Эффективность преобразования коротковолнового излучения в длинноволновое материалом для преобразования длин волн (А-преобразователем) определяется двумя основными факторами: внешним квантовым выходом А-преобразователя и неизбежными потерями энергии, в процессе преобразования длин волн.
Внеиший квантовый выход материала А-преобразователя:
Внешний квантовый выход равен произведению внутреннего квантового выхода на коэффициент оптического вывода излучения материала А-преобразователя, т.е.
Неизбежные потери энергии на преобразование длины волны являются причиной того, что источники белого света на основе Л-преобразователей длин волн — такие как светодиоды белого свечения с люминофором по своей природе обладают более низкой предельной эффективностью, чем источники белого света на основе светодиодов разного цвета свечения.
Самые большие потери на преобразование длины волны наблюдаются при преобразовании УФ-излучения в излучение красной области спектра. Например, эффективность преобразования УФ-излучения с длиной волны 405 нм в красное излучение с длиной волны 625 нм не превышает 65%. Низкий к.п.д. А-преобразователей приводит к тому, что в высокоэффективных системах освещения используют не красные люминофоры, а светодиоды красного свечения.
Большинство источников белого света создается на основе светодиодов, работающих на коротких длинах волн, например синего свечения, и преобразователях длин волн. Весь свет, излучаемый светодиодом, или только его часть поглощается материалом преобразователя и затем вновь излучается, но уже с большей длиной волны. В результате этого осветительное устройство излучает свет, по крайней мере, двух разных длин волн. Далее будут обсуждаться типы и характеристики материалов, используемых в преобразователях длины волны.
Попробуем разобраться, какой из перечисленных способов получения белого света является оптимальным. Сравнение будем проводить по двум параметрам: световой эффективности (люмен-эквиваленту) и индексу цветопередачи. При использовании светодиодов в дисплеях и различных табло основной характеристикой является световая эффективность. Для светодиодов, применяемых в качестве осветительных приборов, важны оба параметра.
Источники белого света, построенные на принципе смешения излучения двух монохроматических комплементарных цветов, обладают наибольшей световой эффективностью. Однако их индексы цветопередачи значительно ниже, чем широкополосных источников.
МакАдам (MacAdam, 1950) рассчитал максимальную световую эффективность двухцветных источников белого света. Он также показал, что она может достигать 400 лм/Вт. В работах (Ivey, 1963; Thornton, 1971) тоже сообщено о высокой световой эффективности двухцветных источников белого света, но отмечается низкая цветопередача таких устройств, что позволяет использовать их в различных дисплеях и делает совсем непригодными для систем освещения. Кроме того Торнтон (Thornton, 1971) показал, что трехцветные источники белого света, т.е. белого света, полученного смешением трех дискретных цветов, благодаря высоким индексам цветопередачи подходят практически для любых целей. Приведены данные эксперимента, в котором приняли участие 60 наблюдателей, оценивавших передачу цвета мяса, овощей, цветов и т. д., освещаемых трехцветным источником с максимумами на длинах волн 450 нм, 540 нм и 610 нм. Наблюдатели единодушно признали хорошую цветопередачу данных источников, что подтверждает их пригодность для использования в системах освещения.
Источники белого света, спектр которых приближен к спектру Солнца, будут обладать отличной цветопередачей. Однако световая эффективность таких источников будет ниже, чем излучателей с другими спектральными распределениями, например двухцветных и трехцветных светодиодов белого свечения. Солнечный спектр имеет высокую интенсивность излучения вблизи границ видимого диапазона (390 нм и 720 нм), где чувствительность человеческого глаза очень низкая. Именно поэтому дублирование спектра Солнца не является хорошей стратегией при создании высокоэффективных источников белого света.
Источник:
Шуберт Ф. Светодиоды / Пер. с англ. под ред. А.Э. Юновича. — 2-е изд. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. – 496 с. – ISBN 978-5-9221-0851-5.