Un equipo de investigadores de la Universidad de Twente y de Philips en los Países Bajos ha dado un paso importante en la comprensión de cómo la luz es dispersada, absorbida y re-emitida en los LED blancos. Este avance de investigación publicado en la revista Journal of Applied Physics es relevante para las aplicaciones de iluminación de uso cotidiano ya que podría mejorar la luz de LED blancos.
Existe una fuerte voluntad e impulso a nivel mundial por generar luz blanca de forma eficiente para muchas aplicaciones de iluminación de uso cotidiano. Esta voluntad se basa principalmente en el hecho de que un 10% de la electricidad total producida es consumida por la iluminación.
El equipo investigador partió de la constatación de que los LED de luz blanca de última tecnología aprovechan que los componentes esenciales no son transparentes, pero que la luz se dispersa muchas veces, ver Figura 1.
La luz a continuación realiza lo que se conoce como un «paseo aleatorio», similar al camino de excursionistas perdidos en un bosque denso, que quieren volver a casa y que sin embargo, a cada paso pierden aun más la pista de desde dónde venían. Como resultado la luz se convierte en difusa, lo cual sirve para obtener una iluminación homogénea sin puntos calientes o sin colores angulares, unas propiedades altamente deseadas para muchas aplicaciones. Por otra parte, los fotones son reciclados para ofrecer más luz roja y amarilla. De esta manera la eficiencia de costes se mejora, y el consumo de energía se reduce.
Comprender la dispersión, absorción y re-emisión de la luz
«Los retos en la comprensión de las propiedades ópticas de los LED blancos surgen de una comprensión limitada de la dispersión, absorción y re-emisión de la luz», dice el prof. Willem Vos, investigador principal del grupo. Las propiedades de los LED están actualmente descritas por modelos en los que la dispersión, la absorción y re-emisión de luz es tratada mediante técnicas de Monte Carlo y de trazado de rayos. Vos señala que «actualmente los espectros de LED no se pueden predecir cuantitativamente, o que los parámetros ópticos se deben «retocar» para que coincidan con los datos de medición». Estas limitaciones dificultan claramente el diseño y desarrollo de los LED blancos eficientes.
El equipo de Twente y Philips Lighting utilizó un enfoque original para caracterizar la dispersión, absorción y re-emisión de la luz. Los investigadores recogieron la luz que salía en todas las direcciones desde un difusor LED mediante un cuidadoso filtrado espectral de la luz entrante y filtrando por separado la luz saliente, ver Fig. 2 (a).
En el rango de longitudes de onda del verde al rojo, la transmisión total difiere en 10% de puntos comparado con la transmisión medida de manera convencional. A continuación, los investigadores utilizaron la teoría de Nanofotónica, en la que la dispersión de luz se describe a partir de unos principios iniciales, para derivar en base a las mediciones, la trayectoria libre media, que es la distancia media después de la cual los fotones pierden su sentido de la orientación (como los excursionistas en el bosque). La trayectoria libre media difiere en más del 50% de la que se extrae con el enfoque tradicional, ver Fig. 2 (b). Los nuevos conocimientos se están utilizando para mejorar considerablemente el diseño de los LED blancos consiguiendo un menor impacto ambiental de una manera mucho más eficiente.
El trabajo de investigación «¿Cómo distinguir la luz elásticamente dispersada de la luz desplazada de Stokes en iluminación de estado sólido?» Está escrito por Maryna Meretska, AdLagendijk, Henri Thyrrestrup, Wilbert IJzerman, Allard Mosk y Willem Vos, y aparece en Journal of Applied Physics
La estudiante de doctorado Maryna Meretska, profesor Ad Lagendijk, postdoc Henri Thyrrestrup, profesor Allard Mosk y profesor Willem Vos están afiliados al Instituto MESA + de la Universidad de Twente. El Prof. Wilbert IJzerman pertenece a Philips Lighting en Eindhoven en los Países Bajos.
La investigación fue apoyada por la fundación holandesa de tecnología STW, la Fundación para la Investigación Fundamental de la Materia FOM, la Organización Holandesa para la Investigación Científica NWO, y el Consejo Europeo de Investigación (ERC).
Los detalles sobre el trabajo se encuentran en el siguiente enlace:
http://scitation.aip.org/content/aip/journal/jap/119/9/10.1063/1.4941688.
Por Maryna Meretska y Willem Vos publicado en OSA
