Veel sneller naar Led met de gewenste wittint

Geplaatst op 28 oktober 2019 om 11:00 uur
Veel sneller naar Led met de gewenste wittint
De witte led kost niet alleen weinig energie, de lichtbron is ook veelzijdig: van krachtige verstralers voor de auto, tot verlichting in huis of een lichtbron die al genoeg heeft aan de energie van een kleine zonnecel. Het ontwerpen van een led met de gewenste specificaties is echter nog een langzaam ‘trial-and-error’ proces. Dankzij een nieuw ontwerpprincipe kunnen onderzoekers van de UT, de TU/e en de onderneming Signify het ontwerpen tot een miljoen keer versnellen, en daarmee de led ook aanzienlijk goedkoper maken.

Het onderzoek wordt gepresenteerd in ACS Photonics van de American Chemical Society.


Sinds de uitvinding van de Nobelprijswinnende blauwe Led is het mogelijk om met rode, gele en groene lichtbronnen wit licht te maken. Dit heeft geleid tot de witte led die mechanisch robuust is, een lange levensduur heeft, stabiel is, en weinig energie gebruikt. Ontwerpers van witte Leds kijken vooral naar de lichtsterkte en efficiency die ze nodig hebben voor de toepassing, en naar de samenstelling van kleuren die samen het witte licht vormen (het kleurpunt). Het licht van een TL-balk is blauwig en koud wit en een haardvuur gelig en warm wit. Het bereiken van het gewenste kleurpunt is nog altijd een kwestie van net zo lang meten en aanpassen tot de metingen en simulaties samenvallen. Dit langzame proces gaat uit van ‘ray tracing' en het komt eerder aan op de ervaring van de ontwerper dan op een systematisch ontwerp. De nieuwe methode brengt hierin verandering.

 

Verstrooiing door fosfordeeltjes

De onderzoekers kijken daarvoor nauwkeurig naar de randvoorwaarden die het kleurpunt bepalen. Een witte led bestaat uit een blauwe led met daarop een laag fosfordeeltjes. Het blauwe licht reist deels door de fosforlaag heen, waarbij het deels wordt omgezet in rood, geel en groen licht. Het resulterende witte en diffuse licht is de combinatie van doorgelaten en verstrooid licht. Bepalend zijn onder meer de dikte van de fosforlaag, de concentratie van de fosfordeeltjes, het type blauwe Led en ook optische onderdelen zoals de eventuele lens die op de led is aangebracht.

 

Ook terugrekenen

"Dankzij een analytisch-wiskundige benadering vinden we, met deze parameters, het kleurpunt. Ook kunnen we, vanuit een kleurpunt, terugrekenen naar de opbouw van de Led", aldus Willem Vos. "Tot nu toe is er in de lichtindustrie geen model dat de lichtverstrooiing goed beschrijft", zegt Wilbert IJzerman, verbonden aan Signify en de TU Eindhoven. "Een model gebaseerd op fysische parameters is dan ook een echte stap voorwaarts. Voor alle randvoorwaarden kunnen we nu snel een opzoektabel genereren." Het nu gepresenteerde ontwerpgereedschap is gebaseerd op de zogenaamde radiative transfer equation en is razendsnel.

 

Overal licht

Voor Ad Lagendijk tellen niet alleen de economische voordelen, want energiezuinige lichtbronnen, op maat ontworpen, zijn nu ook beschikbaar in gebieden die verstoken zijn van een elektriciteitsnet. "Als de energie van een paar zonnecellen al genoeg is om licht te maken, draagt dit zelfs bij aan de alfabetisering van de wereldbevolking."

 
© Engineersonline.nl