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仿制萤火虫发光结构,LED发光效率提高至90%

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美国宾州州立大学(Pennsylvania State University,简称“Penn State”)的研究员发现通过仿制萤火虫的发光结构能够提高LED的发光效率。

宾州州立大学电子工程专家Stuart (Shizhuo) Yin指出,目前大多数商用LED发光效率仅约50%,如何提高所谓的LED光提取效率是研究的关键之一,他们着重于研究如何从LED中提取光线。

研究团队发现,光线在向后反射时会消失,所以萤火虫与LED在释放光线上面临相似的挑战。对于LED,其中一个解决方案就是在其表面创建微结构,使其有纹理,进而发射出更多的光线。但是,大多数LED表面的微结构是对称的,每一边的倾斜角度一样。

萤火虫的“灯笼”也有微结构,然而,研究员发现这些微结构是不对称的,其中一边倾斜的角度不同。他们还发现其它会发光的昆虫都有相似的结构。鉴于此,他们决定在LED表面尝试创建类似的不对称结构。

有不对称金字塔微结构的蓝宝石衬底(来源:Penn State)

研究员成功地在LED表面创建了不对称微观金字塔结构,以两种方式提高了光提取效率。首先,不对称的金字塔结构表面积较大,促进光与表面进行更多的交互作用,使得更少的光线被吸收。之后,当光线碰到不对称金字塔结构的两个不同的倾斜角时,光反射有更大的随机性,这意味着光线反射更多。

对称与不对称结构发光效率对比(来源:Penn State)

通过采用这种方法,LED光提取效率提高到90%。该研究团队为此项研究申请了专利,并表示,他们正在寻求与相关的制造商进行合作,共同推动这项技术的商业化。

据悉,这项研究结果已发表在《Optik》杂志上。

 

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