Los investigadores de la Universidad de California en Santa Bárbara continúan empujando los límites del diseño de LED un poco más con un nuevo método que podría allanar el camino hacia una tecnología de iluminación y pantalla LED más eficiente y versátil.
en un artículo publicado en Fotónica de la naturaleza , el profesor de ingeniería eléctrica e informática de UCSB Jonathan Schuller y sus colaboradores describen este nuevo enfoque, que podría permitir que una amplia variedad de dispositivos LED, desde auriculares de realidad virtual hasta iluminación de automóviles, se vuelvan más sofisticados y elegantes al mismo tiempo.
"Lo que mostramos es un nuevo tipo de arquitectura fotónica que no solo te permite extraer más fotones, sino también dirigirlos a donde quieras", dijo Schuller. Este rendimiento mejorado, explicó, se logra sin los componentes externos del empaqueque a menudo se usan para manipular la luz emitida por los LED.
La luz en los LED se genera en el material semiconductor cuando los electrones excitados, cargados negativamente, que viajan a lo largo de la red cristalina del semiconductor se encuentran con agujeros cargados positivamente ausencia de electrones y pasan a un estado de energía más bajo, liberando un fotón en el camino.En el transcurso de sus mediciones, los investigadores descubrieron que se estaba generando una cantidad significativa de estos fotones pero que no estaban saliendo del LED.
"Nos dimos cuenta de que si observabas la distribución angular del fotón emitido antes del patrón, tendía a alcanzar un pico en una determinada dirección que normalmente quedaría atrapada dentro de la estructura del LED", dijo Schuller. "Y entonces nos dimos cuenta de que podíasdiseñe alrededor de esa luz normalmente atrapada utilizando los conceptos tradicionales de metasurface "
El diseño en el que se establecieron consiste en una matriz de nanorods de nitruro de galio GaN de 1,45 micrómetros de largo sobre un sustrato de zafiro, en el que se incrustan pozos cuánticos de nitruro de galio indio para confinar electrones y agujeros y, por lo tanto, emitir luz.para permitir que más luz salga de la estructura de semiconductores, el proceso polariza la luz, lo que, según el coautor principal, Prasad Iyer, "es fundamental para muchas aplicaciones".
Antenas a nanoescala
La idea para el proyecto llegó a Iyer hace un par de años cuando estaba completando su doctorado en el laboratorio de Schuller, donde la investigación se enfoca en la tecnología fotónica y los fenómenos ópticos a escalas de sublongitud de onda. Metasuperficies - superficies diseñadas con características de nanoescala que interactúancon luz - fueron el foco de su investigación.
"Una meta-superficie es esencialmente un conjunto de antenas de longitud de sub-onda", dijo Iyer, quien previamente estaba investigando cómo dirigir los rayos láser con meta-superficies. Entendió que las metas-superficies típicas dependen de las propiedades altamente direccionales del rayo láser entrante para producir un haz altamente dirigidohaz saliente.
los LED, por otro lado, emiten luz espontánea, a diferencia de la luz coherente estimulada por láser.
"La emisión espontánea muestrea todas las formas posibles en que se permite que el fotón se vaya", explicó Schuller, por lo que la luz aparece como un rocío de fotones que viajan en todas las direcciones posibles. La pregunta era si podían, a través del cuidadoso diseño a nanoescala y la fabricación delsuperficie semiconductora, ¿reúne los fotones generados en la dirección deseada?
"La gente ha hecho patrones de LED anteriormente", dijo Iyer, pero esos esfuerzos invariablemente lo dividieron en múltiples direcciones, con baja eficiencia. "Nadie había diseñado una forma de controlar la emisión de luz de un LED en una sola dirección".
Lugar correcto, tiempo correcto
Fue un rompecabezas que no habría encontrado una solución, dijo Iyer, sin la ayuda de un equipo de colaboradores expertos. GaN es excepcionalmente difícil de trabajar y requiere procesos especializados para hacer cristales de alta calidad. Solo unos pocos lugares enel mundo tiene la experiencia para fabricar el material en un diseño tan exigente.
Afortunadamente, UC Santa Bárbara, sede del Centro de Electrónica de Energía y Iluminación de Estado Sólido SSLEEC, es uno de esos lugares. Con la experiencia en SSLEEC y las instalaciones de nanofabricación de clase mundial del campus, los investigadores diseñaron y modelaron la superficie del semiconductorpara adaptar el concepto de metasuperficie a la emisión espontánea de luz.
"Fuimos muy afortunados de colaborar con los expertos mundiales para hacer estas cosas", dijo Schuller.
La investigación sobre este proyecto también fue realizada por Ryan A. DeCrescent co-autor principal, Yahya Mohtashami, Guillaume Lhereux, Nikita Butakov, Abdullah Alhassan, Claude Weisbuch, Shuji Nakamura y Steven P. DenBaars, todos de UCSB.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Santa Bárbara . Original escrito por Sonia Fernández. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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