一种由激光二极管激发的白光光源外文翻译资料

 2022-12-07 16:27:32

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一种由激光二极管激发的白光光源

SHINGO MASUI, TOMOYA YAMAMOTO, and SHIN-ICHI NAGAHAMA

Nichia Corporation, Anan City, Tokushima Prefecture, Japan

摘要：我们开发了一个紧凑的，高亮度白光光源基于氮化物半导体蓝色激光二极管（LD）和黄色荧光材料。从LD的蓝色激光聚焦在黄色荧光粉的光学透镜。其结果是，由蓝色激光激发的荧光粉中的蓝光和黄光混合得到白色的光。在工作电流1.2 A下光通量250lm，亮度270的cd /mm2 。这种高亮度是传统的隐藏的光的2.5倍。C 2015威利期刊公司电子通讯日，98（5）：23–27、2015；发表在威利在线图书馆（wileyonlinelibrary。com）。 DOI 10.1002/ecj.11671。

关键词：高亮度，激光二极管，白光光源

1、介绍

1996年，独特的白色发光二极管（LED）首次商业化是[ 1 ]结合蓝色LED和从发出黄光吸收光的日亚YAG荧光体材料。这白色发光二极管的优点是非常小和轻，和在传统的白光光源中没有发现的很长的寿命和良好的驱动性。结果，目前，它在大多数手机里被用作一个背光的彩色液晶显示器，并已渗透到我们的日常生活。发光效率提高了约是荧光灯（75 lm/W）。在普通照明中的应用不断进步，并继续扩大市场。另一方面，从目前商业销售的白光LED的亮度来看，LED有几级cd/mm2，约一个数量级小于一个高强度放电（HID）灯，因此，很少用于大型投影机，车辆前照灯，或其他应用要求高亮度的光源。

我们开发了一种高亮度白光光源，使用一个甘蓝光激光二极管（半导体激光器）作为激发光源，并结合它与荧光粉。报道的细节如下。

2、白光光源结构

图1和图2显示了一张照片和一个高亮度白光光源的示意图。它的构成主要有三部分组成：在一个金属封装的450纳米的波长高输出的氮化物蓝光半导体激光器[ 2 ]，光学透镜和荧光体材料。高亮度白光光源中的白色发光的结构大致相当于一个白色发光二极管和一个黄色荧光粉材料的结合。从蓝色半导体激光器发出的激光通过非球面光学透镜聚焦，白色的光是通过激发黄色荧光材料的直径为0.65毫米的非球面光学透镜。

图2.白光光源的原理结构。【颜色图可以在网上查找，wileyonlinelibrary.com】

图1.白色光源。【颜色图可以在网

上查找，wileyonlinelibrary.com】

蓝色半导体激光器使用元素开发的激光显示器，安装在一个直径为9毫米的金属外壳。在蓝紫色半导体激光器–现在使用的蓝光光盘，经常使用5.6毫米或3.8毫米直径的外壳。然而，这些外壳设计的重点是大小，从而他们的热电阻高。当一个高输出半导体激光器与光纤输出更高亮度的白光光源超过1 W驱动，目前存在温度上升问题。因为在半导体元件的温度上升有不利的影响，减少光输出和寿命，我们使用了一个包的直径为9毫米，过去的光学显示器，为高亮度白光光源。因为封装的尺寸大，热电阻下降，激光元件可以在更高的输出驱动。

荧光粉材料是高度可靠的玻璃粘结剂，以温度的影响考虑增加高密度激光。我们在典型的白光LED用的是相同的石榴石材料。然而，我们使用了一个卓越的温度特性的荧光材料，与LED略有不同，利用激光激发荧光材料的光密度非常高的特性。此外，由于在目前的配置中使用的荧光粉的激发光谱的峰值是450纳米，光发射的荧光粉材料是更有效的比一个蓝色的激光波长为450纳米。

3、蓝色半导体激光器的发射特性

研制了一种新型白光光源的蓝光半导体激光器，用于激光显示。蓝色半导体激光器具有多种效益相比，现有的水银灯，在颜色包括高重复性，低功耗，寿命长，良好的调制特性，是一种很有前途的光源显示。在这一节中，我们描述了安装一种GaN蓝光半导体激光元件与一个在一个直径9毫米的低热阻封装15mu;m脊带宽度宽条纹结构，以及由此产生的光电集成电路的特点。

