下圖所示，中心的示意圖描繪了一個LED，該LED帶有等離子（如貴金屬）納米顆粒的“元網格”，尺寸遠小于發射光的波長。在LED芯片的環氧樹脂外殼內，在距LED芯片/封裝材料界面適當高度處放置一個經過特殊設計的優化尺寸、形狀和粒子間分離的“元網格”，能夠產生更大的光輸出，并延長器件壽命。外圍的圖標呈現了不同的可能應用場景作為舉例。

據發明者稱，將新設計的納米顆粒“元網格”引入到發光二極管（led）的環氧樹脂外殼中，除了延長壽命外，還可以顯著提高發光二極管的光輸出。“元網格”是一種經過特殊設計、優化的二維金屬納米粒子陣列，需要放置在LED環氧樹脂外殼內的特定位置。

LED在現代世界中占絕大多數。從交通燈到電子顯示屏的背光、智能手機、大型戶外屏幕和一般裝飾性照明，再到傳感、水凈化和凈化受感染表面的LED，都在我們身邊！增加LED燈的輸出將減少能源需求，有助于遏制全球變暖和氣候變化。

多年來，為給定的輸入產生更大的光輸出是led的核心任務。這一方向的研究主流是探索LED芯片封裝的新材料，主要是通過使用高折射率玻璃或納米載環氧樹脂，或與填充粉或工程環氧樹脂混合的環氧材料。然而，隨著這些技術，要么LED芯片變得更大，要么他們的制造變得更困難，大規模生產更加不經濟。

在一篇發表在Light Science&Applications上的一篇新論文中，來自印度古瓦哈提技術學院電子與電氣工程系的Debabrata Sikdar博士，倫敦帝國理工學院的johnb.Pendry教授和Alexei Kornyshev教授共同報道了一種改進led光提取的替代方法。它提出通過減少固定光子逃逸錐內芯片/封裝材料界面處的菲涅耳反射損耗，提高LED芯片內部產生的光在LED芯片/封裝材料界面上的傳輸，同時規定對現有制造工藝有較小的改變。

光傳輸的增強基于芯片/環氧樹脂界面反射的光與“元網格”反射的光之間的破壞性干擾。減少芯片/環氧樹脂界面的反射也可以通過消除芯片內部不需要的反射加熱芯片，從而延長LED芯片的壽命。

這些科學家總結了他們用于LED光增強的“元網格”方案的工作原理和優點：

“通過增強LED芯片/封裝材料接口的傳輸，可以顯著提高LED的光提取能力，通過在LED芯片頂部引入一層等離子納米顆粒（遠小于發射光的波長），通過法布里-珀羅效應的增強傳輸，可降低芯片/封裝材料界面的菲涅耳反射損耗。類似的效果也適用于增強太陽能電池的光捕獲，”他們說，“我們的方案可以自行部署，也可以與其他方案結合使用，通過降低臨界角損耗來提高LED的效率。本發明所需的整個原始理論框架都是內部開發的，并根據標準商業模擬工具進行了嚴格的測試。我們計劃在一年內制造出一個原型裝置，并用實驗證實我們的理論預測。我們的理論模型可以確定納米顆粒‘元網格’層結構和性能的最佳條件：即。納米顆粒的材料和成分，它們的尺寸和平均粒間間距，以及與LED芯片表面的距離，這些距離可以在LED芯片的任何發射光譜范圍內最大程度地增強從LED芯片到封裝外殼的光提取，”他們補充道。

Debabrata Sikdar進一步評論道：“隨著納米制造技術的不斷進步，制造單分散且分布非常窄的納米顆粒變得越來越不困難。然而，由于制造誤差或材料缺陷，顆粒尺寸和/或位置、網格的平坦度以及折射率的變化總是不可避免的。從我們的公差研究中可以粗略估計出這些誤差的影響，并顯示了增強光提取機制的魯棒性。對于LED芯片中的元網格，可能有不同的工程解決方案。其中之一是使用干燥介導的納米顆粒自組裝，例如由銀或其他損耗較小的等離子材料制成，并覆蓋適當的配體，形成獨立的結構薄片。這些單分子層納米片可以被拉伸以精確調節粒子間的分離，并且可以在封裝外殼制造之前壓在LED芯片上。‘元網格’與LED芯片表面的距離可以通過等離子體基板的厚度來控制，”Alexei Kornyshev進一步補充道。

作者聲稱，“在本發明中，我們展示了基于III-V組材料的標準商用LED‘元網格’的效果。但是，所提出的增強從發射層到其封裝材料外殼的光傳輸的概念可以擴展到包含發射層/封裝劑界面的其他類型的發光器件。一般來說，我們使用納米顆粒‘元網格’來增強光提取的想法可能會迎合更廣泛的光學器件，而不僅僅是半導體LED。”

“擬議方案的簡單性和清晰的物理基礎應使其堅固耐用，并有望輕松適應現有的LED制造工藝。很明顯，隨著更大的光提取效率，led將提供更大的節能和更長的壽命的設備。這肯定會對基于LED的多功能應用和全球數十億美元的市場產生全球影響，”johnb.Pendry預測道。