Люминофоры наноантенн, состоящие из периодического массива наночастиц на пластине люминофора, могут адаптировать пространственную диаграмму излучения фотолюминесценции для небольших, легких и ярких твердотельных осветительных устройств. Предоставлено: KyotoU/Shunsuke Murai

Белые светодиоды могут вскоре быть свергнуты с престола в качестве источника света в мире альтернативой с гораздо лучшим чувством направления.

В качестве технологии оптического управления следующего поколения фотонный кристалл или наноантенна представляет собой двумерную структуру, в которой наноразмерные частицы периодически располагаются на подложке. При облучении комбинация наноантенны с люминофорной пластиной обеспечивает идеальное сочетание синего и желтого света.

Белые светодиоды уже были улучшены в виде белых лазерных диодов или LD, которые состоят из желтых люминофоров и синих LD. В то время как синие LD имеют высокую направленность, желтые люминофоры излучают во всех направлениях, что приводит к нежелательному смешению цветов.

Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали люминофорные пластины в сочетании с наноантеннами из металлического алюминия , что позволяет увеличить фотолюминесценцию. Наночастицы алюминия эффективно рассеивают свет и улучшают его интенсивность и направленность; однако алюминий также поглощает свет, снижая выходную мощность. Это основное узкое место, особенно в приложениях с высокоинтенсивным освещением.

Теперь группа исследователей из Киотского университета добилась десятикратного усиления прямой фотолюминесценции, заменив алюминий более качественным материалом.

«Оказалось, что диоксид титана — лучший выбор из-за его высокого показателя преломления и поглощения при слабом освещении», — говорит ведущий автор 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 прямого излучения и общую производительность».

Статья «Инженерия фотолюминесценции с люминофорами с наноантеннами» появилась 21 декабря 2022 года в Journal of Materials Chemistry C.