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激光二極管可望進軍照明市場?

發(fā)布時間:2020-06-09 來源:ASPENCORE旗下EDN美國版 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】半導(dǎo)體激光器在未來是否可用于一般照明呢?半導(dǎo)體激光器的能效是傳統(tǒng)LED的100倍,甚至更高,因此能夠以更小的裸片尺寸提供非常高的光輸出。對物理尺寸有限的應(yīng)用來說,半導(dǎo)體激光器的吸引力顯而易見,但將其用于一般照明的缺點在于其發(fā)射腔非常窄…
   
LED和半導(dǎo)體激光器(或激光LED)的工作方式基本相同,亦即當(dāng)電子與空穴聚合時發(fā)出光,其發(fā)射波長取決于所使用的材料。不同的是,LED光的光譜范圍比較窄,而半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光基本是單一波長。半導(dǎo)體激光器的發(fā)射波長范圍可以從紅外線到紫外線,且已廣泛應(yīng)用于光纖通訊、條形碼讀取器、光盤閱讀器和激光打印等領(lǐng)域。但截至目前為止,半導(dǎo)體激光器在常規(guī)照明中的應(yīng)用則被證明是不切實際的。
和傳統(tǒng)激光一樣,半導(dǎo)體激光器也需要諧振腔來放大。諧振腔由兩個間隔幾百微米的平行平面構(gòu)成,這兩個平面充當(dāng)反射鏡,將發(fā)射的光子反彈回空腔。在低功率水平下,半導(dǎo)體激光器的功能類似于傳統(tǒng)LED。當(dāng)功率夠大時(約4kW/cm2),在兩個「反射鏡」之間彈射的光子開始刺激半導(dǎo)體材料發(fā)射更多的光子。當(dāng)受激光子的產(chǎn)生抵消并超過內(nèi)部損耗時,設(shè)備開始「發(fā)射激光」,即發(fā)射單一波長的相干光。
 
 激光二極管可望進軍照明市場?
 
傳統(tǒng)LED和半導(dǎo)體激光器之間也存在一些相似之處:兩者都由AC-DC驅(qū)動器供電,并且在溫度升高時,光輸出都會下降。但與傳統(tǒng)LED不同的是,半導(dǎo)體激光器似乎不受Droop效應(yīng)的影響,Droop效應(yīng)會增加驅(qū)動電流,從而導(dǎo)致功效降低(輸出流明/輸入瓦特)。對于照明產(chǎn)品應(yīng)用,常規(guī)藍光LED比半導(dǎo)體激光器器具有更高的功效,但僅在較低的輸入電流下如此。因此,考慮到所需的基板面積,從常規(guī)藍光LED中產(chǎn)生相同水平的光是不實際的。
 
盡管激光二極管在上世紀60年代就已經(jīng)出現(xiàn),但直到最近才具有足夠高的能效,而被考慮用于照明應(yīng)用,尤其是用于汽車的高端車燈中。BMW就提供了激光前照燈,并聲稱它比LED前照燈亮10倍,效率高30%。它透過使用精確放置的反射鏡,在前照燈外殼內(nèi)部反射藍色半導(dǎo)體激光器來產(chǎn)生白光光束,然后利用填充了熒光粉的透鏡將其聚焦,從而產(chǎn)生高強度白光。
 
半導(dǎo)體激光器在未來是否可用于一般照明呢?熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED的理論能效極限約為350流明/瓦,而市售照明產(chǎn)品接近200流明/瓦。半導(dǎo)體激光器的能效是傳統(tǒng)LED的100倍,甚至更高,因此能夠以更小的裸片尺寸提供非常高的光輸出。對物理尺寸有限的應(yīng)用來說(例如汽車前照燈),半導(dǎo)體激光器的吸引力顯而易見,但將其用于一般照明的缺點在于其發(fā)射腔非常窄(大約只有1~2度)。
 
目前到底有多少公司致力于將半導(dǎo)體激光器用于一般照明,我們還不清楚,但至少有一家公司已經(jīng)提供了相關(guān)產(chǎn)品。SLD Laser早于2016年就推出了LaserLight表面黏著(SMD)組件,該組件采用藍光半導(dǎo)體激光器、熒光粉和高流明封裝,在7×7mm封裝內(nèi)可以發(fā)出約500流明的白光,而且對人眼沒有傷害,其精密的光學(xué)組件實現(xiàn)了不超過2度的光束角,LaserLight SMD組件是全球第一款獲得UL 8750安全認證的半導(dǎo)體激光器光源。
 
最有可能的情況是,激光半導(dǎo)體首先被應(yīng)用到特殊建筑的照明產(chǎn)品中,這些應(yīng)用需要窄且高強度的光束。例如,在博物館、畫廊、零售空間和其他一些特殊場所,只需照亮空間的一個角落,而無需照亮整個空間。這不僅是空間美學(xué)的需要,而且還簡化了控制和維護。但由于半導(dǎo)體激光器傳播的光束很窄,要開發(fā)經(jīng)濟可行的常規(guī)照明產(chǎn)品,可能還需要結(jié)合光纖或波導(dǎo)來引導(dǎo)和傳輸發(fā)射的光。
 
在Baja Designs提供的照明配件照片和視訊中,可以看到越野車中采用的半導(dǎo)體激光器照明。Baja Designs聲稱,他們的OnX6 Hybrid Laser/LED和XL Laser High Speed Spot聚光燈的照明距離是傳統(tǒng)LED越野車照明產(chǎn)品的350%,非常適合夜間進行越野比賽。
 
(原文發(fā)表于ASPENCORE旗下EDN美國版,參考鏈接:Laser diodes add intensity to narrow-beam lighting,by Yoelit Hiebert)
 
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