geliştirdi. Bu metasurfalar, altıgen kafes desenlerinde düzenlenen kesin olarak düzenlenmiş alüminyum (AL) veya silikon dioksit (Sio₂) nanoparçacıklarından oluşur. Anahtar inovasyon, bu metasurfların LED'deki kuantum kuyularıyla nasıl etkileşime girdiği konusunda yatmaktadır. Aktif bölgeye zarar verebilecek ve performansı azaltabilen yarı iletken malzemenin kendisini değiştirmek yerine-araştırmacılar metasurface'yi LED'nin çoklu kuantum kuyularının (MQW'ler) üzerine yerleştirdiler. Bu konfigürasyon, metasurface'nin dizi boyunca nanoparçacıklardaki lokalize rezonansların birleştirilmesinden kaynaklanan kolektif rezonansları desteklemesine izin verir.

Araştırmacılar üç farklı tipte metasurface güçlendirilmiş mikroled türü oluşturdular: elektrolüminesansın yönlü arttırılmasını sağlamak için tasarlanmış altıgen kırınım dizisi alüminyum nanoparçacıklar; özellikle daha küçük LED cihazlar için yararlı olan çok yönlü ışık dışını geliştiren bir alt difraksiyon metasurface; ve metaldeki ohmik kayıpları önlemek için alüminyum yerine Sio₂ nanoparçacıkları kullanan altıgen kırınım dizisi.

Deneysel sonuçlar etkileyiciydi. İlk mikrollanmış tip için, cihaz ± 30 derecelik emisyon konisi içinde yaklaşık 8.6 yönlülük artışı gösterdi. Sio₂ nanopartikülleri ile üçüncü tip için, araştırmacılar referans cihaza kıyasla 21.4 entegre bir ışık ekstraksiyon verimliliği (Lee) elde ettiler.