Esta semana parece que los protagonistas son los LED. Se está investigando mucho esta tecnología, está claro que el futuro de la iluminación pasa por ellos, pero hay un reto: Hacerlos más eficientes y duraderos disipando correctamente su calor o, evitando su generación.

.

Uno de los mayores desafíos en la fabricación de diodos emisores de luz (LED) es conseguir una forma de extraer de manera eficiente la luz generada por el dispositivo de semiconductores, evitando, al mismo tiempo, la reflexión de la luz interior, que es causa de una pérdida considerable de energía. Un equipo de investigadores japoneses lo ha logrado recientemente. Se considera un gran paso una tecnología LED mucho más eficiente.

.

Todos los materiales utilizados actualmente para la producción de los LED se caracterizan por tener un alto índice de refracción. El aire, por el contrario, tiene un índice de refracción muy bajo. De acuerdo con las leyes de la óptica, esto significa que cuando la luz se sale del LED al aire que le rodea, una considerable cantidad de la luz, emitida por el semiconductor, se refleja, inevitablemente, de nuevo en el semiconductor, donde por lo general degenera en calor.

.

Esta cantidad de luz que se pierde es realmente muy importante. Cuando un semiconductor LED se deposita sobre una superficie plana, sólo es posible extraer un pequeño porcentaje de la luz total generada, y, dependerá del semiconductor elegido ( entorno al 2% con arseniuro de galio y al 4% con nitruro de galio). Los investigadores han encontrado una manera de aprovechar una cantidad mayor de luz, dando lugar a dispositivos de alta eficiencia.

.

Algunas de las estrategias utilizadas, hasta ahora para contrarrestar los reflejos no deseados, consistían en incrustar el dispositivo en una carcasa semiesférica, de modo que los rayos de luz incidieran perpendicularmente en la superficie, también se les aplicaba un tratamiento anti-reflejo, para que la luz reabsorbida por los LED se convirtiera en luz reflejada o, por lo menos un parte. A este proceso se le llama comúnmente reciclaje de fotones. También se crearon rugosidades aleatorias en la superficie reflectante con los llamados patrones moth-eye (ojos mariposa), e incluso utilizando nano-impresión litográfica para crear miles de millones de pequeños orificios en el dispositivo para permitir que más fotones salieran libremente.

.

Aunque todas estas técnicas han dado lugar a algunas mejoras, la desarrollada, por el equipo de investigación japonés, es la más prometedora hasta el momento, ya que permite aprovechar un, asombroso, 50% de la luz emitida por el LED. Se las arreglaron para hacerlo mediante la fabricación de unas crestas estrechas en la superficie del semiconductor, y luego cubrirlas con una capa de dióxido de silicio (SiO2), cuyo índice de refracción es menor que la de los semiconductores.

.

La mayor eficiencia se debe a la unión de las llamadas “ondas evanescentes” que generan menos puntos de contacto con la superficie de aire que rodea al LED. Las ondas evanescentes son un tipo especial de luz existente sólo en las cercanías del punto de contacto de la reflexión. Dos ondas evanescentes se generan simétricamente en los dos flancos de una cresta por la reflexión total de la luz. El acoplamiento de estas dos ondas evanescentes se produce cuando se unen en la superficie plana en la parte superior de la cresta, y permite a las ondas evanescentes que se transformen en luz de manera eficiente y que se propaguen por el aire.

.

El acoplamiento de las ondas evanescentes es primordial para mejorar la eficiencia en los LED

Croquis de una de las crestas

.

Los resultados fueron obtenidos sobre materiales basados en el GaAs/AlGaAs, que emiten luz fuera del espectro visible. El equipo ahora está trabajando en mejorar la eficiencia en los materiales utilizados en los LED visibles, tales como materiales basado en AlGaInP y GaN, para desarrollar LEDs visibles de alta eficiencia.

.

La investigación fue llevada a cabo por el Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología (AIST) y su Instituto de Investigación Nanosystem. El estudio fue parcialmente financiado por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.

.

Fuente: Gizmag

.

Imágenes: [1Creative Commons License credit: Mike Deal aka ZoneDancer

.