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LED VS 激光,谁能笑到最初?

泉源:CNLED网

择要: 从LED转到激光不会是一夜之间的事变。相反,在可预感的将来,基于LED的灯具将仍旧是天生白光的重要手腕。

  美国俄亥俄大学的Faiz Rahman以为,关于荧光粉泵浦的白光源,从LED转换到激光可提高效率、延伸使用寿命并发生高度准曲的光束。

现在,激光光源基于半极性GaN激光二极管,并联合先辈的荧光粉手艺。因为激光集中于荧光粉上某个细小点发射光芒并转换成白光,光源可以或许输出平安且高度准曲的白光。基于激光的要领,其属性包孕温度的降低近低于LED。激光泵浦也是适用的,由于在远紫外发射的装配很容易得到,而且能够有效地起到这类感化。

从LED转到激光不会是一夜之间的事变。相反,在可预感的将来,基于LED的灯具将仍旧是天生白光的重要手腕。然则,基于激光二极管的固态照明体系曾经在下亮度照明运用中得到了运用,而且如今有几家制造商曾经消费了。

激光二极管泵浦灯具生长的动力是制止LED效力下落。然则,这不是唯一的优点。除Soraa和其他几家外,其他LED源的制造商运用的芯片不包含短于约450nm的波长。因而,当接纳这些峰值波长为450-460nm的便宜LED用于磷光体泵浦时,获得的光源在光谱的紫色局部会缺乏。

运用405nm紫外发光激光二极管的白光灯能够制止这种情况。这些装备很自制、高效,并且在市场上也有。运用短波长磷光体泵浦,光谱输出更雄厚,光谱覆盖率更大,并且显色指数高于典范的LED泵浦白光源(拜见图1)。

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图1

来自激光二极管泵浦白光灯的光的色度点险些是中性的(x=0.3305,y=0.3309),证实了光源的光谱雄厚度。图中的黑线是普朗克轨迹

在很多状况下,比白光质量更主要的是数目。以这类体式格局判定,激光二极管泵浦收回的光芒很强,因而它们是修建照明、探照灯和汽车前灯幻想的下强度光源。激光源的另一个属性是收回的光光束发散性极小,险些靠近平行。

激光泵浦光源的长处引发了汽车制造商的注重,它们正在主动为高端车型安装上激光头灯。便像LED照明在汽车行业的渗出一样,高端车型引领潮水,个中便包孕宝马的一些车型(见图2)。

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图2

宝马的激光前照灯具有零丁的激光二极管、光束组合器、荧光体靶和反射器组件。

激光泵浦构造

取LED差别,当运用激光二极管来泵浦荧光体时,需求差别的布置。因为激光辐射的定向特性及其下强度,不可能简朴天便把磷光体堆积在泵装配的顶部。相反,需求更多的光学部署,比方磷光体板和反射器的组合,大概运用磷光体涂覆的积分球(拜见图3)。

关于这两种要领,只要运用适宜的手艺去组合多个激光束,便能够运用一个或两个以上的二极管停止泵浦。那意味着激光泵浦光模块的光功率没有上限。运用近程泵浦构造的别的一个长处是磷光体不在热部件上,那能够防备荧光体在操纵时期加热,大大延伸其使用寿命。

激光泵浦的一个相对简朴的要领是将激光器指导到荧光体板而且用反射器准直所得到的辐射(拜见图3(a))。 但是,在光功率转换方面,运用荧光体涂覆的积分球更有用(拜见图3(b))。

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图3 激光二极管泵浦的典范光学设置

凭据是不是需求低功率或下功率光源,能够接纳其他计划。比方,小灯具能够运用光束扩大透镜来泵浦全部荧光体板。这种方法如图4所示,描画了单个纵贯灯的光芒跟踪仿真。

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图4

用于小型激光泵浦灯的一种高效泵浦装配。泵浦光(赤色光束)从左边进入,经由过程凸光束扩大透镜,扩展到右边的荧光体涂层玻璃板面上,并入射到有机硅联合的荧光体层上。下转换光显现为蓝光。在图中,荧光板显现为不透明,取绿色反射镜星散,目标是能够看到反射器外壳内的光芒的轨迹。在现实的灯中,荧光板(许可光芒向外劳出的通明玻璃片)被密封到反射器边上。只要很少的光芒反向反射回左边的激光模块(未示出)。

固然激光泵浦发生的白光源有许多的长处,然则也必需要思索其局限性。便像基于LED的灯一样,发射的光芒包含两个差别的组成部分:来自磷光体的下转换光,和盈余的已转换的激光。然则,运用激光,最大的区分就是内涵的一致性,那会致使雀斑,即泛起在明面上的可见光及暗点。

雀斑的瑕玷不容忽视,除让人专心以外,它对视觉感知也有负面影响,它会阻碍检测照明物体的空间细节。测试注解,雀斑将目力敏度低落了40%,而且低落了感知上下空间频次的才能。这些问题是致使激光照明未能盛行的一部分缘由。

请注重,运用激光投影机时,经由过程一些手腕去削减激光的相干性,能够将雀斑转化为可接受的程度。然则运用激光照耀荧光体,雀斑以至能够降到更低的程度。在这种情况下,雀斑小到能够完整疏忽。那重要是由于好的灯设想确保了大多数激光被转换成不收回雀斑的较长波少。

别的的一个优点就是盈余的激光表现出异常小的雀斑,那是因为当它经由过程荧光体层时阅历屡次散射,其相干性低落。磷光泵浦激光体系发生的光芒强、颜色雄厚、无雀斑,优于LED灯具发生的光。

  赞同取阻挡

激光泵浦白光源的最大瑕玷取二极管相干。起首,那款芯片的价格比LED要下许多。只管在数据存储运用中普遍运用,但关于等效的发光程度,激光二极管比LED要贵很多。因为本钱下,激光泵浦磷光体体系价钱高贵,现在只能布置在专门的、不那么在意本钱的照明运用中。

激光泵浦照明体系的一个长处是能够掩盖普遍的输出功率。商用激光二极管的功率额定值从几毫瓦到几瓦,经由过程组合几个激光器的输出能够构成更壮大的源。然则,这不利于体系的寿命。那是由于二极管寿命低于LED的寿命,特别是当它们在下驱动电流下工做时。

为什么二极管寿命低?那能够追溯到激光构造中细小的、预先存在的晶体位错。当器件以下功率电平驱动时,这些缺点会大大增添。以这类体式格局运转会逐步构成普遍的位错网络,称为暗线缺点。它们作为非辐射复合的位点,削减了装备的光输出。二极管的亮度跟着工夫的推移而削减,而且因为泵浦的光源输出下落,亮度太低直到灯灭。

令人鼓舞的是,跟着激光二极管的成熟度增添,这个问题曾经没有那么严峻了,但照样有待进一步处理。转而运用有利于内涵发展的原生GaN衬底或许是个设施,由于如许会削减界面穿透位错的数目,并增添激光二极管的寿命。

接纳基于激光的白光照明的另一个突破点是经由过程规模经济低落下本钱。那将为紫外线和远紫外激光二极管拓荒新市场。固然LED照明无疑在今天处于领先地位,但在随后的几年中,请留意激光体系。

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