Fotometria i kolorymetria - Instytut Fizykiwozniak/fotometria_pliki/Fotometria_3.pdfświetlną27...
Transcript of Fotometria i kolorymetria - Instytut Fizykiwozniak/fotometria_pliki/Fotometria_3.pdfświetlną27...
Fotometria i kolorymetria
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
3. Podstawy wytwarzania światła
Charakterystyki źródeł światła
http://www.if.pwr.wroc.pl/~wozniak/Miejsce konsultacji: pokój 18/11 bud. A-1;
terminy: patrz strona www
Wytwarzania światła
Światło – promieniowanie elektromagnetyczne z zakresu długości
fal między 380 a 780 nm = energia:
chhE
Jak wywołać to promieniowanie?
Temperatura, wyładowanie elektryczne, rekombinacja
nośników, przemiany chemiczne.
NA PRZYKŁAD: Doprowadzenie energii do atomu pierwiastka ->
wzbudzenie elektronu -> elektron wraca do stanu podstawowego i
emituje promieniowanie EM
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Systematyka źródeł światłaDr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Żarówki konwencjonalne
Żarówka jako źródło światła znana
jest od połowy XIX w. (1879 T. A.
Edison skonstruował żarówkę, która
świeciła bez przerwy 40 godzin).
1 – szklana bańka, 2 – gaz
obojętny, 3 – żarnik
wolframowy, 4,5 – druty
kontaktowe, 6 – podpórka, 7 –
słupek, 8 – gwint kontaktowy, 9
– trzonek gwintowany, 10 –
krążek izolacji cieplnej, 11 –
stopa kontaktu elektrycznego -
podpórka
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Żarówki konwencjonalne
Parametry świetlne żarówki są zawsze kompromisem między ich
trwałością i skutecznością świetlną:
Większa skuteczność świetlna => większa temperatura =>
zwiększone parowanie wolframu => obniżenie trwałości
W praktyce trwałość typowej żarówki wolframowej to około 1000
godzin.Moc [W] Temperatura
barwowa [K]
Strumień
świetlny [lm]
Skuteczność
świetlna [lm/W]
40 Od 2700 430 10,8
60 730 12,2
100 1380 13,8
200 3150 15,7
300 5000 16,7
500 Do 2800 8400 16,8
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Żarówki konwencjonalne
W rozwiązaniach żarówek specjalnych rezygnuje się w trwałości
na rzecz podwyższonej skuteczności świetlnej.
Żarówki stosowane w projektorach kinowych osiągają skuteczność
świetlną 27 lm/W (przy mocy 900W i trwałości 10 godzin!).
Uważa się, że granicą skuteczności świetlnej żarówek
wolframowych jest około 40 lm/W.
Temperaturowy charakter emisji światła z żarówki jest powodem,
że tylko ok 25% energii dostarczonej do żarówki jest zamieniana
na światło – większość głównie na ciepło!
To czemu w ogóle wciąż stosuje się „zwykłe”
żarówki”?
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Żarówki konwencjonalne
Zalety żarówek „konwencjonalnych”:
- prosta budowa;
- tania produkcja;
- łatwa obsługa;
- małe gabaryty;
- brak tętnienia światła;
- naturalna barwa światła;
- bardzo dobre oddawanie barw oświetlanych obiektów;
- równomierny rozsył strumienia świetlnego w przestrzeni.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Żarówki konwencjonalne
Żarówki są bardzo wrażliwe na zmiany wartości napięcia!
8,3
00
U
U
14
00
U
U
t
t
5,0
00
U
U
I
I
5,0
00
U
U
R
R
5,1
00
U
U
P
P
0, t0, I0, R0, P0, to odpowiednio strumień świetlny, trwałość, prąd
żarówki, opór i moc przy napięciu odniesieniowym U0;
, t, I, R, P, to analogiczne wielkości przy zadanym napięciu U.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Żarówki halogenowe
Żarówki halogenowe to wynalazek dużo późniejszy (lata 60te XX
wieku). Ich zaleta jest około 50% większa skuteczność świetlna i
jednocześnie powiększona około 2-krotnie trwałość.*
Jest to również temperaturowe źródło światła
z grupy żarówek gazowanych, w którym dzięki
wprowadzeniu do wnętrza bańki śladowych
ilości pierwiastków z grupy fluorowców
(brom, jod) inicjowany jest tzw.
regeneracyjny cykl halogenowy.
* - w porównaniu z CZYM?
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Żarówki halogenowe
Lampa halogenowa analogiczne do żarówki posiada żarnik, który świeci, kiedy przez
niego płynie prąd elektryczny. Podczas świecenia żarnik traci część atomów wolframu –
odrywają się one od niego powodując, że robi się on coraz cieńszy. Oderwane atomy
wolframu zatrzymują się na wewnętrznej ściance szklanej bańki powodując, że
ciemnieje. Z tego powodu bańka żarówki nie może być zbyt mała, inaczej stawałaby
się ciemna zbyt szybko. Lampa halogenowa wypełniona jest gazem z halogenkami,
które wychwytują atomy wolframu i transportują je z powrotem na żarnik. W związku
z tym lampa halogenowa może świecić dłużej. Bańka może też być bardzo mała, bo nie
ciemnieje.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Żarówki halogenowe
Warunkiem nieprzerwanego cyklu halogenowego jest wysoka
temperatura bańki (250◦C) co wymusza zmniejszenie jej rozmiarów i
konieczność stosowania szkła kwarcowego.
