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仿制螢火蟲發光結構,LED發光效率提高至90%

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美國賓州州立大學(Pennsylvania State University,簡稱“Penn State”)的研究員發現通過仿制螢火蟲的發光結構能夠提高LED的發光效率。

賓州州立大學電子工程專家Stuart (Shizhuo) Yin指出,目前大多數商用LED發光效率僅約50%,如何提高所謂的LED光提取效率是研究的關鍵之一,他們著重于研究如何從LED中提取光線。

研究團隊發現,光線在向后反射時會消失,所以螢火蟲與LED在釋放光線上面臨相似的挑戰。對于LED,其中一個解決方案就是在其表面創建微結構,使其有紋理,進而發射出更多的光線。但是,大多數LED表面的微結構是對稱的,每一邊的傾斜角度一樣。

螢火蟲的“燈籠”也有微結構,然而,研究員發現這些微結構是不對稱的,其中一邊傾斜的角度不同。他們還發現其它會發光的昆蟲都有相似的結構。鑒于此,他們決定在LED表面嘗試創建類似的不對稱結構。

有不對稱金字塔微結構的藍寶石襯底(來源:Penn State)

研究員成功地在LED表面創建了不對稱微觀金字塔結構,以兩種方式提高了光提取效率。首先,不對稱的金字塔結構表面積較大,促進光與表面進行更多的交互作用,使得更少的光線被吸收。之后,當光線碰到不對稱金字塔結構的兩個不同的傾斜角時,光反射有更大的隨機性,這意味著光線反射更多。

對稱與不對稱結構發光效率對比(來源:Penn State)

通過采用這種方法,LED光提取效率提高到90%。該研究團隊為此項研究申請了專利,并表示,他們正在尋求與相關的制造商進行合作,共同推動這項技術的商業化。

據悉,這項研究結果已發表在《Optik》雜志上。

 

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