Lasery wkraczają do oświetlenia ledowego

Tymczasem wydajność świetlna emiterów stanęła na mniej więcej 200 lumenach z wata, a dodatkowo dużą część rynku oświetleniowego przejęli tani producenci dalekowschodni, przez co dla czołowych graczy ten sektor biznesu staje się coraz mniej atrakcyjny.

Nowe otwarcie może zapewnić wykorzystanie laserów. Na razie białe diody zawierają emiter świecący na fioletowo-niebiesko, który pobudza do świecenia luminofor o lekko żółtym odcieniu. Zastąpienie diody w tym rozwiązaniu przez laser może rozwiązać na raz kilka istotnych problemów. Koncepcyjnie zmiana nie jest duża, bo zarówno zwykły LED jak i dioda laserowa emitują promieniowanie w obszarze złącza półprzewodnikowego i może być ono wykorzystane do pobudzania luminoforu przekształcającego barwę światła laserowego na białą.

W porównaniu do LED-ów laser jest źródłem monochromatycznym, a więc o określonej długości fali, a z uwagi na punktową emisję kiepsko się nadaje do zastosowania w oświetleniu powszechnego użytku. Na razie korzystniej jest pobudzać luminofor na dużej powierzchni słabszym emiterem niż silnie świecącym punktowym laserem, czyli w niewielkim obszarze. Ten pierwszy sposób zapewnia lepszą trwałość, a ponadto laser wymaga zasilenia prądem o sporej wartości takiego, aby przekroczyć próg pojawienia akcji laserowej. Dla niższej wartości prądu emisji monochromatycznej nie ma i laser nie działa, co jest pewnym ograniczeniem.

Po co zatem zmieniać zwykłe LED-y na lasery, skoro na razie nie widać korzyści? Okazuje się, że tam, gdzie kończą się możliwości techniczne emiterów LED-owych, zaczynają się dla laserów. Im większy prąd zasilający diodę, tym zwykłe diody mają gorszą wydajność świetlną. To też jest przyczyna tego, że nie można powiększać wydajności świetlnej pojedynczego emitera poprzez podanie większej mocy zasilającej. Dlatego trzeba tworzyć źródła zawierające wiele diod połączonych szeregowo, które razem pobudzają luminofor. Jest to skomplikowany proces produkcji, z uwagi na dużą liczbę połączeń drutowych także trudny w zapewnieniu jakości i niepoddający się miniaturyzacji. Wydajność i trwałość diod maleją również ze wzrostem temperatury, co jeszcze bardziej ogranicza swobodę zwiększania mocy.

Niemniej w typowych aplikacjach oświetleniowych lasery nie mają sensu. Ale w przyszłości pozwolą tworzyć bardzo jasne źródła punktowe, np. oświetlenie sceniczne oraz przednie reflektory samochodowe. BMW, który ma już reflektory przednie z niebieskimi laserami półprzewodnikowymi podał, że zmiana emitera przyniosła 10-krotnie większą wydajność świetlną i 30% lepszą sprawność. To dopiero początek, bo naukowcy oceniają, że lasery w oświetleniu są w stanie zapewnić nawet 100-krotnie większą wydajność i tworzyć punktowe bardzo jasne źródła o wysokiej trwałości i takie, gdzie kąt emisji będzie nie większy niż kilka stopni. Takie punktowe źródła można łatwo integrować ze światłowodami, na co czekają aplikacje przemysłowe i medycyna.

Pierwsze takie rozwiązania, jeszcze dalekie od doskonałości, pokazała w 2016 roku firma SLD Laser. Ich biała dioda o nazwie LaserLight umieszczona została w obudowie SMD o wymiarach 7×7 mm i ma wydajność ok. 31 lm/W. Po zamontowaniu optyki jej kąt emisji wynosi tylko 2º. Wydajność świetlna na razie jest słaba, ale pierwszy krok został zrobiony. Na rynku pojawiły się również reflektory wspomagające jazdę w nocy dla samochodów terenowych firmy Baja Designs wykorzystujące źródła laserowe.

Nie wydaje się, aby lasery zdominowały technologię oświetlenia ledowego, ale z pewnością są w stanie przynieść nowe ciekawe aplikacje specjalistyczne i odświeżyć nieco ten ważny segment rynku.

Robert Magdziak