Wärmemanagement

Bild 4: Temperaturprofil eines luftgekühlten und eines ungekühlten Leuchtstoffs unter Anregung mit einer blauen Laserdiode bei 600 mW.

Bild 4: Temperaturprofil eines luftgekühlten und eines ungekühlten Leuchtstoffs unter Anregung mit einer blauen Laserdiode bei 600 mW. Fraunhofer-Anwendungszentrum Soest

Aufgrund ihrer hohen thermischen Leitfähigkeit verbessern die Siliziumstrukturen nicht nur das optische Auflösungsvermögen, sondern tragen zudem deutlich zum Wärmemanagement bei. Je kleiner die Pixel, desto geringer ist die Erwärmung des Leuchtstoffs, da die umgebenden Siliziumwände die Wärme effizient abführen. Die Porosität der Leuchtstoffschicht erlaubt bei Anwendungen mit sehr hoher Leistungsdichte sogar eine aktive Luft- oder Wasserkühlung des Leuchtstoffs. Hierfür wird das Silizium auf der Rückseite der Strukturen entfernt und der verbleibende Leuchtstoff auf einer Kapillare befestigt, durch die mit einer Membranpumpe Luft geströmt wird. Mittels einer Thermographiekamera wird die Temperaturverteilung aufgenommen, wobei die Messung einige Minuten nach dem Einschalten der Laserdiode startet, sobald sich ein thermisches Gleichgewicht eingestellt hat. Unter Anregung mit intensiv blauem Licht zeigt die luftgekühlte Struktur eine um 40 °C geringere Maximaltemperatur als die ungekühlte Struktur (Bild 4).

Pixelierter Leuchtstoff als vielversprechende Alternative

Die ersten Ergebnisse dieser neuen Leuchtstoffstrukturen zeigen eine deutlich verbesserte Kontrastauflösung gegenüber einem unstrukturierten Leuchtstoff. Eine zusätzliche Kühlung mit einem Luftstrom liefert bereits eine deutlich geringere Maximaltemperatur als bei einem ungekühlten Leuchtstoff. Da die Strukturen sehr stabil sind, erlauben sie auch eine Kühlung mit Wasser und sind für den Einsatz in Hochleistungsanwendungen geeignet.

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