© 2024 SURF
Lampen en displays maken gebruik van verschillende fosforen om de gewenste kleuren licht te maken. Een fosfor absorbeert de ene kleur licht en zendt een andere uit. De uitdaging is om fosforen te ontwerpen die precies de juiste kleurtinten maken voor de specifieke toepassing en dit zo efficiënt mogelijk doen. Fosforen worden over het algemeen minder efficiënt bij hogere lichtintensiteit. Dit fenomeen heet verzadiging. Verzadiging is problematisch voor toepassingen van felle verlichting, zoals bijvoorbeeld autokoplampen, beamers.
In dit project hebben onderzoekers van de Universiteit Utrecht en Seaborough Research B.V. onderzocht wat de mogelijkheden van nanotechnologie zijn om fosforen te maken die minder last hebben van verzadiging. Het was al bekend dat de kleur licht die nanokristallen absorberen en uitzenden, precies kan worden gestuurd. Ons idee was om twee typen nanokristallen aan elkaar te koppelen middels energie-overdracht. Dit concept zou ons het mogelijk maken de absorptie van licht (door het ene type nanokristal) en de emissie van licht (door het andere type) los van elkaar optimaliseren. Dit zou verzadiging kunnen verminderen.
We hebben experimenteel werk gedaan door lichtgevende (nano)kristallen te maken en, in samenwerking met specialisten in Noorwegen, lichtgevende nanolaagjes. We hebben daarnaast computersimulaties geschreven die de kinetiek van absorptie, koppeling en emissie van licht beschrijven. Hieruit hebben we geleerd hoe de werking van het beoogde concept afhangt van de sterkte van koppeling tussen de optisch actieve elementen in de (nano)kristallen. Die kunnen we in de praktijk sturen middels de afstand tussen nanokristallen, de hoeveelheid optisch actieve elementen in de nanokristallen en de brekingsindex van de nanokristallen.
De Universiteit Utrecht en Seaborough Research B.V. zijn van plan om naar aanleiding van deze resultaten de parameteroptimalisatie in meer detail te begrijpen en in de praktijk te realiseren.
Light-emitting diodes (LEDs) vervangen andere typen kunstmatige verlichting in rap tempo, omdat ze zuiniger en robuuster zijn. LEDs vormen dan ook een alsmaar groeiende markt van vele tientallen miljarden. De meest voorkomende technologie maakt gebruik van InGaN om blauw licht te maken onder elektrische aandrijving. “Fosforen” zetten vervolgens een deel van dit blauwe licht om in de andere kleuren van de regenboog. Helaas werken bestaande fosforen vooral goed in toepassingen waarbij lage lichtintensiteit voldoende is. Bij hogere lichtintensiteit treedt “verzadiging” op: de efficiëntie van kleuromzetting wordt minder. Dit leidt tot energieverliezen. Daarnaast kan verzadiging de kleurbeleving van een LED-lamp ongewenst blauwig oftewel “koel” maken, aangezien vooral “warme” rode fosforen last hebben van dit probleem.
De onderzoekers willen innovatieve fosformaterialen ontwerpen die efficiënt blijven ook bij hoge lichtintensiteit. Ze gaan samengestelde nanomaterialen maken met twee componenten, waarbij blauw licht wordt geabsorbeerd door de ene component en rood licht uitgezonden door de andere. Via het ontwerp van de samengestelde fosfor kan de snelheid van energieoverdracht van de ene naar de andere component worden gecontroleerd. Berekeningen wijzen uit dat slim gebruik van energieoverdracht verzadiging van de kleuromzetting kan verminderen. Dit project zal deze berekeningen toetsen en de praktische mogelijkheden verkennen om dit concept te gebruiken. Het kan daarmee de basis leggen voor vervolgonderzoek waar de beste ontwerpen verder worden ontwikkeld tot heldere rode fosforen. Deze zijn nodig voor de realisatie van zuinigere verlichting met een prettigere kleurbeleving voor de consument.