Des LED plus brillantes grâce aux lucioles

Pour extraire le maximum de la lumière produite par une diode électroluminescente, des chercheurs de l’université de Namur (Belgique) se sont inspirés de l’efficacité d’une luciole d’Amérique centrale.

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Si l’on veut augmenter les performances des LED, l’idée la plus répandue est de travailler sur la composition du matériau émetteur de photons. Mais une autre voie consiste à faire sortir plus de lumière du dispositif, car une bonne partie est en fait réfléchie vers l’intérieur, en raison de la différence d’indice de réfraction entre le matériau et l’air ambiant.

La luciole, qui produit de la lumière par une réaction chimique dans un organe - la "lanterne" - situé dans son abdomen, a le même problème… Mais elle a trouvé une solution très efficace pour y remédier : à la surface de son abdomen - son exosquelette - une microstructure améliore sensiblement la sortie de la lumière vers l’extérieur.

C’est ce qu’ont observé les physiciens de l’université de Namur (Belgique), avec des chercheurs canadiens et français. Et ils ont décidé d’appliquer la même méthode sur une diode électroluminescente. La surface de l’exosquelette est constituée d’écailles inclinées de quelques microns. Sur ce modèle, les chercheurs ont calculé la meilleure structure pour extraire la lumière d’une diode.

Le résultat est une surface en forme de "toit d’usine" (voir photo 1), constituée d’une succession de motifs triangulaires de quelques microns. Ils ont alors recouvert une LED d’une couche de résine (voir photo 2), dans laquelle ils ont créé la structure en "toit d’usine" par lithographie laser. Résultat : 55% de lumière extraite en plus. Mieux que la luciole ! Un grand avantage de cette méthode, est qu’elle permet d’augmenter les performances d’une LED existante, sans modifier la structure de l’émetteur.

Photo 1

La luciole (a), la surface en écailles de son exosquelette vue au microscope (b), et le modèle de surface en "toit d’usine" utilisé pour améliorer l’extraction de la lumière d’une LED.

Photo 2

Cette LED en GaN (nitrure de gallium) est recouverte d’une résine microstructurée par lithographie laser, inspirée de l’exosquelette de la luciole. L’extraction de lumière est améliorée de 55%.

Thierry Lucas

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