科學家通過複製螢火蟲的「不平衡金字塔」來提升LED的光提取效率

儘管LED比白熾燈泡更節能，但據報道大多數商業模型中它們產生的出光效率僅為50％左右。這被稱為光提取效率，研究人員通過複製螢火蟲大大提高了光提取效率。許多現有的LED具有蝕刻在其表面上的金字塔狀微結構陣列，這有助於所產生的光從該表面射出，而不是被其反射回來。螢火蟲在它們的腹部「燈籠」上也有這樣的結構，其用於相同的目的。

然而，最近賓夕法尼亞州立大學的博士生陳長江（音譯）發現，與LED上的微結構不同，昆蟲上的那些結構不對稱。他後來發現某種蟑螂的發光點也是如此。考慮到這一點，陳長江及其同事利用納米級3D列印技術在其他傳統LED的表面上創建了微觀的不對稱金字塔陣列（如下圖所示）。經測試，發現這使LED的光提取效率高達90％。

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據研究人員稱，導致LED光提取效率提升有幾個原因。首先，不對稱金字塔比對稱金字塔具有更大的表面積，允許光與表面的更大相互作用。其次，當一些光被金字塔的兩個不同角度的斜面反射回來時，這些反射具有更隨機的性質 - 這會使光線反射更多。

科學家們現在正在尋求與製造商合作，將微結構應用過程商業化，他們說這可以很容易地添加到現有的LED生產設施中。

由Stuart Yin教授監督的這項研究論文最近發表在《Optik》雜誌上。

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