Исследователи улучшают эффективность светодиодов благодаря вдохновению от светлячков

Повышение светоотдачи светодиодов было областью исследований для многих ученых. Стюарт (Шичжуо) Инь, профессор электротехники в штате Пенсильвания, отметил: «Общая коммерческая эффективность светодиодов в настоящее время составляет всего около 50 процентов. Одна из основных проблем заключается в том, как повысить так называемую эффективность извлечения света из светодиодов. Наши исследования фокусируется на том, как получить свет от светодиода. ”

Исследовательская группа заметила, что светлячки и светодиоды сталкиваются с аналогичными проблемами при выпуске света, который они производят, потому что свет может потеряться при отражении назад. Одним из решений для светодиодов является текстурирование поверхности с помощью микроструктур – микроскопических проекций – которые позволяют большему количеству света уходить. В большинстве светодиодов эти проекции симметричны, с одинаковыми уклонами с каждой стороны.

У фонарей светлячков также есть эти микроструктуры, но исследователи обнаружили, что микроструктуры на фонарях светлячков были асимметричными с одной стороной, наклоненной под разными углами. Команда заметила, что другие светящиеся насекомые имеют похожие структуры, и решила попробовать подход с асимметричной структурой со светодиодами.

Исследователи успешно применили асимметричную микроструктуру и увеличили извлечение света двумя различными способами. Во-первых, большая площадь поверхности асимметричных пирамид обеспечивает большее взаимодействие света с поверхностью, так что меньше света задерживается. Во-вторых, когда свет попадает на два разных наклона асимметричных пирамид, возникает больший эффект рандомизации отражений, и свету дается второй шанс убежать.

(Сравнение симметричной и асимметричной структуры; изображение: Penn State)

С помощью этого метода команда смогла повысить эффективность извлечения света до 90 процентов и подала патент на исследование. Исследователи заявили, что они ищут сотрудничества с соответствующими производителями для коммерциализации технологии.