LED più luminosi con nanoparticelle 2D

LED più luminosi grazie ad uno strato di nanoparticelle bidimensionali: un progetto realizzato dai ricercatori dell’Imperial College di Londra. I LED realizzati con le nanoparticelle durano di più e non aumentano il dispendio energetico.

Per realizzarli, i ricercatori si sono avvalsi della collaborazione dell’Istituto di Tecnologia Indiano Guwahati (IIT) ed il risultato è stata l’ottimizzazione del consumo di energia ed una maggiore emissione di luce.

Sulla rivista scientifica Light Science & Applications, è spiegata la modalità di progettazione che ha richiesto molta precisione in quanto le nanoparticelle bidimensionali 2D d’argento, hanno lo spessore di un singolo atomo.

LED convenzionali e limitazioni

I diodi a emissione di luce (LED) sono molto difussi, dai semafori ai display elettronici e persino nei sistemi di purificazione e decontaminazione dell’acqua.

Poiché i tipici LED semiconduttori sono incapsulati da un isolante trasparente che limita l’efficienza dell’estrazione della luce, i ricercatori hanno tentato di migliorare i LED per ricavare una maggiore emissione luminosa. Il problema che si riscontra è che il materiale stesso che incapsula il chip, può essere un fattore limitante insieme alla “perdita di Fresnel“; cioè quando una quantità significativa della luce incidente viene riflessa dall’interfaccia nel chip.

Infatti, sebbene l’involucro isolante sia necessario, può causare riflessi indesiderati della luce emessa dal chip LED, il che significa che non tutta la luce fuoriesce.

LED più luminosi e durevoli con le nanoparticelle

Debabrata Sikdar e il team di scienziati hanno posizionato una meta-griglia di nanoparticelle plasmoniche (NP), di dimensioni inferiori alla lunghezza d’onda, tra i LED e l’involucro trasparente di protezione. In questo modo la luce emessa resta all’interno dell’involucro e non disperde la luminosità dei LED.

Lo strato di nanoparticelle ha fatto guadagnare fino al 20% in più di emissione di luce ed ha aumentato la durata dei LED, grazie alla riduzione di riflessi e di calore all’interno dell’involucro.

Questo è spiegato dal fatto che i riflessi aumentano anche il calore all’interno del dispositivo, degradando più velocemente il chip LED: quindi, ridurre i riflessi è un modo per ridurre il calore ed aumentare la durata dei chip LED.

Questo risultato è differente rispetto ad altri ottenuti in passato perché più efficiente e si può facilmente introdurre nei processi di produzione dei LED attuali.

Come spiega la co-autrice Debabrata Sikdar: “Riteniamo che la nostra innovazione, basata sulla teoria fondamentale e sull’analisi di ottimizzazione dettagliata ed equilibrata che abbiamo eseguito, possa essere introdotta nei processi di produzione esistenti con poca interruzione o massa aggiuntiva.” – Ed aggiunge: “[…] la nostra innovazione renderebbe i LED più luminosi, più efficienti dal punto di vista energetico e durevoli”.

Adottando questa soluzione si avrebbe un effetto a livello globale sul risparmio energetico, sull’efficienza e la qualità. Questo tipo di LED con le nanoparticelle 2D potrebbe essere utilizzato anche in dispositivi ottici come le celle solari.

(Rif.ti bibliografici: 
- Nanoparticle Meta-Grid for enhanced light extraction from light-emitting devices 
- Layer of nanoparticles could improve LED performance and lifetime)

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