Metasurfaces permit emisia direcțională și eficiența sporită la microled

O dezvoltare semnificativă în tehnologia microled a ieșit dintr -o colaborare între Lumileds și Universitatea de Tehnologie Eindhoven. Echipa de cercetare a demonstrat cu succes o abordare nouă pentru îmbunătățirea performanței microled prin integrarea metasurfețelor metalice sau dielectrice direct în structura LED, ceea ce duce la o direcționalitate și eficiență a luminii îmbunătățite dramatic. Această dezvoltare abordează două limitări critice care au împiedicat dezvoltarea microlelor: eficiența lor cuantică externă relativ scăzută (EQE) și modelul lor caracteristic de emisie lambertiană, care dispersează lumina în toate direcțiile, mai degrabă decât să o concentreze acolo unde este necesar.

Echipa de cercetare, condusă de Jaime Gómez Rivas de la Universitatea de Tehnologie Eindhoven și Toni López de la Lumileds, a dezvoltat o abordare nouă care integrează metasurfețe nanostructurate în arhitectura LED în sine. Aceste metasurfacte constau din nanoparticule de aluminiu (AL) sau dioxid de siliciu (SIO₂), organizate în modele de zăbrele hexagonale. Inovația cheie constă în modul în care aceste metasurfețe interacționează cu puțurile cuantice din LED. În loc să modifice materialul semiconductor în sine-ceea ce poate deteriora regiunea activă și poate reduce performanța-cercetătorii au plasat metasurface deasupra mai multor puțuri cuantice (MQW) ale LED-ului. Această configurație permite metasurface să sprijine rezonanțele colective care rezultă din cuplarea rezonanțelor localizate în nanoparticule pe tot parcursul tabloului.

Cercetătorii au creat trei tipuri diferite de microleduri îmbunătățite cu metasurface: o serie de difracție hexagonală de nanoparticule de aluminiu concepute pentru a obține îmbunătățirea direcțională a electroluminescenței; o metasurface de sub-difracție care îmbunătățește acoperirea omnidirecțională a luminii, în special utilă pentru dispozitivele cu LED-uri mai mici; și un tablou de difracție hexagonală folosind nanoparticule sio₂ în loc de aluminiu pentru a evita pierderile ohmice din metal.

Rezultatele experimentale au fost impresionante. Pentru primul tip microled, dispozitivul a arătat o îmbunătățire a direcționalității de aproximativ 8,6 în conul de emisie de ± 30 grade. Pentru al treilea tip cu nanoparticulele SIO₂, cercetătorii au obținut o eficiență integrată de extracție a luminii (LEE) de 21.4 în comparație cu dispozitivul de referință.