中国科学院 中间的示意图(不按比例)描绘了一个带有等离子体“元网格”的发光二极管
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贵金属)纳米粒子，其比发射光的波长小得多
在距发光二极管芯片环氧树脂外壳内的发光二极管芯片/密封剂界面的适当高度处，放置一个具有优化的尺寸、形状和颗粒间间隔的专门设计的“元网格”，除了增加器件寿命之外，还能产生更大的光输出
外围的图标展示了不同的可能应用场景，举几个例子，由发明的纳米粒子“元网格”设计增强的发光二极管
彭德里和阿列克谢·阿
科尔尼舍夫 据发明纳米粒子的科学家称，将新设计的纳米粒子“元网格”引入发光二极管的环氧树脂外壳，除了延长寿命之外，还大大提高了发光二极管的光输出
“元网格”是一种特殊设计的、优化的二维金属纳米粒子阵列，需要放置在发光二极管环氧树脂外壳内的特定位置
发光二极管在现代世界中被广泛使用
从交通灯到电子显示器、智能手机、大型户外屏幕和一般装饰灯的背光照明，再到传感、水净化和受感染表面的去污——发光二极管无处不在！增加发光二极管的光输出将减少能源需求，有助于遏制全球变暖和气候变化
多年来，为给定输入产生更大光输出的任务是发光二极管的核心
这一方向的主流研究是探索用于发光二极管芯片封装的新材料，主要是通过使用更高折射率的玻璃或纳米粒子负载的环氧树脂或与填料粉末或工程环氧树脂结合的环氧材料，仅举几例
然而，随着这些技术，或者发光二极管芯片变得更大，或者它们的制造变得更困难，并且对于大规模生产来说不太经济
在《光科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，一组科学家
印度理工学院电子和电气工程系的德布拉塔·西克达尔教授
约翰爵士
彭德里和教授
伦敦帝国理工学院的阿列克谢·科尔尼舍夫报道了一种改进发光二极管光提取的替代方法
它提出通过在固定的光子逃逸锥内降低芯片/密封剂界面处的菲涅耳反射损耗来增加发光二极管芯片内部产生的光穿过发光二极管芯片/密封剂界面的透射，同时规定对制造工艺的最小改变
光传输的增强是基于从芯片/环氧树脂界面反射的光和由“元网格”反射的光之间的相消干涉
“减少芯片/环氧树脂界面的反射还可以通过消除芯片内部不必要的反射对芯片的加热来延长发光二极管芯片的寿命
这些科学家总结了他们的“元网格”发光二极管光增强方案的工作原理和优点如下: “通过在发光二极管芯片的顶部引入单层等离子体纳米粒子(比发射光的波长小得多)，提高发光二极管芯片/密封剂界面上的透射率，可以显著提高发光二极管的光提取率，这可以通过源于法布里-珀罗效应的增强透射率来降低芯片/密封剂界面上的菲涅耳反射损耗
类似的效果也适用于增强太阳能电池中的光捕获，”他们说
“我们的方案可以单独使用，也可以与其他方案结合使用，通过降低临界角损耗来提高发光二极管的效率
本发明所需的整个原始理论框架已经在内部开发，并针对标准商业模拟工具进行了严格测试
我们计划在一年内制造一个原型装置，并用实验证实我们的理论预测
”“我们的理论模型允许确定纳米粒子‘元网格’层的结构和性质的最佳条件，即
纳米粒子的材料和成分、它们的尺寸和平均粒子间距，以及离发光二极管芯片表面的距离——这可以在发光二极管的任何发射光谱范围内，最大限度地提高从发光二极管芯片到封装外壳的光提取，”他们补充说
德巴拉塔·西克达尔进一步评论道:“随着纳米制造技术的不断进步，制造大部分都是单分散且分布非常窄的纳米粒子变得越来越不困难
然而，由于不可避免的制造误差或材料缺陷，颗粒尺寸和/或位置、网格的平坦度以及折射率的变化总是存在一些随机性
从我们的耐受性研究中可以粗略地估计出这些误差中的大部分的影响，并且已经显示出增强光提取机制的稳健性
”“发光二极管芯片中的元网格可能有不同的工程解决方案
其中之一是使用干燥介导的纳米粒子自组装
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由银或其他损耗较小的等离子体材料制成，用适当的配体覆盖，形成独立的Sikdar-premarathne-Cheng“等离子体”片
这些纳米粒子单层片可以制成可拉伸的，用于精确调整粒子间的间隔，并且可以在制造封装外壳之前压印在发光二极管芯片上
“元栅格离发光二极管芯片表面的距离可以通过等离子体衬底的厚度来控制，”阿列克谢·科尔尼舍夫进一步补充道
作者声称，“在本发明中，我们已经证明了基于第三-第五组材料的标准商用发光二极管的‘元网格’的效果
但是所提出的增强从发射层到其封装外壳的光传输的概念可以扩展到包含发射层/封装界面的其他类型的光发射器件
一般来说，我们使用纳米粒子“元网格”来增强光提取的想法可能会迎合更广泛的光学设备，而不仅仅是半导体发光二极管
" 「建议方案的简单性及其背后清晰的物理基础，应使其坚固耐用，并有望容易适应现有的发光二极管制造工艺
显而易见，随着更大的光提取效率，发光二极管将提供更大的节能以及更长的设备寿命
这肯定会对基于多用途发光二极管的应用及其数十亿美元的全球市场产生全球性影响
彭德里预测
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