Pobudzane laserowo źródła światła białego

tekst redakcyjny

tekst redakcyjny

tel. 22 743 00 70-71
re@rynekelektryczny.pl

  |  

Źródła światła białego wykorzystujące luminofory na ciele stałym (solid-state lighting) zyskały popularność dzięki wynalezieniu przez Shuji Nakamurę diod elektroluminescencyjnych (LED) o wysokiej jasności, opartych na związkach (In,Ga) N. Właśnie dzięki rozwojowi diod elektroluminescencyjnych emitującym promieniowanie z zakresu światła niebieskiego oraz odpowiednio dopasowanym materiałom luminescencyjnym powstała zupełnie nowa kategoria wydajnych energetycznie źródeł światła, konkurujących z tradycyjnymi żarowymi i fluorescencyjnymi źródłami światła. Typowe oświetlenie ciała stałego zawiera jako źródło pobudzające diodę elektroluminescencyjną emitującą promieniowanie w paśmie niebieskim lub bliskiego nadfioletu oraz jedną lub więcej kompozycji luminoforu, który realizuje konwersję promieniowania emitowanego przez źródła LED w stronę fal dłuższych. Często stosowanym materiałem luminoforowym jest granat itrowo-glinowy domieszkowany cerem (YAG:Ce). W celu przesunięcia widma emisji luminoforu w stronę fal dłuższych stosuje się materiały współdomieszkowane różnymi jonami ziem rzadkich (Pr3+, Sm3+, Gd3+, Tm3+).

Wadą diod elektroluminescencyjnych jest spadek zewnętrznej wydajności kwantowej wraz ze wzrostem prądu zasilania, związany z występującymi stratami cieplnymi. Dla wyższych temperatur pracy następuje przesunięcie oraz poszerzenie linii emisji diody, co w efekcie obniża skuteczność całego źródła światła białego. Z tego względu, uzyskanie źródła wysokiej mocy nie jest możliwe dla pojedynczej diody (jednego złącza p-n) i w wielu rozwiązaniach dla uzyskania wymaganych parametrów źródła stosowanych jest kilkanaście takich złączy. Nowym rozwiązaniem, wprowadzonym dotychczas na rynek przez jedynie przez kilka firm na świecie, są źródła zawierające diody laserowe InGaN/AlGaN/GaN zamiast diod elektroluminescencyjnych. W przypadku zastosowania diody laserowej (DL), przy wyższych prądach nie następuje spadek skuteczności, a moc diody laserowej rośnie liniowo ze wzrostem prądu. Niebieska dioda laserowa stanowi więc atrakcyjne źródło pobudzania we wszelkich zastosowaniach, gdzie potrzebne jest światło białe dużej mocy. Dodatkowym argumentem przemawiającym za źródłami laserowymi jest możliwość umieszczenia luminoforu w znacznej odległości od źródła pobudzającego, co pozwala na zmniejszenie efektu przekazywania ciepła wydzielanego przez diodę laserową do płytki konwertera. Nadmierny wzrost temperatury luminoforu jest zjawiskiem niekorzystnym, gdyż odpowiada on w dużej mierze za przestrojenie temperatury barwowej źródła. W przeciwieństwie do źródeł LED, w przypadku pobudzania diodą laserową umieszczenie płytki luminoforu w pewnej odległości od źródła jest stosunkowo łatwe w realizacji. Można tu wykorzystać np. możliwość kształtowania wiązki diody laserowej za pomocą odpowiednio zaprojektowanych soczewek dyfrakcyjnych (soczewek Fresnela). Takie przyrządy mogą pracować w trybie odbiciowym, gdzie warstwa luminoforu umieszczona jest na odbijającym podłożu, służącym jednocześnie za element efektywnie odprowadzający ciepło.

Autor: Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych, Warszawa

Więcej w nr. majowym Rynku Elektrycznego