NWO-I

NWO - Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek - print-logo

URL voor deze pagina :
https://www.nwo-i.nl/fom-historie/jaarverslagen/hoogtepunten/hoogtepunten2013/beter-zicht-op-verdwalend-licht-in-een-witte-led-nr-138/

Geprint op :
10 december 2018
23:45:33

Natuurkundigen van de Universiteit Twente hebben in samenwerking met Philips Lighting een model ontwikkeld waarmee ze veel beter dan voorheen het gedrag van wit ledlicht kunnen voorspellen. Het model beschrijft een essentieel proces in nieuwe ledlichtbronnen: het verstrooien van licht in fosforlagen. Met het nieuwe inzicht kunnen wetenschappers fosforlagen gerichter ontwerpen, hetgeen leidt tot efficiëntere en minder milieubelastende lichtbronnen. De onderzoekers ontwikkelden hun model aan de hand van experimenten en theorie.

Botsingen en mengelingen
Wit ledlicht ontstaat wanneer blauw licht uit een halfgeleiderdiode door een dunne polymeerlaag reist waarin fosfordeeltjes zitten. De fotonen lopen niet allemaal recht door de polymeerlaag heen. Veel fotonen botsen op fosfordeeltjes en raken daardoor verstrooid. De meeste fotonen botsen meer dan één keer en maken zo een zogeheten random walk - een dronkemanswandeling - door de polymeerlaag.

Bij elke botsing verliest een foton een deel van zijn energie, waardoor zijn golflengte toeneemt en zijn kleur verandert. Omdat fotonen willekeurig vaak botsen, ontstaat een verzameling van allerlei kleuren: die mengeling levert wit licht. De dronkemanswandeling er ook voor dat het licht diffuus wordt. Het resultaat is dus een egaal wit schijnende ledlicht.

Door verstrooiende deeltjes slim te gebruiken, kan de kleuromzetting heel efficiënt gebeuren, waardoor minder milieubelastende materialen nodig. Een probleem is dat wetenschappers deze verstrooiing tot op heden niet gemakkelijk konden modelleren. Daardoor was het ontwerpen van een nieuwe witte ledlichtbron een tijdrovende, kostbare klus.

Model
Om tot een beter model te komen, deden de onderzoekers metingen aan kunststoffen met uiteenlopende concentraties lichtverstrooiende nanodeeltjes. Ze beschenen het materiaal met een witte lichtbron en maten de verstrooiingseigenschappen. Met berekeningen bepaalden zij uit de metingen de gemiddelde vrije weglengte van de deeltjes: de gemiddelde afstand die een foton aflegt tussen twee botsingen.

De onderzoekers ontwikkelden ook een fysisch model om de verstrooiingseigenschappen van de nanodeeltjes te voorspellen. Uit vergelijking van de metingen met de voorspellingen bleek dat vooral deeltjesclusters een grote invloed hebben op de lichtverstrooiing. Een goede beschrijving van de effecten van die clusters levert niet alleen nieuwe kennis op, maar wellicht ook betere witte ledlichtbronnen.

Lees hier de highlight in Nature Materials over dit onderzoek.