本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽。
據發明該技術的科學家稱，將新設計的納米顆粒 "超網格（meta-grid） "引入發光二極體(LED)的環氧樹脂外殼中，除了延長壽命外，還能大幅提高其光輸出。"超網格 "是一種專門設計、優化的二維金屬納米顆粒陣列，需要放置在LED的環氧樹脂外殼中的特定位置。
多年來，如何在給定的輸入下產生更大的光輸出是LED的核心任務。這個方向的研究主流是在探索LED晶片封裝的新材料，主要是通過使用更高折射率的玻璃或納米顆粒負載的環氧樹脂或環氧材料與填料粉末或工程環氧樹脂相結合等。然而，使用這些技術，要麼LED晶片變得更笨重，要麼它們的製造變得更困難，而且對於大規模生產來說也不太經濟。
在一篇發表在《Light Science & Applications》上的新論文中，一個由來自印度古瓦哈提理工學院電子與電氣工程系的Debabrata Sikdar博士、倫敦帝國理工學院的John B. Pendry爵士教授和Alexei Kornyshev教授組成的科學家團隊報告了一條改善LED光提取的替代路線。它提出了通過在固定的光子逃逸範圍內減少晶片/封裝劑界面的菲涅爾反射損耗來提高LED晶片內部產生的光在LED-晶片/封裝劑界面上的傳輸率，同時規定對製造工藝進行最小的改變。
透光率的增強是基於晶片/環氧界面反射的光和'超網格'反射的光之間的破壞性幹擾。" 減少晶片/環氧界面的反射，還可以消除晶片內部不必要的反射對晶片的加熱，從而提高LED晶片的壽命。
這些科學家將他們的 "超網格 "方案對LED光增強的操作原理和優點總結如下。
"通過提升LED-晶片/封裝劑界面的透射率，可以顯著提升LED的光提取率，通過在LED晶片頂部引入單層質子納米顆粒（比發射光的波長小得多），可以降低晶片/封裝劑界面的菲涅爾反射損耗，通過增強源自法布裡-珀羅效應的透射率。類似的效應也適用於增強太陽能電池中的光捕獲，方案可以單獨部署，也可以與其他可用的方案相結合，通過降低臨界角損耗來提高LED效率。發明所需的整個原始理論框架已在內部開發，並與標準的商業模擬工具進行了嚴格的測試。我們計劃在一年內製造出原型器件，並通過實驗來印證我們的理論預測。" "我們的理論模型可以確定納米顆粒'超網格'層的結構和特性的最佳條件：即納米顆粒的材料和組成，它們的大小和平均顆粒間的間距，以及與LED晶片表面的距離，這可以在LED的任何發射光譜範圍內，提供從LED晶片到封裝外殼的光提取的最大增強。"
Debabrata Sikdar進一步評論道："隨著納米加工技術的不斷進步，製造納米顆粒的難度越來越小，因為納米顆粒大多是單分散的，而且擴散範圍很窄。不過，由於製造誤差或材料缺陷，在顆粒的大小和/或位置、網格的平整度以及折射率的變化等方面總是會存在一些隨機性，這是不可避免的。從我們的公差研究中，可以粗略地估計出這些不準確因素所帶來的影響，它已經表明了增強光提取機制的穩健性。」「LED晶片中的超網格可能有不同的工程解決方案。其中之一是使用乾燥介導的納米顆粒自組裝，例如由銀或其他損失較少的質子材料製成，用適當的配體蓋住，形成獨立的'Sikdar-Premaratne-Cheng'等離子片。這些納米粒子單層片可以做成可拉伸的，以便精確調整粒子間的分離度，並且可以在封裝外殼製造之前，將其印在LED晶片上。'超網格'與LED晶片表面的距離可以通過質子的基板厚度來控制。"Alexei Kornyshev進一步補充道。
論文標題為《Nanoparticle meta-grid for enhanced light extraction from light-emitting devices》。