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科学家通过将纳米粒子引入LED内,将节省能源并

我们天天经常都在和LED打交道。LED,又称为发光二极管,是一种广泛利用于如电子显示器、交通唆使灯、照明、到水净化和去污的利用中等的能发光的半导体电子元件

然则,范例的半导体LED是由透明的绝缘体封装,从而限定了光提取的效率。现在,科学家们开拓了一种新的技巧用于增强从发光器件提取光的纳米粒子超滤栅,从而进一步改良设备的光输出,从而节省能源并延长LED寿命。该最新钻研成果论文颁发在近来的《自然》杂志的“光:科学与利用”专刊上。

由伦敦帝国理工学院和印度技巧学院的化学、电子和物理科学家组成的钻研团队的钻研职员,经由过程将定制的等离激元纳米粒子层引入发光二极管(LED)的环氧树脂外壳中,以改良设备的光输出,从而节省能源并延长LED寿命。

他们展示了一个包括二维的纳米颗粒的称为“元网格”(meta-grid),用于透镜状环氧树脂包装。经由过程谋略机模拟测试了他们的理论,并展示了改良基于纳米粒子超网格的LED的光提取的能力。可以定制替代措施以得当特定的发光颜色,论文提出了一些其他规划,以将该策略实施到现有的LED制造技巧中。

如上图所示传统的和改进后的LED发光二极管器件的示意图。(a)。 传统的LED的截面图(包括其电触点),此中环氧树脂透镜/外壳封装了半导体LED芯片。只要入射角小于临界角θc,从p–n结发出的光就进入环氧透镜。(b)。 新设计的侧视图。(c)。 新设计的3D视图,用于使用嵌入LED芯片外面高度h处的环氧树脂材猜中的纳米颗粒(NP)的2D阵列(“元网格”)来增强光提取。(d)。 四层客栈理论模型,用于阐发经由过程所提出系统的光传输,此中NP阵列由厚度为d的有效膜表示,其性子是从有效介质理论推导出来的。如图所示为透射光谱描述了NP元网格不合物理参数的影响。从理论模型谋略出的透射光谱描述了银纳米球六边形阵列的不合物理参数的影响。

在这项事情中,钻研职员指出,只必要经由过程最小的制造工艺变动,以经由过程应用固定的光子逸出锥来增添全部装配的光传输,从而削减芯片/密封剂界面处的菲涅耳损耗。为此,他们将单波长的亚波长金属纳米颗粒(NPs)作为“元网格”,放置在该芯片平日的封装包装内的老例LED芯片之上。因为从芯片/环氧树脂界面反射的光与由NP元网格反射的光之间的相消过问,导致了LED光传输的增强。经由过程削减芯片/环氧树脂界面的反射,它们增添了LED芯片的寿命,并最大年夜限度地削减了废热。

为了演示纳米粒子帮助的增强传输,他们应用银纳米球作为强等离子体共振器,接受损耗最小。该团队钻研了NP半径,自底向上组装成二维六边形阵列时纳米球形成的粒子间间隙以及纳米粒子(NP)高度的影响的感化。为了谋略透光率,钻研职员应用分手放置在芯片和封装介质内部的发光器和检测器。NP阵列的不合聚拢在不合光谱窗口之间的光传输方面供给了最大年夜的增强,是以可以相对付其发光光谱范围针对每个LED优化“元网格”。如图所示获取最佳传输参数及其对入射角的依附性。

然后,团队应用优化的元网格布局在特定光谱范围内最大年夜化透射率。科学家察看到该设置增强了光传输,并将结果归因于芯片/密封剂界面与NP元网格之间的法布里-珀罗(Fabry-Perot)效应,透射率下降,也称为消光峰,取决于高度、间隙和元网格NP的其他参数,并阐清楚明了设备的基础物理道理。结果,科学家们经由过程改变纳米粒子超网格的间隙和高度以及组成银纳米粒子的半径,影响了LED发射时代的透射率下降或消光峰。

此外,因为基于法布里-珀罗效应的透射增强,从芯片/密封剂界面反射的光显着滋扰了NP阵列反射的光,从而有效地削减了来自设置的反射并前进了透射率。芯片/密封剂界面和NP元网格充当两个反射外面,以在它们之间形成空腔。该团队将元网格放置在离芯片/密封剂界面近来的高度,以优化其位置并限定任何辐射透露。他们还展示了小NP对非偏振光若何体现出更好的角度匀称透射率。

科学家在存在优化的元网格的环境下得到了增强的透射,这比在相同波长范围内不应用NP时得到的透射要大年夜得多。系统的最大年夜透射率对制造历程中的任何缺陷都很敏感。他们正确地调剂和调剂了LED芯片上纳米颗粒的元网格,以实现最佳机能。所得的NP元网格使从发射层到密封层的透光率前进了96%。

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