As metasurfaces permitem emissão direcional e eficiência aprimorada em microled

Um desenvolvimento significativo na tecnologia microled saiu de uma colaboração entre Lumileds e a Universidade de Tecnologia de Eindhoven. A equipe de pesquisa demonstrou com sucesso uma nova abordagem para melhorar o desempenho microled, integrando as metasurfaces metálicos ou dielétricos diretamente na estrutura do LED, resultando em uma direcionalidade e eficiência de luz dramaticamente melhoradas. Esse desenvolvimento aborda duas limitações críticas que dificultaram o desenvolvimento microled: sua eficiência quântica externa relativamente baixa (EQE) e seu padrão de emissão lambertiana característica, que dispersa luz em todas as direções, em vez de concentrá -lo quando necessário.

A equipe de pesquisa, liderada por Jaime Gómez Rivas da Universidade de Tecnologia de Eindhoven e Toni López de Lumileds, desenvolveu uma nova abordagem que integra as metasurfaces de nanoestruturadas na própria arquitetura LED. Essas metassurfaces consistem em nanopartículas de alumínio (AL) ou dióxido de silício (SiO₂) organizadas (AL) organizadas em padrões de treliça hexagonal. A inovação principal reside na maneira como essas metasurfaces interagem com os poços quânticos no LED. Em vez de modificar o próprio material do semicondutor--que pode danificar a região ativa e reduzir o desempenho, os pesquisadores colocaram a metassuperfície acima dos múltiplos poços quânticos (MQWs) do LED. Essa configuração permite que a metassuperfície suporta ressonâncias coletivas que resultam de ressonâncias localizadas em nanopartículas durante toda a matriz.

Os pesquisadores criaram três tipos diferentes de microledes aprimorados por metassurface: uma matriz de difração hexagonal de nanopartículas de alumínio projetadas para obter aprimoramento direcional da eletroluminescência; uma metassurfra de sub-diferença que aprimora o desacoplamento de luz omnidirecional, particularmente útil para dispositivos LED menores; e uma matriz de difração hexagonal usando nanopartículas SiO₂ em vez de alumínio para evitar perdas ôhmicas no metal.

Os resultados experimentais foram impressionantes. Para o primeiro tipo microled, o dispositivo mostrou um aumento de direcionalidade de aproximadamente 8,6 dentro do cone de emissão de ± 30 graus. Para o terceiro tipo com as nanopartículas SiO₂, os pesquisadores alcançaram uma eficiência integrada de extração de luz (LEE) de 21.4 em comparação com o dispositivo de referência.