模仿螢火蟲發光結構,LED 發光效率提高至 90%

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 04 日 7:45 | 分類 光電科技 , 自然科學 follow us in feedly

美國賓州州立大學(Pennsylvania State University,簡稱「Penn State」)的研究員發現,仿製螢火蟲的發光結構能提高 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 LED 光提取效率是研究關鍵之一,他們著重於研究如何從 LED 提取光線。

研究團隊發現,光線在向後反射時會消失,所以螢火蟲與 LED 在釋放光線面臨相似的挑戰。對於 LED,其中一個解決方案就是在表面創建微結構,使之有紋理,進而發射出更多光線。但大多數 LED 表面的微結構是對稱的,每邊的傾斜角度一樣。

螢火蟲的「燈籠」也有微結構,然而,研究員發現這些微結構不對稱,其中一邊傾斜的角度不同。他們還發現其他會發光的昆蟲都有相似結構。有鑑於此,他們決定在 LED 表面嘗試創建類似的不對稱結構。

▲ 不對稱微觀金字塔結構的藍寶石襯底。(Source:Penn State

研究員成功在 LED 表面創建了不對稱微觀金字塔結構,以兩種方式提高光提取效率。首先,不對稱的金字塔結構表面積較大,促進光與表面更多交互作用,使更少光線被吸收。之後,當光線碰到不對稱金字塔結構的兩個不同傾斜角時,光反射具更大隨機性,這意味著光線反射更多。

▲ 對稱與不對稱結構發光效率對比。(Source:Penn State

透過採用這種方法,LED 光提取效率提高到 90%。團隊為此項研究申請了專利,並表示,他們正在尋求與相關製造商合作,共同推動這項技術商業化。

研究結果已發表在《Optik》雜誌。

(本文由 LEDinside 授權轉載;首圖來源:NEUROtiker [CC BY-SA 3.0], via Wikimedia Commons