EO

Beter zicht op verdwalend licht leidt tot efficiëntere witte led's

28 maart 2013 om 00:10 uur - Enschede/Eindhoven

Een artistieke impressie van de verstrooiing van oorspronkelijk blauw licht uit een halfgeleiderdiode door een verstrooiend medium, waardoor wit diffuus licht ontstaat. (illustratie Florian Sterl, COPS, UT)

Een opname met scanning-elektronenmicroscoop van TiO2-deeltjes die als verstrooiers zijn gebruikt in de experimenten. Bepalend voor de verstrooiing blijken de clusters te zijn zoals er een in de inzet te zien is en dan met name de gemiddelde afmetingen van de deeltjes die zo’n cluster vormen. (foto UT en Philips)

Onderzoekers van de Universiteit Twente en Philips hebben samen in een project van Technologiestichting STW een model ontwikkeld waarmee ze veel beter dan voorheen het gedrag van wit ledlicht kunnen voorspellen. Het nieuwe inzicht op basis van de nanofotonica kan het in de toekomst mogelijk maken efficiëntere en minder milieubelastende witte ledverlichting te ontwerpen.


Wit ledlicht ontstaat door blauw licht uit een halfgeleiderdiode door een dunne polymeerlaag te sturen waarin fosfor- en andere materiedeeltjes zitten. De fotonen van het licht lopen niet allemaal recht door de polymeerlaag heen. Veel fotonen komen een deeltje tegen en worden dan verstrooid. Ze gaan in een andere richting lopen. Een aantal fotonen raakt bij verstrooiing aan een fosfordeeltje een deel van zijn energie kwijt en krijgt daarmee een langere golflengte. De meeste fotonen verstrooien meer dan één keer en zo maken al die lichtdeeltjes een zogeheten random walk, een soort dronkemanswandeling door de polymeerlaag.

 

Gemiddelde vrije weglengte

Cruciaal in dit gedrag is de zogeheten gemiddelde vrije weglengte van de fotonen: de gemiddelde afstand die ze afleggen tussen twee opeenvolgende ontmoetingen met een verstrooiend deeltje. Na alle omzwervingen van de fotonen door de polymeerlaag komt het oorspronkelijke blauwe licht er als een verzameling van alle kleuren (blauw, groen, geel en rood) uit: die mengeling zien we als wit licht. Bovendien geeft de dronkemanswandeling de fotonen allerlei verschillende richtingen: het wordt diffuus. Het resultaat is dus een egaal wit schijnende ledlamp, precies wat de gebruiker wil.

 

De verstrooiing kan tot op heden maar slecht gemodelleerd worden of alleen met een zeer tijdrovende simulatiemethode. "Op dit moment kunnen we daardoor de bijdragen van de verschillende golflengten aan het ledlicht niet voorspellen, of we moeten de optische parameters van het systeem gaan beinvloeden", zegt prof. Willem Vos. Dit hindert ontwerp en ontwikkeling van efficiënte witte led's sterk.

 

Andere benadering

De onderzoekers hebben nu een andere benadering gekozen om de verstrooiing te begrijpen. Ze voerden metingen uit met een standaard lichtverstrooiend polymeer met daarin uiteenlopende concentraties commercieel verkrijgbare titaniumdioxide (TiO2) deeltjes. Die deeltjes variëren sterk in afmeting wat het beste een gelijkmatige verstrooiing van het licht garandeert. Ze beschenen het polymeer met een heldere witte lichtbron en maten eigenschappen als transmissie, reflectie, golflengteverdeling en richting van het uittredende licht. Met een theorie uit de nanofotonica (bekend als de fotonische diffusietheorie) waarin de lichtverstrooiing uitsluitend uitgaande van fundamentele natuurkundige principes wordt beschreven, leidden ze uit de metingen de gemiddelde vrije weglengte af.

 

Daarnaast ontwikkelden de onderzoekers een wiskundig model, met de gemeten afmetingen van de TiO2-deeltjes erin, om de gemiddelde vrije weglengte te voorspellen. Uit de vergelijking van de metingen met de voorspellingen bleek de verstrooiing vooral af te hangen van grote TiO2-deeltjes; die bestaan uit clusters van kleinere deeltjes. Door die clusters goed in het model op te nemen komen metingen en voorspellingen goed overeen.

 

Dat is een verrassend nieuw inzicht wat zal helpen bij het ontwerpen van led's voor wit licht die energiezuiniger zijn en minder milieubelastend, zo stellen de onderzoekers.

Het onderzoek is mede gefinancierd door de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM), de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO), en de European Research Council (ERC).

 

De onderzoekers publiceren hun bevindingen binnenkort in het vooraanstaande Amerikaanse vaktijdschrift Applied Optics:

 "Broadband mean free path of diffuse light in polydisperse ensembles of scatterers for white LED lighting", Willem Vos, Teus Tukker, Allard Mosk, Ad Lagendijk en Wilbert IJzerman.

Het artikel is te downloaden van http://www.complexphotonicsystems.com/

 

Willem Vos, Allard Mosk en Ad Lagendijk zijn verbonden aan de groep Complex Photonic Systems (COPS) van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente. Ad Lagendijk was tevens verbonden aan het FOM-Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (Amolf) in Amsterdam. Teus Tukker is werkzaam bij Philips Research en Wilbert IJzerman bij Philips Lighting.

 

Gerelateerd nieuws

HBK monitort 3D-geprinte metalen voetgangersbrug in Amsterdam

3D-geprinte metalen voetgangersbrug in Amsterdam: van top tot teen gemonitord

Hottinger Brüel & Kjær (HBK) heeft rekstroken en data-acquisitie-apparatuur geleverd voor de monitoring van de metalen 3D-geprinte voetgangersbrug, die onlangs over de Oudezijds Achterburgwal in Amsterdam is…

Apparaat oogst energie uit je zweterige vingertoppen terwijl je stilzit - of (in de zon) ligt

Apparaat oogst energie uit je zweterige vingertoppen terwijl je stilzit - of (in de zon) ligt

Zweterigheid heeft vanaf nu een voordeel. Er is namelijk een apparaat ontwikkeld dat energie uit het zweet op je vingertoppen haalt. Tot op heden is het de meest efficiënte ‘on-body energy harvester’ die ooit is…

OT-managers zijn beveiligingsproblemen vaak niet de baas

OT-managers zijn beveiligingsproblemen vaak niet de baas

Beveiligingsleverancier Fortinet heeft een onderzoek gedaan naar cyberbedreigingen en operationele technologie (OT), om inzicht te krijgen in hoe OT-teams omgaan met beveiligingsrisico’s. Fortinet ondervroeg managers…

Webshop

webshop

 

Gratis nieuwsbrief

EOL

 

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

Elobau Benelux BV *
Elobau Benelux BV *

creating sustainable solutions

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

17 augustus 2021

Future of CAD and PDM

Dit webinar zal ingaan op de toekomst van CAD en PDM met behulp van Onshape.

8 september 2021

Webinar Open OT-architecturen

De vierde industriële revolutie verwacht dat computerapplicaties van productiebedrijven zich kunnen...

8 september 2021, Brussel

Machineering

Maak- en engineeringtechnologie in levende lijve en met fysieke interactie ontdekken.

Meer agendapunten »