产业新闻

您当前的位置:主页 > 产业新闻 >

激光白光照明及车用照明运用长处与缺点剖析

来源:http://www.hnyuekan.com 编辑:d88尊龙 时间:2018/08/04

  激光白光照明及车用照明运用长处与缺点剖析

  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变换到激光可进步功率、延伸运用寿数并发作高度准直的光束。

  现在,激光光源依据半极性GaN激光二极管,并结合先进的荧光粉技能。由于激光集中于荧光粉上某个细小点发射光线并变换成白光,光源能够输出安全且高度准直的白光。依据激光的办法,其特点包括温度的升高远低于LED。激光泵浦也是有用的,由于在近紫外发射的设备很简略取得,而且能够有用地起到这种效果。

  从LED转到激光的进程不会一夜之间发作。相反,在可预见的未来,依据LED的灯具将仍然是生成白光的首要手法。可是,依据激光二极管的固态照明体系现已在高亮度照明运用中取得了运用,而且现在有几家制造商现已出产了。

  激光二极管泵浦灯具开展的动力是避免LED功率下降。可是,这不是仅有的长处。除了Soraa和其他几家外,其他LED源的制造商运用的芯片不包括短于约450nm的波长。因而,当选用这些峰值波长为450-460nm的廉价LED用于磷光体泵浦时,得到的光源在光谱的紫色部分会缺乏。

  运用405nm紫外发光激光二极管的白光灯能够避免这种状况。这些设备很廉价、高效,而且在市场上也有。运用短波长磷光体泵浦,光谱输出更丰厚,光谱掩盖率更大,而且显色指数高于典型的LED泵浦白光源(参见图1)。

  

  

图1.来自激光二极管泵浦白光灯的光的色度点简直是中性的(x=0.3305,y=0.3309),证明了光源的光谱丰厚度。图中的黑线是普朗克轨道。

  在许多状况下,比白光质量更重要的是数量。以这种办法判别,激光二极管泵浦宣布的光线很强,因而它们是修建照明、探照灯和轿车前灯抱负的高强度光源。激光源的另一个特点是宣布的光光束发散性极小,简直挨近平行。

  激光泵浦光源的长处引起了轿车制造商的留意,它们正在积极为高端车型安装上激光头灯。就像LED照明在轿车行业的浸透相同,高端车型引领潮流,其中就包括宝马的一些车型(见图2)。

  

  

图2.宝马的激光前照灯具有独自的激光二极管、光束组合器、荧光体靶和反射器组件。

  激光泵浦结构

  与LED不同,当运用激光二极管来泵浦荧光体时,需求不同的组织。由于激光辐射的定向特性及其高强度,不可能简略地就把磷光体沉积在泵设备的顶部。相反,需求更多的光学安置,例如磷光体板和反射器的组合,或许运用磷光体涂覆的积分球(参见图3)。

  关于这两种办法,只需运用适宜的技能来组合多个激光束,就能够运用一个或两个以上的二极管进行泵浦。这意味着激光泵浦光模块的光功率没有上限。运用长途泵浦结构的别的一个长处是磷光体不在热部件上,这能够避免荧光体在操作期间加热,大大延伸其运用寿数。

  激光泵浦的一个相对简略的办法是将激光器引导到荧光体板而且用反射器准直所得到的辐射(参见图3(a))。 可是,在光功率变换方面,运用荧光体涂覆的积分球更有用(参见图3(b))。

  

  

图3. 激光二极管泵浦的典型光学设置

  依据是否需求低功率或高功率光源,能够选用其他计划。例如,小灯具能够运用光束扩张透镜来泵浦整个荧光体板。这种办法如图4所示,描绘了单个直通灯的光线盯梢仿真。

  

  

图4.用于小型激光泵浦灯的一种高效泵浦设备。泵浦光(赤色光束)从左边进入,经过凹光束扩张透镜,扩展到右侧的荧光体涂层玻璃板面上,并入射到有机硅结合的荧光体层上。下变换光显现为蓝光。在图中,荧光板显现为不通明,与绿色反射镜别离,意图是能够看到反射器外壳内的光线的轨道。在实践的灯中,盘点上半年LED圈专利保卫战环亚荧光板(答应光线向外逸出的通明玻璃片)被密封到反射器边上。只要很少的光线反向反射回左边的激光模块(未示出)。

  尽管激光泵浦发作的白光源有许多的长处,可是也必需要考虑其局限性。就像依据LED的灯相同,发射的光线包括两个不同的组成部分:来自磷光体的下变换光,以及剩下的未变换的激光。可是,运用激光,最大的差异就是内涵的一致性,这会导致斑驳 - 即出现在亮面上的可见光及暗点。

  不能忽视斑驳的缺点,除了让人分神之外,它对视觉感知有负面影响,阻碍了检测照明物体的空间细节。测验标明,斑驳将视力敏度下降了40%,下降了感知凹凸空间频率的才能。这些问题是直接激光照明未能盛行的一部分原因。

  请留意,运用激光投影机时,经过一些手法来削减激光的相干性,能够将斑驳转化为可接受的水平。可是运用激光照耀荧光体,斑驳乃至能够降到更低的水平。在这种状况下,斑驳太小,能够彻底疏忽。这首要是由于好的灯规划保证了大多数激光被变换成不宣布斑驳的较长波长。别的的一个长处就是剩下的激光表现出十分小的斑驳,这是由于当它经过荧光体层时阅历屡次散射,其相干性下降。磷光泵浦激光体系发作的光线强、颜色丰厚、无斑驳,优于LED灯具发作的光。

  赞成者和反对者

  激光泵浦白光源的最大缺点与二极管相关。首要,这款芯片的价格比LED要高许多。尽管在数据存储运用中广泛运用,但关于等效的发光水平,激光二极管比LED要贵得多。由于本钱高,激光泵浦磷光体体系价格昂贵,现在只能布置在专门的、不那么在乎本钱的照明运用中。

  激光泵浦照明体系的一个长处是能够掩盖广泛的输出功率。商用激光二极管的功率额定值从几毫瓦到几瓦,经过组合几个激光器的输出能够构成更强壮的源。可是,这不利于体系的寿数。这是由于二极管寿数低于LED的寿数,特别是当它们在高驱动电流下作业时。为何二极管寿数低?这能够追溯到激光结构中细小的、预先存在的晶体位错。当器材以高功率电平驱动时,这些缺点会大大添加。以这种办法运行会逐步构成广泛的位错网络,称为暗线缺点。它们作为非辐射复合的位点,削减了设备的光输出。二极管的亮度跟着时刻的推移而削减,而且由于泵浦的光源输出下降,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添加,这个问题的严峻程度现已削弱了,但还没有消除。协助处理这个问题的是为了外延成长而转变为原生GaN衬底,由于这样会削减界面穿透位错的数量,并添加激光二极管的寿数。

  选用依据激光的白光照明的另一个突破点是经过规模经济下降高本钱。这将为紫外线和近紫外激光二极管拓荒新市场。尽管LED照明无疑在今日处于领先地位,但在随后的几年中,请留神激光体系。(编译: James)

  更多LED相关资讯,请点击或重视微信大众账号(cnledw2013)。