Nanoantenna-fosforen bestaande uit een periodieke reeks nanodeeltjes op de fosforplaat kunnen het ruimtelijke stralingspatroon van de fotoluminescentie aanpassen voor kleinere, lichtere en helderdere solid-state verlichtingsapparaten. Krediet: KyotoU/Shunsuke Murai
Witte LED’s kunnen binnenkort worden onttroond als ’s werelds favoriete lichtbron door een alternatief met een veel beter richtingsgevoel.
Als optische besturingstechnologie van de volgende generatie is een fotonisch kristal of nanoantenne een tweedimensionale structuur waarin deeltjes van nanogrootte periodiek op een substraat worden gerangschikt. Bij bestraling zorgt de combinatie van een nanoantenne met een fosforplaat voor een ideale mix van blauw en geel licht.
Witte LED’s zijn al verbeterd in de vorm van witte laserdiodes, of LD’s, die bestaan ​​uit gele fosforen en blauwe LD’s. Terwijl de blauwe LD’s sterk directioneel zijn, stralen de gele fosforen in alle richtingen, wat resulteert in een ongewenste menging van kleuren.
Om dit probleem aan te pakken, hebben onderzoekers fosforplaten ontwikkeld in combinatie met nanoantennes met behulp van metallisch aluminium, waardoor meer fotoluminescentie mogelijk is. Aluminium nanodeeltjes verstrooien effectief licht en verbeteren de lichtintensiteit en gerichtheid; aluminium absorbeert echter ook licht, waardoor de output afneemt. Dit is een belangrijk knelpunt, vooral bij toepassingen met hoge intensiteit verlichting.
Nu heeft een team van onderzoekers van de Universiteit van Kyoto een tienvoudige verbetering van voorwaarts gerichte fotoluminescentie bereikt door aluminium te vervangen door een beter materiaal.
“Het blijkt dat titaandioxide een betere keuze is vanwege de hoge brekingsindex en de lage lichtabsorptie”, zegt hoofdauteur Shunsuke Murai.
Hoewel de lichtverstrooiingsintensiteit van titaniumoxide aanvankelijk inferieur leek aan die van metallisch aluminium, gebruikte het team computersimulaties om het optimale ontwerp van de nanoantenne te bedenken.
“De nieuwe nanoantenna-fosforen zijn voordelig voor intens heldere maar energiebesparende solid-state verlichting omdat ze temperatuurstijging bij bestraling kunnen onderdrukken”, legt Murai uit.
“Tijdens het proces van het vinden van de optimale afmetingen, waren we verrast om te ontdekken dat de dunste fosforen de helderste fotoluminescentie gaven, wat aantoont hoe de intensiteit van de voorwaartse straling en de algehele prestaties kunnen worden verhoogd.”
Het artikel, “Photoluminescence Engineering with nanoantenne phosphors”, verscheen op 21 december 2022 in de Journal of materiaalchemie C.
Meer informatie:
Shunsuke Murai et al, fotoluminescentie-engineering met nanoantenna-fosforen, Journal of materiaalchemie C (2022). DOI: 10.1039/D2TC03076D
Aangeboden door de Universiteit van Kyoto