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奈米光子晶體

奈米光子晶體–從蝴蝶的翅膀到LED環保燈泡的誕生

還記得小時候抓蝴蝶時,總是看樹林中哪裡有陽光反射的地方?哪裡有花香?那就是蝴蝶出沒的地方。為什麼陽光打到蝴蝶翅膀會有漂亮的色彩與反射光呢?科學家利用掃描式電子顯微鏡對蝴蝶的翅膀作進一步分析,發現蝴蝶翅膀在奈米尺度裡是一種周期排列分布的結構。因為特殊的周期性排列,所以可以反射特定波長的光。這便說明了蝴蝶的翅膀在太陽下看起來五彩繽紛閃閃耀人的原因。此一研究讓科學家們振奮不已,試想奈米性周期結構對光吸收與反射有顯著的影響,若將此概念應用在LED內,將可解決LED發光效率差與散熱效不佳的問題。

在LED發光晶片正上方製作周期性奈米結構提升出光亮度,另外,在LED背面製作多層膜堆疊的奈米結構,讓背後的光線回收利用朝正面出射,此奈米結構即是光子晶體(photoic crystals),而有無奈米光子晶體導引,是LED光線能否出射出晶片的關鍵設計。若無奈米結構的加持,原本通電發出的光線全都局限在晶片內部無法對外利用,這將造成LED亮度與效能不佳,同時多次內部反彈的光線又直接轉成廢熱,是LED過熱失效最主要的原因。如LED晶片上下有奈米光子晶體的設計,讓光線順利出射於空氣當中,同時背部可反彈光線,較能解決LED晶片本身蓄熱問題。這些設計正是拉升LED從低亮度的指示用訊號燈,達到高亮度照明應用的要角技術。
其實各位應該都知道LED在日常生活中已經存在半個世紀之久,從小時候看到的指示燈、聖誕燈,到近年普及大街小巷的LED交通紅綠燈,LED是越做越亮。讓LED能夠成功變身成環保節能的照明推手,其演進的關鍵即是將奈米科技成功應用在LED燈泡上,讓出光效率提升1.5倍,同時廢熱問題得以有效解決。讓LED燈泡效能追過省電燈泡與日光燈管,達到照明的等級。效法自然界的力量,將蝴蝶翅膀的奧祕應用在LED燈泡內,正是奈米科技的最佳應用典範。

類別 :[科學][應用科學][技術][高新科技]
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