Tecnologia Científica

Camada de nanopartículas pode melhorar o desempenho e a vida útil do LED
Adicionar uma camada de nanopartículas aos designs de LED pode ajudá-los a produzir mais luz com a mesma energia e também aumentar sua vida útil.
Por Hayley Dunning - 09/08/2020


Reprodução

Isso é de acordo com uma equipe do Imperial College London e do Instituto Indiano de Tecnologia (IIT) Guwahati, que encontraram uma nova maneira de aumentar a quantidade de produção de LEDs de luz. Eles relatam sua inovação na revista Light: Science & Applications .

"Acreditamos que nossa inovação tornaria os LEDs mais brilhantes, mais eficientes em termos de energia e duráveis."

Dra. Debabrata Sikdar

Tornar as fontes de luz de diodo emissor de luz (LED) mais eficientes e duradouras significará que elas usarão menos energia, reduzindo o impacto ambiental do uso de eletricidade. Os LEDs são usados ​​em uma ampla gama de aplicações, desde semáforos e retroiluminação para telas eletrônicas, smartphones, grandes telas externas e iluminação decorativa geral, até detecção, purificação de água e descontaminação de superfícies infectadas.

A equipe modelou o impacto da colocação de uma camada bidimensional (camada única) de nanopartículas entre o chip de LED, que produz a luz, e o invólucro transparente que protege o chip. Embora o invólucro seja necessário, ele pode causar reflexos indesejados da luz emitida pelo chip de LED, o que significa que nem toda a luz escapa.

Eles descobriram que adicionar uma camada de nanopartículas finamente ajustadas poderia reduzir esses reflexos, permitindo que até 20% mais luz fosse emitida. Os reflexos também aumentam o calor dentro do dispositivo, degradando o chip de LED mais rapidamente, portanto, reduzir os reflexos também pode reduzir o calor e aumentar a vida útil dos chips de LED.

Impacto global

A coautora Dra. Debabrata Sikdar do IIT Guwahati, ex-Marie Curie-Sklodowska Fellow da Comissão Europeia no Imperial, comentou: “Embora melhorias para o invólucro tenham sido sugeridas anteriormente, a maioria torna o LED mais volumoso ou mais difícil de fabricar, diminuindo o efeito econômico da melhoria.

Desenho de uma camada de esferas dentro de uma cúpula com uma luz na parte inferior
Ilustração da camada de nanopartículas dentro do invólucro do LED
“Achamos que nossa inovação, com base na teoria fundamental e na análise de otimização detalhada e equilibrada que realizamos, pode ser introduzida nos processos de fabricação existentes com pouca interrupção ou aumento de volume.

"Acreditamos que nossa inovação tornaria os LEDs mais brilhantes, mais eficientes em termos de energia e duráveis."

O coautor, Professor Sir John Pendry , do Departamento de Física do Imperial, disse: "A simplicidade do esquema proposto e a física clara que o sustentam devem torná-lo robusto e, com sorte, facilmente adaptável ao processo de fabricação de LEDs existente.

“É óbvio que com maior eficiência de extração de luz, os LEDs proporcionarão maior economia de energia, bem como maior vida útil dos dispositivos. Isso definitivamente terá um impacto global nas aplicações versáteis baseadas em LED e em seu mercado multibilionário em todo o mundo. "

Da teoria à prática

O coautor Professor Alexei Kornyshev , do Departamento de Química do Imperial, comentou: “O efeito previsto é o resultado do desenvolvimento de uma teoria sistemática de vários efeitos fotônicos relacionados a arranjos de nanopartículas em interfaces, aplicada e experimentalmente testada no contexto de relataram janelas de espelho comutáveis, espelhos de cores ajustáveis ​​e filtros ópticos. ”

A próxima etapa da pesquisa será a fabricação de um protótipo de dispositivo LED com uma camada de nanopartículas, testando as melhores configurações previstas pela teoria - incluindo o tamanho, forma, material e espaçamento das nanopartículas, e a distância que a camada deve estar do LED lasca.

Os autores acreditam que os princípios usados ​​podem funcionar junto com outros esquemas existentes implementados para aumentar a eficiência de extração de luz dos LEDs. O mesmo esquema também pode ser aplicado a outros dispositivos ópticos onde a transmissão de luz através de interfaces é crucial, como em células solares.

 

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