Nanoantennen haben eine glänzende Zukunft vor sich

Weiße LEDs könnten bald entthront werden

23.12.2022 - Japan

Weiße LEDs könnten schon bald von einer Alternative mit einem viel besseren Richtungssinn als die weltweit beliebteste Lichtquelle entthront werden.

Als optische Steuerungstechnologie der nächsten Generation ist ein photonischer Kristall oder eine Nanoantenne eine zweidimensionale Struktur, in der Partikel in Nanogröße periodisch auf einem Substrat angeordnet sind. Durch die Kombination einer Nanoantenne mit einer Phosphorplatte wird bei der Bestrahlung eine ideale Mischung aus blauem und gelbem Licht erzielt.

Weiße LEDs wurden bereits in Form von weißen Laserdioden (LDs) verbessert, die aus gelben Leuchtstoffen und blauen LDs bestehen. Während die blauen LDs stark gerichtet sind, strahlen die gelben Leuchtstoffe in alle Richtungen, was zu einer unerwünschten Farbmischung führt.

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Um dieses Problem zu lösen, haben Forscher Leuchtstoffplatten in Kombination mit Nanoantennen aus metallischem Aluminium entwickelt, die eine verstärkte Photolumineszenz ermöglichen. Aluminium-Nanopartikel streuen das Licht effektiv und verbessern die Lichtintensität und -ausrichtung; allerdings absorbiert Aluminium auch Licht, was die Leistung verringert. Dies ist ein großer Engpass, insbesondere bei Beleuchtungsanwendungen mit hoher Lichtintensität.

Einem Forscherteam der Universität Kyoto ist es nun gelungen, die vorwärts gerichtete Photolumineszenz um das Zehnfache zu steigern, indem Aluminium durch ein besseres Material ersetzt wurde.

"Es hat sich herausgestellt, dass Titandioxid aufgrund seines hohen Brechungsindex und seiner geringen Lichtabsorption die bessere Wahl ist", sagt der Hauptautor Shunsuke Murai.

Obwohl die Lichtstreuungsintensität von Titanoxid anfangs schlechter zu sein schien als die von metallischem Aluminium, nutzte das Team Computersimulationen, um das optimale Design der Nanoantenne zu entwickeln.

"Die neuen Nanoantennen-Leuchtstoffe sind vorteilhaft für eine sehr helle und dennoch energiesparende Festkörperbeleuchtung, da sie den Temperaturanstieg bei der Bestrahlung unterdrücken können", erklärt Murai.

"Bei der Suche nach den optimalen Abmessungen stellten wir zu unserer Überraschung fest, dass die dünnsten Leuchtstoffe die hellste Photolumineszenz erzeugten, was zeigt, wie man die Intensität der Vorwärtsstrahlung und die Gesamtleistung steigern kann."

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