< Terug naar vorige pagina

Project

Karakteriseren, modelleren en optimaliseren van “remote phosphor” ledmodules

De uitvinding van de GaN gebaseerde blauwe LEDs (light-emitting diodes) in het begin van de jaren '90 zorgden voor een nieuwe generatie van wit licht dat gebaseerd op blauwe LED. Vandaag de dag produceert de combinatie van blauwe LED met aangepast fosformateriaal, conventioneel gekend als white phosphor-converted LED, wit licht met een grotere specifieke lichtstroom dan andere bestaande lichtbronnen. Toch is op dit moment de waarde van de specifieke lichtstroom slechts de helft van de theoretische waarde. Onder de verliesmechanismen geassocieerd met de white phosphor-converted LED is de doeltreffendheid van de verpakkingsextractie, dit is de doeltreffendheid om wit licht te extraheren uit het systeem/verpakking, Eén van de belangrijkste mechanismen. Onder de conforme configuraties van white phosphor-converted LED is de fosfor gelokaliseerd naast de LED chip, dewelke zijn reflectie gelimiteerd is tot 50 %. Bijna 50 % van het licht dat botst met het fosforelement is naar achteren verstrooid, dit komt neer op een verlies van 25 %. In een poging om tegemoet te komen aan dit probleem is in het midden van de jaren 2000 voorgesteld de fosfor op een afstand te plaatsen. 

In deze thesis worden de karakteristieken en verliesmechanismen van white phosphor-converted LEDs met het fosforelement op een afstand van de blauwe LED experimenteel geëxploreerd en door simulatiemodellen geimplementeerd met ray tracing. De hoofdverliezen bestaan uit het significant achterwaarts verstrooid licht door de fosfor en de absorptie van dit licht door de niet ideale reflecterende oppervlaktes in de mengkamer, alsook de absorptie van het omgezette licht door het fosforelement. Nieuwe architectuur gebaseerd op deze bevindingen zijn ontworpen om een unieke lichtefficiëntie en verhoogde kleurkwaliteit te bekomen. 


Het eerste model, een \textit{black box model}, vertegenwoordigd het fosforelement door een bi-spectrale BSDF. Met het \textit{black box model} wordt de impact ge\"evalueerd van de variatie in de geometrische en optische parameters van de mengkamer en de blauwe pomp LEDs op de lichtextratieratio, de geel tot blauw ratio en de stralingsuniformiteit van de remote fosfor LED module. In het tweede model, nl. het \textit{gray box model} bestaat de verstrooiing en de fluorescentie van het fosforelement uit absorptie en verstrooiing van de bulkparameters en ook uit door de absorptie, de kwantumopbrengst en het emissiespectrum van de fosfor. Het referentieconcept bestaat uit een cilindrische mengkamer en een centrale blauwe LED matrix. Gebruikmakend van het \textit{gray box model} worden meer frappante configuraties van witte LEDs geformuleerd die nieuwigheden integreren in de optische eigenschappen van het forsforelement zoals nanopartikelfosfors en als pomp gebruikte blauwe laser diodes. 


Het randconcept vertoont een groei van 5 \% in de lichteffici\"entie rekening houdende met de referentiewaarde op een kleurtemperatuur van 6800 K en kan beschouwd worden als de meest performante architectuur, dit terwijl de fosformassa gereduceerd was tot 5 \% van de referentiewaarde fosformassa. 


In aanvulling op de optische aspecten van de witte LEDs brengt deze thesis ook verslag uit over enkele thermische vraagstukken van de \textit{white phosphor-converted LEDs} gebaseerd op de experimentele karakterisatie. Voor dezelfde CCT en teststroom vertoonde een intimate pc-LED een grotere junctie temperatuur dan de remote phosphor tegenhanger in een licht engine. Daarnaast werden apart de effecten van zowel convectie als straling  op de junctietemperatuur van de blauwe LED in de remote phosphor configuratie gedemonstreerd.

Datum:1 okt 2012  →  17 okt 2016
Trefwoorden:LED light, Characterization
Disciplines:Modellering, Multimediaverwerking, Mechanica, Mechatronica en robotica
Project type:PhD project