Перечислим пять основных способов получения белого света с помощью светодиодов (далее СИД) и фотолюминофоров:
• Синий, зеленый и красный СИД
• Синий и желтый СИД
• Синий СИД + желтый (желтый и красный) люминофор
• Ультрафиолетовый СИД + синий, зеленый и красный люминофор
• Ультрафиолетовый СИД + синий и желтый люминофор.
Теоретические расчёты
Проведем расчеты светового потока белого света, генерируемого пятью указанными способами. Зададим суммарную начальную оптическую мощность для всех вариантов 10 мВт.
Так как мы проводим теоретический расчет, то для корректности сравнения будем использовать в расчетах монохромные источники излучения с шириной спектра 1 нм и длинами волн, характерными для СИД: ультрафиолетовый - 395 нм, синий - 470 нм, зеленый - 525 нм, желтый - 575 нм, красный - 630 нм.
Для вариантов с люминофорами примем коэффициент перекрытия спектров излучения СИД и возбуждения люминофора и КПД люминофора равным равным единице (т.е. будем считать люминофор идеальным). Ширину спектра излучения люминофора примем также равной 1 нм.
Порядок расчетов следующий: по спектрам источников определяем световую эффективность и балансировочные коэффициенты для каждого источника (для белого света Е). Затем по этим данным рассчитываем оптическую мощность по цветам. Для вариантов с люминофорами учитываем квантовые потери. Световой поток определится как произведение оптической мощности на световую эффективность.
Результаты расчетов представлены в таблице.
Результаты вполне предсказуемы. Два источника света лучше трех (оставляя за скобками качество белого света). Без люминофоров лучше, чем с ними.
Отметим, что люминофорные варианты, несмотря на менее эффективную светогенерацию вследствие потерь на преобразование, имеют право на жизнь. Это, помимо всего прочего, связано с тем, что люминофоры, как источники света, более стабильны по сравнению с СИД.
Как будут обстоять дела при переходе к реальным параметрам СИД и люминофоров? Все зависит от конкретных значений длины волны, ширины спектра, энергетической эффективности (WPE) СИД, КПД люминофора, коэффициента перекрытия спектра и пр.
В большинстве случаев световой поток будет меньше теоретических значений, особенно для люминофорных вариантов.
Это была теория. Но на практике ситуация выглядит иначе: не менее 90 процентов выпускаемых сегодня белых светодиодов созданы по третьему варианту: синий СИД + желтый (или желтый и красный) люминофор. Объяснение здесь в наиболее низкой стоимости такого варианта по сравнению с другими и достаточно высоким качеством белого цвета. На рисунке показан характерный спектр такого светодиода.
