Direkte nanoskala mønstre af LED -overflader giver nye muligheder for styring af lys

Nanoskala mønstre designet til at bøje, afbøjning og delt lys kan nu fremstilles direkte på lysemitterende diodeoverflader (LED) ved hjælp af en innovativ ætsemetode udviklet af A*STAR-forskere. Den nye fabrikationsordning skaber nye muligheder for let styring af lysoutput.

De seneste fremskridt inden for LED-belysning har ændret dagligdagen og den nyeste teknologi-fra effektiv rumbelysning, til baggrundsbelysning til tv og mobilenhed, og de små optiske kredsløb, der driver globale fiberoptiske netværk.

Den lysemitterende komponent i LED'er er en overraskende enkel struktur, typisk et tyndt lag af et dielektrisk materiale, såsom galliumnitrid (GaN) på et krystallinsk safirsubstrat. Denne struktur betyder, at lyset fra LED'er er ineffektivt spredt i alle retninger, herunder tilbage i substratet, hvorpå det lysemitterende lag er fastgjort. Så, mens forskere har gjort enorme fremskridt inden for lysemitterende effektivitet, der er stadig plads til forbedringer.

Egor Khaidarov og kolleger fra A*STAR's Data Storage Institute og Nanyang Technological University har nu fundet en måde at mønstre GaN med nanoskala funktioner, der kan styre lysets adfærd.

"Vi har demonstreret, at metasurfaces-overflader mønstret med funktioner, der typisk er mindre end bølgelængden for udsendt lys-kan fremstilles direkte på en standard GaN-on-safir platform, "siger Khaidarov." Vigtigst af alt, vi har vist, at med godt design, det er muligt at oprette metasurfaces uden behov for et ekstra lag, og samtidig opretholde et højt emissionseffektivitet. "

Metasurface modifikationer af lysdioder har tidligere været forsøgt. Disse omfattede mønster af et ekstra lag med et meget andet brydningsindeks end det underliggende GaN-on-safir-substrat for at holde lyset i metasurface-laget og forbedre lys-stof-interaktionerne. Problemet med at mønstre GaN direkte - en stor fordel ved fremstilling - er en svaghed i interaktioner på grund af manglen på brydningsindekskontrast.

"For at overvinde dette vi arbejdede med meget dybe strukturer med et stort billedformat, effektivt arrays af nanopiller, at reducere substratets indflydelse på metasurfaceens optiske tilstande, "forklarer Khaidarov (se billede).

Det resulterende design, imidlertid, udgjorde en stor udfordring for fremstilling, kræver, at teamet udvikler en præcis nanofabrikationsprocedure, der involverer elektronstråle -litografi og hurtig, reaktion ved høj temperatur reaktiv ion.

"Med vores designkoncept har vi, i princippet, fuld kontrol over lysets outputegenskaber, hvilket giver os mulighed for at fremstille mere komplekse optiske komponenter såsom linser, hvirvelstrålegeneratorer, polarimetre og hologrammer, «siger Khaidarov.