Netradiční světelné zdroje

Netradiční světelné zdroje

Ing. Jiří Kubín, Ph.D.

TECHNICKÁ UNIVERZITA V LIBERCI Fakulta mechatroniky, informatiky a mezioborových studií

Tento materiál vznikl v rámci projektu ESF CZ.1.07/2.2.00/07.0247 Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem ČR

Netradiční světelné zdroje Reflexe požadavků průmyslu na výuku v oblasti automatického řízení a měření

Úvod Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• Mezi netradiční zdroje patří: – Led diody – Laser – Indukční výbojky – Radioluminiscenční zdroje


Světlo emitující diody Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• elektroluminiscenční diody • LED – (Light Emiting Diode) • považováno za nejperspektivnější světelný zdroj


Princip činnosti Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• prvek, který generuje světelné záření při průchodu proudu polovodičovým přechodem v propustném směru • při spojení elektronu s iontem se uvolňuje určité kvantum energie, které se může vyzářit mimo krystal, nebo může být absorbováno v mříži krystalu => zvýšení teploty přechodu • záření je vždy omezeno na velmi úzké spektrum => monochromatické záření


Princip činnosti Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• barva diody závisí na kombinaci materiálu přechodu • např. GaAs s kombinací s P dá GaAsP a při vytvoření přechodu z tohoto materiálu se získá LED s červeným zářením


Základní vlastnosti LED diod Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• teoretické maximum měrného výkonu je 220 lm/W běžné je 50 – 60 lm/W • Ra > 90 při teplotě chromatičnosti 4000 K • předpoklad je dosáhnout 150 lm/W a životnosti 100 000 h


Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

Závislost světelného toku na teplotě


Získání bílého světla Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• aditivním smíšením tří základních barev • použití u zobrazovacích panelů • řízením jasu jednotlivých složek se ovlivňuje barevný tón

• použije se čip modré LED diody a ještě uvnitř pouzdra se opatří vrstvou aktivní hmoty (speciální luminofory) • část modrého záření se převede do oblastí jiných vlnových délek (hl. žluté) • směsí modré a žluté vznikne téměř bílý barevný tón vyzařovaného světla


Získání bílého světla Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr


Výhody a nevýhody LED diod Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• vyzařovaný světelný tok je usměrněn v pouzdře do určitého prostorového úhlu (120°) • možno vytvářet svítidla s libovolně tvarovanými plochami

• Pro dosažení požadovaného výkonu je potřeba diody sdružovat do celků • nelze soustředit velký výkon koncentrovaný do malého objemu


Indukční výbojky Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• nízkotlaké výbojové zdroje • Princip: využívá se elektromagnetické indukce k vysokofrekvenčnímu buzení výboje v bezelektrodovém prostoru baňky


Konstrukční uspořádání IV Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• baňka je naplněna inertním plynem a parami kovů (např. amalgám india a vizmutu) • vnitřní povrch baňky je opatřen luminoforem (na bázi vzácných zemin), převádí vzniklé UV záření do oblasti viditelného spektra


Funkční princip Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• střídavý proud protékající primárním vinutím budicí cívky indukuje střídavé magnetické pole uvnitř a vně feritového jádra cívky • toto střídavé mag. pole indukuje proud v „sekundárním vinutím“, které je představováno parami rtuti uvnitř bezelektrodového výbojového prostoru baňky • indukovaný sekundární proud protéká parami kovů a rozkmitává volné elektrony • ty se srážení s atomy kovů a vybuzují je • vybuzené atomy se vracejí na své původní hladiny a přitom se emituje UV záření, které je pomocí luminoforu transformuje na záření viditelné


Základní vlastnosti IV Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• Vlivem bezelektrodové konstrukce extrémně dlouhý život (60 000 h) • velmi dobrá stabilita světelného toku během provozu => snižují se náklady na údržbu osv. soustavy • teplotní stabilita světelného toku v širokém teplotním rozsahu • nutné filtry pro potlačení zpětných nepříznivých vf vlivů na napájecí síť


Základní parametry IV Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• • • • •

měrný výkon 65 až 70 lm/W Ra ≥ 80 doba náběhu 0,5 s pracovní frekvence 2,65 MHz teplota chromatičnosti 4000 K



Kvantové generátory světla (lasery) • zesilovače monochromatického velmi intenzivního svazku světelných paprsků • pracují na principu stimulované (indukované) emise


Princip činnosti laseru Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• foton dopadlý na předem vybuzený atom aktivní látky si vynutí (aniž by sám byl pohlcen) přechod elektronu z energeticky vyšší hladiny na energeticky nižší hladinu a vyzáření dalšího fotonu se stejným kmitočtem a fází jako má původní foton • v aktivní látce musí být předem dosaženo většího obsazení vyšších energetických hladin • aktivní látka se umisťuje v rezonátoru, v němž je záření vzniklé stimulovanou emisí zesilováno


Základní vlastnosti laseru Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• s krystalem rubínu (aktivovaný ionty chrómu) vybuzený xenonovou výbojkou napájenou z baterie kondenzátorů • záření lze soustředit pomocí čoček a zrcadel na velmi malé plochy a získat tak účinné zdroje tepla pro tavení, sváření nebo vrtání • laser s energií 10 J s délkou impulzu 10-3 a s rubínem o průměru 6 mm dosahuje hustoty zářivého toku asi 350 MW/m2


Použití laserů Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• v lékařství (chirurgie oka či zhoubných nádorů, stomatologie, v diagnostice apod.) • v měřicí technice (měření vzdáleností, rychlostí, optická interferometrie, laserová spetroskopie)


Radioluminiscenční zdroje Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• jsou založeny na využití radioaktivního záření k buzení vhodných luminoforů • k buzení se používají zářiče β • nejvýhodnější jsou plynné izotopy (tritium H3 a krypton Kr85 s poločasy rozpadu 12,3 roku a 10,6 roku) • při náhodném rozbití zdroje se rozptýlí


Vlastnosti izotopu Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• • • •

musí mít dlouhý poločas rozpadu nesmí být chemicky aktivní nesmí být jedovatý jeho záření nesmí ničit luminofor a být nebezpečný pro obsluhu



Vlastnosti radioluminiscenčních zdrojů • měrné výkony jsou zatím malé a jasy nízké (6 – 7 cd.m-2 • mají dlouhou životnost a nezávislost na napájecím zdroji



Použití radioluminiscenčních zdrojů • signální světla na nepřístupných místech (námořní a říční bóje, sklady vznětlivých resp. výbušných materiálů, světelné nápisy atd.)


Závěr Úvod LED diody Lasery Indukční výboj. Radio-lum. zdr. Závěr

• S mohutným rozvojem netradičních zdrojů a s osvojením si jejich výroby stávají se netradiční zdroje zdroji tradičními (Led diody, lasery) • Naopak řada tradičních zdrojů se stává překonaná, protože mají řadu nevýhod a stávají se z nich zdroje netradiční (žárovka, některé typy výbojek

Netradiční světelné zdroje

Recommend Documents