Las metasurfaces permiten la emisión direccional y una mayor eficiencia en Microled
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Un desarrollo significativo en la tecnología microled ha surgido de una colaboración entre Lumileds y la Universidad Tecnológica de Eindhoven. El equipo de investigación ha demostrado con éxito un enfoque novedoso para mejorar el rendimiento microled al integrar las metasurfaces metálicas o dieléctricas directamente en la estructura LED, lo que resulta en una direccionalidad y eficiencia de luz dramáticamente mejoradas. Este desarrollo aborda dos limitaciones críticas que han obstaculizado el desarrollo microliado: su eficiencia cuántica externa relativamente baja (EQE) y su patrón de emisión lambertiano característico, que dispersa la luz en todas las direcciones en lugar de concentrarla donde sea necesario.
El equipo de investigación, dirigido por Jaime Gómez Rivas de la Universidad Tecnológica de Eindhoven y Toni López de Lumileds, desarrolló un enfoque novedoso que integra metasurfaces nanoestructuradas dentro de la arquitectura LED misma. Estas metasurfaces consisten en nanopartículas de aluminio (Al) o dióxido de silicio (SIO₂) con precisión organizadas en patrones de red hexagonales. La innovación clave radica en cómo estas metasurfaces interactúan con los pozos cuánticos en el LED. En lugar de modificar el material semiconductor en sí, que puede dañar la región activa y reducir el rendimiento, los investigadores colocaron la metasuperficie por encima de los múltiples pozos cuánticos (MQWS) del LED. Esta configuración permite que la metasureza admite resonancias colectivas que resultan del acoplamiento de resonancias localizadas en nanopartículas en toda la matriz.
Los investigadores crearon tres tipos diferentes de microleds mejorados por la metasuperficie: una matriz de difracción hexagonal de nanopartículas de aluminio diseñadas para lograr una mejora direccional de la electroluminiscencia; una metasuperficie de sub-diffracción que mejora el excopilación de la luz omnidireccional, particularmente útil para dispositivos LED más pequeños; y una matriz de difracción hexagonal que usa nanopartículas de SIO₂ en lugar de aluminio para evitar pérdidas óhmicas en el metal.
Los resultados experimentales fueron impresionantes. Para el primer tipo microled, el dispositivo mostró una mejora de direccionalidad de aproximadamente 8.6 dentro del cono de emisión de ± 30 grados. Para el tercer tipo con las nanopartículas de SIO₂, los investigadores lograron una eficiencia de extracción de luz integrada (LEE) de 21.4 en comparación con el dispositivo de referencia.
