Панування білих світлодіодів як основного джерела світла може незабаром закінчитися з появою нової альтернативи, яка пропонує чудову спрямованість.
Фотонний кристал або наноантена, двовимірна структура з періодичним розташуванням частинок нанорозміру, розробляється як передова технологія оптичного керування. Під впливом світла поєднання наноантени з люмінофорною пластиною створює гармонійне поєднання синього та жовтого світла.
Білі світлодіоди вже були вдосконалені у формі білих лазерних діодів, або LD, які складаються з жовтого люмінофора та синього LD. У той час як сині світлодіодні лампи мають високу спрямованість, жовті люмінофори випромінюють у всіх напрямках, що призводить до небажаного змішування кольорів.
Щоб розв’язувати цю проблему, дослідники розробили люмінофорні пластини в поєднанні з наноантенами з використанням металевого алюмінію, що забезпечує посилену фотолюмінесценцію. Наночастинки алюмінію ефективно розсіюють світло та покращують інтенсивність та спрямованість світла; однак алюміній також поглинає світло, зменшуючи вихід. Це головне вузьке місце, особливо в системах освітлення високої інтенсивності.
Тепер команда дослідників з Кіотського університету досягла десятикратного посилення спрямованої фотолюмінесценції шляхом заміни алюмінію кращим матеріалом.
«Виявляється, що діоксид титану є кращим вибором через його високий показник заломлення та слабке поглинання світла», — говорить провідний автор Шунсуке Мураї.
Хоча інтенсивність розсіювання світла оксиду титану спочатку здавалася нижчою, ніж металевий алюміній, команда використовувала комп’ютерне моделювання, щоб розробити оптимальний дизайн наноантени.
«Нові люмінофори наноантен є перевагами для інтенсивно яскравого, але енергоощадного твердотільного освітлення, оскільки вони можуть пригнічувати підвищення температури під час опромінення», — пояснює Мураї.
«У процесі пошуку оптимальних розмірів ми з подивом виявили, що найтонші люмінофори дають найяскравішу фотолюмінесценцію, демонструючи, як збільшити інтенсивність прямого випромінювання та загальну продуктивність».