Lazerle sürülen fosfor tabakasından otomotiv uygulamaları için beyaz ışık üretimi ve renk özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Kerosen lambalarla başlayan otomotiv aydınlatma serüveni, halojen lambaların üretilmesi ve sonrasında LED'lerin yaygınlaşması ile gelişimini sürdürmüştür. 2014 yılına gelindiğinde, lazer diyotlar ilk kez ön aydınlatma bileşeni olarak, otomotiv aydınlatma endüstrisinde kendine yer bulmuştur. BMW i8 ve Audi R8 LMX, seri üretime geçen lazer farlı ilk otomobiller olmuştur. Bu lazer farlarda kullanılan yöntem, lazerle sürülen fosfor veya lazerle aktive edilen uzak fosfor olarak adlandırılmaktadır. Bu sistemin çalışma prensibi, lazer diyottan elde edilen yüksek yoğunluklu tek renk ışığın, uzaktaki bir fosfor tabakası üzerine düşürülmesiyle beyaz renkte ışık üretilmesine dayanmaktadır. Sistemi beslemek için yakın morötesi bölgede ışıma yapan lazer diyot seçildiğinde, kırmızı, yeşil ve mavi ışık yayan fosfor kullanılmaktadır. Uyarıcı ışık kaynağı olarak mavi lazer diyot kullanıldığında ise fosfor tabakası olarak sarı ışık yayan fosfor kullanılmaktadır. Bu çalışmada, mavi ışık yayan lazer diyot ve YAG fosfor tabakası kullanılarak otomotiv aydınlatmada kullanılabilecek özelliklere sahip beyaz ışık üretilmiştir. Üretilen ışığın renk özellikleri incelenmiş ve ECE R-48'de belirtilen beyaz ışık şartlarına uygunluğu değerlendirilmiştir. Bunun yanında, elde edilen ışığın şiddetinin dağılımı incelenmiş ve fotometrik özellikleri, otomotiv onaylı bir LED'in özellikleriyle karşılaştırılmıştır. Her iki ışık kaynağı için de, SPEOS optik tasarım programı ile ön sis lambası reflektörü tasarımı yapılmıştır. Her iki ışık kaynağı – reflektör çiftinin de ECE R-19 ön sis lambası regülasyonuna uygunluğu Monte Carlo ışın izleme metodu ile yapılan simülasyonlarla kontrol edilmiştir. İki tasarımın da yol aydınlatma performansları LucidShape programı kullanılarak değerlendirilmiştir.

The automotive lighting adventure, which started with kerosene lamps, continued its development with the production of halogen lamps and the widespread use of LEDs. When it was the year 2014, laser diodes have found their place in the automotive lighting industry for the first time as a component for front lighting. The BMW i8 and Audi R8 LMX were the first cars with laser headlamps to go into mass production.The method used in these laser headlamps is called laser driven phosphor or laser activated remote phosphor. The working principle of this system is based on the generation of white light by directing the high intensity monochromatic light obtained from the laser diode onto a distant phosphor layer. When the laser diode to feed the system is selected in the near ultraviolet region, red, green and blue light emitting phosphor is used. When a blue laser diode is used as the excitation light source, yellow light emitting phosphor is used.In this study, white light, suitable to be used in automotive lighting is generated by using blue light emitting laser diode and YAG phosphor plate. The color characteristics of the produced light were examined and their compatibility to the white light conditions specified in ECE R-48 was evaluated. In addition, the distribution of the intensity of the light obtained was examined and its photometric properties were compared with those of an automotive approved LED. For both light sources, a front fog lamp reflector was designed with the SPEOS optical design program. Conformity of both light source - reflector pairs to ECE R-19 front fog lamp regulation was checked by Monte Carlo ray trace simulation method. Road lighting performances of both designs were evaluated using LucidShape program.