Les LED blanches pourraient bientôt être détrônées en tant que source lumineuse de référence dans le monde par une alternative avec un bien meilleur sens de l’orientation.
En tant que technologie de contrôle optique de nouvelle génération, un cristal photonique ou une nanoantenne est une structure bidimensionnelle dans laquelle des nanoparticules sont disposées périodiquement sur un substrat. Lors de l’irradiation, la combinaison d’une nanoantenne avec une plaque de phosphore permet d’obtenir un mélange idéal de lumière bleue et jaune.
Les LED blanches ont déjà été améliorées sous la forme de diodes laser blanches, ou LD, composées de luminophores jaunes et de LD bleues. Alors que les LD bleus sont hautement directionnels, les luminophores jaunes rayonnent dans toutes les directions, ce qui entraîne un mélange indésirable de couleurs.
Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont développé des plaques de phosphore combinées à des nanoantennes utilisant de l’aluminium métallique, permettant une photoluminescence accrue. Les nanoparticules d’aluminium diffusent efficacement la lumière et améliorent l’intensité et la directionnalité de la lumière ; cependant, l’aluminium absorbe également la lumière, ce qui réduit le rendement. Il s’agit d’un goulot d’étranglement majeur, en particulier dans les applications d’éclairage à haute intensité.
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs de l’Université de Kyoto a réussi à décupler la photoluminescence dirigée vers l’avant en remplaçant l’aluminium par un meilleur matériau.
« Il s’avère que le dioxyde de titane est un meilleur choix pour son indice de réfraction élevé et sa faible absorption de la lumière », déclare l’auteur principal Shunsuke Murai.
Bien que l’intensité de diffusion de la lumière de l’oxyde de titane ait initialement semblé inférieure à celle de l’aluminium métallique, l’équipe a utilisé des simulations informatiques pour concevoir la conception optimale de la nanoantenne.
« Les nouveaux luminophores de nanoantenne sont avantageux pour un éclairage à semi-conducteurs intensément lumineux mais économe en énergie, car ils peuvent supprimer l’augmentation de température lorsqu’ils sont irradiés », explique Murai.
« Au cours du processus de recherche des dimensions optimales, nous avons été surpris de découvrir que les luminophores les plus minces donnaient la photoluminescence la plus brillante, démontrant comment augmenter l’intensité du rayonnement direct et les performances globales. »
L’article, « Photoluminescence Engineering with nanoantenna phosphors », est paru le 21 décembre 2022 dans le Journal de chimie des matériaux C.
Plus d’information:
Shunsuke Murai et al, Ingénierie de la photoluminescence avec des luminophores de nanoantenne, Journal de chimie des matériaux C (2022). DOI : 10.1039/D2TC03076D