图3显示了当前–电压和电流（V-I）–光输出（LI）的蓝光半导体激光器的特性。在一个情况下，在一个温度下，连续电流驱动的测量进行了测量F 25◦C.正如图中所示，得到的阈值电流为152 mA，在1.2和4.6 V工作电压电流驱动1.6瓦的光输出。光功率转换效率（插座效率；WPE）从这些估计的结果是29%，效率高，并不逊色与红色半导体激光光源[ 3 ]。接下来，我们进行了500小时的生命潘实验用恒流驱动一个电流1.2和50◦C.温度估计从光输出的平均降解率的半衰期，估计寿命跨度大于30000小时。在下一节中，我们描述了使用这种高输出的蓝色半导体激光器产生白色光源的结果。

图3.L-I和L-V蓝色半导体激光器的特性

4、白光光源发射特性

我们现在报告的特点，高亮度的白色光源创建通过使用在上一节中描述的高输出的蓝色半导体激光器。图4显示了当前–明我们的流量特性的白色光源。由于半导体激光器作为激发光源，获得目前的光-是一个典型的激光阈值特性我们的流量特性，类似于图3，确认，光通量的增加几乎呈线性一次工作电流超过阈值电流。在25◦C的温度，1.2的操作电流和工作电压为4.6 V，从0.65毫米直径的发射器发射了250流明的光通量，和蓝色的SEM的光输出半导体激光器的图标1.6 W.因此，光光转换效率为156流明/瓦和墙插效率为45 lm/W。

图4.白色光源的Lm-I特性。

图5.白光光源发射点像和亮度分布。【颜色图

可以在网上查找，wileyonlinelibrary.com】

图5（a）显示的白色光源的发光点的电子显微照片，图5（b）显示的发光点的亮度分布在工作电流为1.2 A的图。5（一）、圆的黄色部分表示在图2中显示的荧光粉。在图5中的亮度分布图（b），270张/平方毫米的高亮度区域的确定。这比2.5倍的亮度，HID灯（大约100的CD /平方毫米），一个典型的高亮度光源，平均亮度达到200 cd /平方毫米。这似乎是与最高亮度光源与现有的。

图6和图7显示的发射谱和高亮度白光光源色度。的发射光谱测量的工作电流为1.2和一个案例温度25◦C.与荧光体使用白光发射的实现是几乎一样的白光LED。图6中的发射光谱显示了一个尖锐的峰的组合用于激发的蓝光激光器和一个发光的发光元件的发光元件，产生白光。发出的光稍移在Y方向上相对于B大量的辐射图，确诊的图7。这是一个增加的荧光粉量的影响，以提高的发光量。通过调节磷的体积，与黑体辐射图的协议，也可以实现与白光光源。

图7.白色光源的色度图中的位置。【颜色图可以在网上查找，wileyonlinelibrary.com】

图6.白光光源谱。

图9和图8显示了白色光源的发射特性和颜色协调。辐射特性被设计为115。，而不是100◦，半米宽的最大值（FWHM）的一个典型的灯。以色彩协调，荧光材料的形状，颜色的差异，由于观察角度从白光LED被抑制，而均匀图9所示的特征。

最后，图10显示了白色光源和其他光源的亮度和发光效率之间的关系。新开发的白光发光效率CE在生命的尽头为45 lm/W，虽然这是比较小的一个藏灯约100流明/瓦的水平，亮度为270 cd／mm2，超过2.5倍，HID灯。TH是目前市售的最高亮度光源。

图9.颜色协调方向。

图8.白光光源方向性。

图10.发光效率与发光效率的关系。【颜色图可以在网上查找，wileyonlinelibrary.com】

5、结论

我们开发了一种高亮度白光光源产生的白光通过结合氮化物蓝Semico 250 LM从0.65毫米直径的发射地点发射的光通量用黄色荧光材料所激光。激光发射特德从半导体激光照射荧光材料通过非球面光学透镜，和白色的光与总光通量250lm的发出。亮度增加至270 cd / mm2减少荧光材料的发光直径。这个装置似乎是最高的亮度现在的商业可用的光源，具有亮度的2.5倍，HID灯（约100张/平方毫米），是典型的高亮度的光源。

文献参考

[1] Bando K, Sakano K, Noguchi Y, Shimizu Y. Develop-ment of high-bright and pure-white LED lamps. J Light Vis Environ 1998;22(2).

[2] Michigami T, Kawada Y, Yanamoto T, Ozaki T, Na-gahama S, Mukai T. A blue-light nitrogen semicon-ductor laser for displays, electronics, information, sys-tems division. Quantum Device Research Group, No. OQD10030, 2010.

[3] Nishida T, Shimada N, Ono K, Yagi T, Shima A. Highly reliable 637–639 nm red high-power LDs for displays. Proc SPIE 7583, 758303-1, 2010.

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