Stichting FOM
18 februari 2010, 2010/008
Onderzoek opent nieuwe mogelijkheden voor witte-led-verlichting en
lichtsensoren
Stichting FOM en Philips verlengen samenwerking in nanotechnologie
onderzoek
Meer dan vijfentwintig wetenschappelijke publicaties in
toptijdschriften en zeven octrooiaanvragen, dat is de oogst van vijf
jaar gezamenlijke inspanning van Philips Research en de
onderzoeksgroep van dr. Jaime Gómez Rivas, wetenschapper van de
Stichting Fundamenteel Onderzoek der Materie. Onlangs is een nieuwe
samenwerkingsovereenkomst, een Industrial Partnership Programme (IPP),
getekend tussen beide partijen. Onder de titel Improved solid-state
light sources starten FOM en Philips een onderzoeksprogramma om
fundamentele kennis te verwerven die nodig is om de efficiëntie van
LEDs, in het bijzonder voor het verkrijgen van wit licht, te
vergroten.
Samenwerking FOM en Philips Research verlengd
Dr. Peter Wierenga, Executive Vice President & Chief Executive Officer
Philips Research, en dr. Wim van Saarloos, directeur van de Stichting
FOM, bekrachtigen de verlengde samenwerking.
Foto: Bram Saeys
Nanodraden gegroeid op halfgeleider
Links: Taps toelopende nanodraden verlagen de reflectie aan het
oppervlak tussen lucht en een halfgeleider materiaal met een hoge
brekingsindex door het licht langzaam in de halfgeleider te leiden.
Rechts: Elektronenmicroscoopopname van nanodraden, die op een
halfgeleider gegroeid zijn.
Hoge kwaliteit wit licht is van belang voor algemene
verlichtingstoepassingen. Echter, wit licht kan niet rechtstreeks uit
een halfgeleider LED worden gehaald, maar wordt (voornamelijk)
verkregen door het licht van een blauwe LED om te zetten, met
fosformateriaal. Door nu deze conversie van het licht evenals de
uitkoppeling van licht uit de halfgeleider verder te verbeteren,
kunnen witte LED-lampen in de toekomst nog energiezuiniger worden.
De FOM groep van dr. Jaime Gómez Rivas heeft zich gespecialiseerd in
onderzoek naar de interactie tussen op nanometerschaal
gestructureerde materialen en licht (nanofotonica). Deze kennis is
toepasbaar voor het verbeteren van de lichtopbrengst en de
energie-efficiëntie van lichtbronnen en vormt het uitgangspunt van het
nieuwe onderzoekprogramma.
Binnen de vorige IPP, met de naam Microphotonic light sources (2005 -
2010), heeft de groep Gómez Rivas een aantal aansprekende resultaten
op het gebied van nanofotonica geboekt die ook voor Philips van belang
zijn.
* Onderzoekers van Philips waren erin geslaagd om op een oppervlak
draden met een doorsnede van tientallen nanometers te groeien van
halfgeleidend materiaal. Toen een FOM onderzoeker een
gepolariseerde lichtbundel door een laag van dergelijke nanodraden
stuurde, bleek dat de invloed op die lichtbundel sterk afhing van
de omgeving van de nanodraden. Dit soort gevoeligheid is een
belangrijke basiseigenschap voor sensoren.
* Een andere interessante toepassing van deze nanodraden kwam aan
het licht toen ze gegroeid werden op een halfgeleider van
hetzelfde materiaal. Halfgeleider substraten zijn over het
algemeen sterk spiegelend en dat is een groot nadeel als licht
erin (zonnecel) of eruit (LED) gekoppeld moet worden. Een laag
nanodraden, van een gewenste lengte, bleek de waargenomen
reflectie sterk te verminderen en leidde tot verder onderzoek naar
toepasbaarheid, dat zich binnen Philips met name op LEDs richtte.
Het onderzoeksgebied dat in de nieuwe IPP de meeste aandacht krijgt is
het gebruik van op nanometer schaal gestructureerde metaallagen op
transparante substraten. Dit type lagen heeft heel bijzondere
eigenschappen. Zo kun je door de periodiciteit en afmetingen van de
structuren te variëren hoekonafhankelijke kleurfilters maken voor
toepassing in detectoren.
Een tweede belangrijke eigenschap is dat deze structuren gecombineerd
kunnen worden met materialen die licht van de ene golflengte
absorberen en een andere golflengte uitstralen. De aanwezigheid van de
gestructureerde metaallaag zou het mogelijk kunnen maken om met veel
dunnere lagen van deze lichtconverterende materialen een goede
omzetting te bereiken. Dit verlaagt het gebruik van materialen en
daarmee de kosten voor toepassing voor witte LEDs, waar een deel van
het van oorsprong blauwe licht van de LEDs door conversie in geel
wordt omgezet. Deze toepassing is aanleiding voor gezamenlijke
inspanning in de IPP.
Net als het vorige programma wordt ook het vervolg uitgevoerd binnen
de laboratoria van Philips in Eindhoven, waar de groep van Gómez Rivas
is gehuisvest en nauw samenwerkt met de Photonic Materials and Devices
groep van Philips Research. Daarnaast maakt de groep Gómez Rivas
gebruik van de geavanceerde apparatuur in het nieuwe laboratorium van
het FOM-instituut AMOLF in Amsterdam. Het programma heeft een looptijd
van vier jaar. FOM en Philips betalen de kosten (MEUR 2,2)
gezamenlijk.