Nieuws

LED's: waar blijft al dat licht? Efficiency kan nog beter

Het potentieel van witte LED’s is nog beter te benutten, tonen fotonica-onderzoekers van de Universiteit Twente en Philips Lighting aan. Zij kunnen de verstrooiing en absorptie van het licht binnenin de LED snel en nauwkeurig beschrijven en verbeteren zo het ontwerpproces.

LED’s hebben een snelle ontwikkeling doorgemaakt, van relatief zwakke lichtbronnen naar krachtige verlichting die zich leent voor verlichting in huis en autolampen. Het lage energieverbruik en de lange levensduur zijn grote voordelen. Witte LED’s bestaan, naast het halfgeleidermateriaal dat blauw licht uitzendt, uit fosforplaten die het blauwe licht omzetten in geel licht, zodat er een mix van blauw en geel ontstaat die we ervaren als wit. Het licht wordt verstrooid door de fosfordeeltjes, maar ook geabsorbeerd. Welk deel van het licht van de LED we echt te zien krijgen, is daarmee lastig te voorspellen. Tenzij we op een andere manier kijken naar absorptie en verstrooiing binnenin de LED, stellen Maryna Meretska (Complex Photonic Systems, MESA+ Instituut voor Nanotechnologie) en haar collega’s nu. Een theorie uit de astronomie helpt daarbij.

Snel en nauwkeurig voorspellen

Wat het bijvoorbeeld complex maakt: de fosforplaten absorberen het licht, maar zenden het vervolgens ook weer uit, maar dan in een andere kleur. Het vergt veel rekenkracht en tijd om al deze mogelijkheden door te rekenen, en het geeft ook weinig inzicht. De vaak gebruikte theorie van diffusie van licht schiet ook tekort, bij zo’n sterke absorptie. Meretska meet daarom al het licht rondom de fosforplaten, in het hele zichtbare gebied. De radiative transfer equation, bekend uit de astronomie, geeft vervolgens de verstrooiing en absorptie. Het resultaat is een volledige beschrijving van de voortplanting van licht in de fosforplaten. Die wijkt duidelijk af van de klassieke beschrijving via diffusie, die 30 procent minder absorptie voorspelt dan nu is aangetoond. Bovendien is de methode zo’n 17 keer sneller dan via de numerieke weg van ‘stug doorrekenen’.

De absorptie van licht in de fosforplaten van een LED: blauw is volgens de diffusietheorie, rood is volgens de nieuwe methode en zwart is op basis van de numerieke 'Monte Carlo' benadering. 

Hiermee hebben ontwerpers van nieuwe LED’s straks een krachtig instrument in handen om de efficiëntie van de lichtbronnen nog verder te vergroten; ze kunnen nu beter voorspellen hoe een ontwerp-aanpassing gaat uitpakken.

Fotonica

Het onderzoek is uitgevoerd door onderzoekers van de groep Complex Photonic Systems, MESA+ Instituut voor Nanotechnologie, samen met Philips Lighting in Eindhoven. De Universiteit Twente heeft een sterke concentratie van onderzoek en faciliteiten op het gebied van het sterk groeiende veld van fotonica. 

Het paper ‘Analytical modeling of light transport in scattering materials with strong absorption’ door Maryna Meretska, Ravitej Uppu, Gilles Vissenberg, Ad Lagendijk, Wilbert IJzerman en Willem Vos, gaat verschijnen in Optics Express, een van de bekendste journals van de Optical Society en staat nu al online.

Wiebe van der Veen
Persvoorlichter (di middag afwezig)