Prestanda för vita lysdioder kan förbättras, baserat på bättre kunskap om absorption och spridning av ljus inuti lysdioden. En ny metod, utvecklad av University of Twente i Nederländerna och Philips Lighting, kan leda till effektivitetsförbättringar och kraftfulla designverktyg.

Vita lysdioder kan göras ännu mer effektiva och kraftfulla, nu bevisar forskare från University of Twente och Philips Lighting. De hittade ett detaljerat sätt att beskriva ljuset som stannar inuti lysdioden genom absorption och spridning. Detta är mycket värdefull information för designprocessen.

Från relativt svaga ljuskällor till starka ljus hemma och i bilar, till exempel:sedan den blå och vita lysdioden uppfanns, vi har sett en snabb utveckling av möjliga tillämpningar. Låg energiförbrukning och lång livslängd är stora fördelar jämfört med befintliga belysningslösningar. Vita lysdioder består av en halvledare som avger blått ljus, med ovanpå det fosforplattor som förvandlar det blå ljuset till gult. Vad vi ser då, är vitt ljus. Ljuset kommer att spridas av fosforpartiklarna, men det absorberas också. Vilken del av ljuset kommer att lämna lysdioden, är inte lätt att förutse. Om du inte ser på absorption och spridning på annat sätt, enligt Maryna Meretska och hennes kollegor. Teori från astronomi hjälper.

Det som gör bra förutsägelse särskilt svårt:en del av ljuset absorberas, men återutsänds i en annan färg. Ett sätt är att försöka definiera alla möjliga ljusstrålar, och använda mycket datortid för att få ett resultat. Detta ger inte mycket insikt i vad som faktiskt händer. En teori som ofta används för ljusutbredning i en LED, är diffusionsteori. I starkt absorberande media, dock, detta tillvägagångssätt är inte giltigt längre. Meretska har därför byggt en setup för att samla upp allt ljus runt fosforplattorna, i hela det visuella spektrumet. Baserat på det här, absorption och spridning kan härledas med hjälp av strålningsöverföringsekvationen, välkänd inom astronomi. Detta resulterar i en fullständig beskrivning av ljusutbredning inuti och utanför fosforplattorna. Jämfört med en beskrivning som använder diffusionsteori, absorptionsnivån är upp till 30 procent högre. På samma gång, metoden är cirka 17 gånger snabbare än den numeriska metoden.

Dessa nya insikter kan leda till kraftfulla och prediktiva verktyg för LED-designers. De hjälper till att ytterligare förbättra effektiviteten och den övergripande prestandan.

Forskningen har gjorts i gruppen Complex Photonic Systems vid UT:s MESA+ Institute for Nanotechnology, tillsammans med Philips Lighting i Eindhoven. Universitetet i Twente har en stark koncentration av forskargrupper och anläggningar inom det snabbt växande området fotonik.