Metasurfaces umožňuje smerovú emisiu a zvýšenú účinnosť v mikroled

Významný vývoj v oblasti technológie MicroLED vyšiel z spolupráce medzi Lumilds a Eindhoven University of Technology. Výskumný tím úspešne demonštroval nový prístup k zlepšeniu výkonnosti mikroled integráciou kovových alebo dielektrických metasurfaces priamo do štruktúry LED, čo vedie k dramaticky zlepšeniu smeru a účinnosti svetla. Tento vývoj sa zaoberá dvoma kritickými obmedzeniami, ktoré brzdili vývoj mikrotedu: ich relatívne nízku vonkajšiu kvantovú účinnosť (EQE) a ich charakteristický vzor Lambertiánskej emisie, ktorý rozptyľuje svetlo vo všetkých smeroch, a nie v prípade potreby ho koncentruje.

Výskumný tím vedený Jaime Gómezom Rivasom z Eindhoven University of Technology a Toni López z Lumileds vyvinul nový prístup, ktorý integruje nanoštruktúrované metasurfaces do samotnej LED architektúry. Tieto metasurfaces pozostávajú z presne usporiadaných nanočastíc oxidu hliníka (AL) alebo oxidu kremíka (SiO₂) organizovaných v šesťuholníkových mriežových vzoroch. Kľúčová inovácia spočíva v tom, ako tieto metasurfaces interagujú s kvantovými vrtvami v LED. Namiesto modifikácie samotného materiálu polovodiča, ktorý môže poškodiť aktívnu oblasť a znížiť výkonnosť-vedci umiestnili metasurface nad viacnásobné kvantové jamky (MQW) LED. Táto konfigurácia umožňuje Metasurface podporovať kolektívne rezonancie, ktoré sú výsledkom spojenia lokalizovaných rezonancií v nanočasticiach v celom poli.

Vedci vytvorili tri rôzne typy mikroledov so zvýšenou metasurčením: hexagonálne difrakčné pole nanočastíc hliníka navrhnuté na dosiahnutie smerového vylepšenia elektroluminiscencie; metasurfact sub-difracking, ktorý zvyšuje všadeprítomné zásahy do svetla, ktoré je užitočné najmä pre menšie LED zariadenia; a hexagonálne difrakčné pole s použitím nanočastíc Sio₂ namiesto hliníka, aby sa predišlo ohmickým stratám v kovu.

Experimentálne výsledky boli pôsobivé. Pre prvý typ mikroled zariadenia vykazovalo zvýšenie smerovania približne 8,6 v emisnom kužele ± 30 stupňov. V prípade tretieho typu s nanočasticiami SIO₂ vedci dosiahli integrovanú účinnosť extrakcie svetla (Lee) 21.4 v porovnaní s referenčným zariadením.