В недавнем исследовании было обнаружено, что оксиды титана значительно повышают эффективность и фотолюминесценцию светодиодов. Господство белых светодиодов в качестве основного источника света может скоро закончиться с появлением новой альтернативы.
Фотонный кристалл или наноантенна, двумерная структура с периодическим расположением наноразмерных частиц, разрабатывается как передовая технология оптического контроля. Воздействие света на комбинацию наноантенны с люминофорной пластиной дает гармоничное сочетание синего и желтого света.
Белые светодиоды уже получили улучшение в виде белых лазерных диодов (LD), которые состоят из желтых люминофоров и синих лазерных диодов. Синие LD узконаправлены, а желтые люминофоры излучают во всех направлениях, что приводит к нежелательному смешению цветов.
Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали люминофорные пластины в сочетании с наноантеннами с использованием металлического алюминия, что позволяет увеличить фотолюминесценцию. Наночастицы алюминия эффективно рассеивают свет и улучшают его интенсивность и направленность. Однако алюминий также и поглощает свет, снижая выходную мощность. Это основное узкое место, особенно для задач, требующих высокой интенсивности освещения.
Группа исследователей из Киотского университета добилась десятикратного усиления прямой фотолюминесценции, заменив алюминий диоксидом титана.
«Оказалось, что диоксид титана — лучший выбор из-за его высокого показателя преломления и поглощения при слабом освещении», — говорит ведущий автор исследования Шунсуке Мураи.
Хотя интенсивность светорассеяния оксида титана изначально казалась меньшей, чем у металлического алюминия, команда использовала компьютерное моделирование для разработки оптимальной конструкции наноантенны.
«Новые люминофоры наноантенн выгодны для очень яркого, но энергосберегающего твердотельного освещения, поскольку они могут подавлять повышение температуры при облучении, — объясняет Мураи. — В процессе поиска оптимальных размеров мы с удивлением обнаружили, что самые тонкие люминофоры давали самую яркую фотолюминесценцию, демонстрируя, как увеличить интенсивность и прямого излучения и общую мощность».
Статья «Photoluminescence engineering with nanoantenna phosphors» авторства Шунсуке Мураи, Фейфей Чжан, Коки Айчиа и Кацухиса Танака, от 21 декабря 2022 г опубликована в Journal of Materials Chemistry.
Источник: SciTechDaily