Postavljanje LED osvetljenja je dramatično povećano tokom poslednjih nekoliko godina zbog njihove dugotrajnosti i niske potrošnje. Međutim, uprkos što se njihov izlaz svetlosti stalno povećavao tokom vremena, oni i dalje zaostaju za više konvencionalnim tipovima osvetljenja u pogledu osvetljenosti. Istraživači sa Univerziteta Prinston tvrde da su pronašli način da to promene korišćenjem nanotehnologije koja povećava efikasnost organskih LED uređaja za čitavih 57 odsto.
Veći deo ovog ostvarenog povećanja je postignut korišćenjem nove metode na koji način LED emituje svetlost, a koju su osmislili naučnici. Trenutni dizajn komercijalnog LED osvetljenja zapravo smanjuje količinu svetlosti koja se prenosi zato što svetlost nije kanalisana odakle je generisana na poluprovodničkoj raskrsnici, već fokusirana rudimentarnim objektivom medijuma epoksidne smole u kojem je poluprovodnik sadržan. Iako je LED poznat po svojoj efikasnosti, kao rezultat toga, samo deo svetlosti koja je generisana unutar LED-a zapravo uspe da ode van objektiva.
„Zbog istog razloga osvetljenje postavljeno unutar bazena izgleda zamagljeno kada se gleda spolja - zato što voda zarobi svetlost“, kaže profesor Stiven Čou sa Univerziteta u Prinstonu. „Čvrsta struktura LED-a zarobljava mnogo više svetlosti nego voda u bazenu.“
LED je veoma efikasan način proizvodnje vidljive svetlosti, mnogo više nego inkandescentne sijalice koje zapravo proizvode više toplote nego svetlosti. Neorganski poluprovodni LED je u stvari samo specijalizovani tip poluprovodne diode napravljene od različitih mešavina metala (najčešće kombinacijom dominira galijum arsenid i, u manjoj meri, silicijum karbid).
Jednostavno rečeno, kada dioda ima energiju koja je primenjena u pravom („ka napred“) pravcu, to izaziva rekombinaciju elektrona sa rupama kako bi se oslobodila dovoljna količina energije za proizvodnju fotona koji emituju svetlost.
Slično tome, organski poluprovodljivi LED (poznatiji kao OLED - tehnologija osvetljenja koja se nalazi u fleksibilnim ekranima televizora) se pravi postavljanjem niza organskih tankih filmova između dva provodnika. Energija primenjena na sličan način kao sa neorganskim LED-om stvara donekle sličnu rekombinaciju rupa/elektrona, iako se ubrizgani pozitivni i negativni naboji rekombinuju u emisioni sloj koji proizvodi svetlost.
Prilikom istraživanja na Prinstonu, tim je koristio strukturu nano veličine sopstvenog dizajna nazvanu PlaCSH (plasmonic cavity with subwavelength hole-array) kako bi manipulisao sa svetlošću na način na koji obični materijali ili nemetalne nanostrukture ne mogu. Ne samo da je to u velikoj meri poboljšalo efikasnost izlazne svetlosti, već je ovaj metod i poboljšao jasnoću slike LED displeja za oko 400 puta u poređenju sa standardnim ekranima.
Nano uređaj PlaCSH se sastoji od sloja materijala koji emituju svetlost i koji su približno 100 nanometara debeli i smešteni unutar šupljine koja ima jednu površinu napravljenu od tankog metalnog filma, dok je suprotna površina šupljine obložena sa metalnom mrežicom koja je debljine od samo 15 nanometara. Iako mali, oni nisu najmanji LED razvijen do sada, ali zbog toga što su manji od jedne talasne dužine svetlosti, ova kombinacija reflektora i mreža vodi svetlost van emisionog sloja skoro bez apsorpcije ili rasipanja.
Ovo najnovije istraživanje je kulminacija prethodnih istraživanja koje su profesor Čou i njegov tim sproveli, i u kojima su prvi put razvili PlaCSH strukturu koja je trebala da se koristi na solarnim ćelijama radi efikasnijeg fokusiranja dolazne svetlosti. Ovo je povećalo apsorpciju na čak 96% primljene solarne energije koja padne na fotonaponsku ćeliju, što je rezultiralo u povećanoj efikasnosti od 175 odsto. S obzirom na to, tim je rezonovao da ako je takav uređaj toliko efikasan u apsorbovanju svetlosti onda bi, logično, mogao da se koristi i za ekstrakciju svetlosti takođe.
„Sa stanovišta fizike, dobar svetlosni apsorber, koji smo imali za solarnu ćeliju, takođe može da bude i dobar svetlosni odašiljač“, kaže profesor Čou. „Želeli smo da eksperimentalno pokažemo da je ovo tačno u vidljivom spektru svetlosti, a zatim da ga koristimo za rešavanje ključnih izazova kod LED osvetljenja i displeja. On je toliko fleksibilan i rastegljiv da može biti utkan u tkaninu.“
Tim takođe tvrdi da je PlaCSH organski LED veoma jeftin za proizvodnju pošto je napravljen pomoću sistema nazvanog „nanoimprint“, tehnologija koju je profesor Čou izmislio kako bi napravio nanostrukture na sličan način na koji štamparske prese proizvode novine.
Profesor Čou je nedavno dobio stipendiju od Ministarstva energetike SAD-a za dalje razvoj upotrebnih mogućnosti PlaCSH, dok su prijave za patent za organski i neorganski LED koji koristi PlaCSH podneti od strane Univerziteta Prinston. Tim naučnika sada istražuje korišćenje PlaCSH tehnologije kod crvenih i plavih organskih LED uređaja, kao i kod zelenih koji su prvobitno razvijeni. Istraživanje je objavljeno nedavno u časopisu „Advanced Functional Materials“.