Cykl halogenowy wydłuża trwałość żarówki halogenowej (2000h) a
ponadto zwiększa jej skuteczność świetlną, która osiąga nawet 28
lm/W.
Wadą żarówek halogenowych jest
przepuszczanie promieniowania
ultrafioletowego przez szkło
kwarcowe.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Żarówki halogenowe
Żarówki halogenowe pracują przy niskich napięciach (12V, 24V) gdyż
wymagania elektryczne związane z napięciem sieciowym, dotyczące
minimalnych wymiarów żarówki i żarnika stoją w pewnej sprzeczności z
koniecznością zachowania małych wymiarów banki w celu zainicjowania i
podtrzymania cyklu regeneracyjnego.
Moc [W] Napięcie
[V]
Strumień świetlny
[lm]
Skuteczność świetlna
[lm/W]
10 12 140 14
20 12 350 17,5
35 12 650 18,5
50 12 950 19
50 24 850 17
75 12 1350 18
100 12 2300 23
100 24 2200 22
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
Świetlówki – fluorescencyjne źródła światła – weszły do użycia w 1935 roku
(M. Pirani, A Rüttenauer).
Świetlówka jest fluorescencyjnym źródłem światła – wyładowanie elektryczne
i jego skutki w postaci emisji promieniowania UV są czynnikami
pobudzającymi fluorescencję. Promieniowanie widzialne jest następstwem
naświetlenia warstwy fluorescencyjnej (luminoforu), pokrywającej od
wewnątrz szklana rurę wyładowczą.
Luminofor, najczęściej w postaci
proszków halofosforanowych, spełnia więc
w świetlówce funkcje transformatora
optycznego, przekształcającego
promieniowanie ultrafioletowe na
widzialne.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
A tak przy okazji…
Luminescencja, zimne świecenie, jarzenie –
zjawisko emisji fal świetlnych przez niektóre
ciała (luminofory) wywołane przyczyną inną niż
rozgrzanie ich do wysokiej temperatury (co
oznacza, że luminescencja nie jest
promieniowaniem cieplnym). (tu i niżej: Wikipedia)
• fotoluminescencja – wywołana przez pochłonięcie promieniowania
elektromagnetycznego z obszaru widzialnego, ultrafioletu lub podczerwieni.
Pochłonięta energia jest następnie wyemitowana także w postaci światła, na ogół o
energii mniejszej niż energia światła wzbudzającego. Ze względu na czas trwania
fotoluminescencję dzieli się na:
- fluorescencję – zjawisko trwające wyłącznie podczas działania czynnika
wzbudzającego;
- fosforescencję – zjawisko trwające również przez pewien czas po ustąpieniu
czynnika wzbudzającego; substancje zdolne do fosforescencji nazywane są
zwyczajowo fosforami.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
Świetlówka czyli lampa fluorescencyjna (LF) jest wyładowczą, niskoprężną
(wewnątrz panuje ciśnienie od 0,1 do 1 kPa) lampą rtęciową. Zbudowana jest
w postaci szklanej rurki, prostej lub zgiętej, zakończonej trzonkami. W obu
jej końcach wbudowane są elektrody, wykonane najczęściej z wolframowych
skrętek, powleczonych substancją emitującą po ogrzaniu elektrony. Wnętrze
rurki jest powleczone cienką warstwą luminoforu, którego skład chemiczny
decyduje o barwie światła emitowanego przez świetlówkę. Podczas produkcji
świetlówki do jej wnętrza zostaje wprowadzona kropla rtęci, a po
wypompowaniu powietrza jest wypełniana argonem.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
Świetlówki – zasada działania:1) Elektroda pokryta jest materiałem, ułatwiającym emisję elektronów (emiterem);
2) Elektrody musza być wstępnie podgrzane;
3) Napięcie na elektrodach w chwili zapłonu musi być dostatecznie duże, aby
nastąpiło przebicie elektryczne (czyli przeskok między elektrodami);
4) We wnętrzu świetlówki musi znajdować się gaz zapłonowy (argon, neon) o niskim
napięciu zapłonu, który umożliwia zainicjowanie wyładowania;
5) Wyładowanie przejmowane jest przez pary rtęci – na wskutek zderzeń z
elektronami, atomy rtęci przechodzą w stan wzbudzony;
6) Elektrony we wzbudzonych atomach wracają do stanu podstawowego, emitując
energie w postaci kwantu promieniowania – dla par rtęci są to fale o długości 185 i
254 nm (ultrafiolet);
7) Promieniowanie UV pada na luminofor;
8) A jak działa luminofor? –
ZADANIE DLA STUDENTÓW! ;-)
https://tromil.pl/poradniki-elektroniczne/lampy-fluorescencyjne-ccfl/
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
Sposób działania świetlówki wymusza odpowiednią konfigurację układu
zasilającego.
Na rysunku przedstawiona jest budowa
najczęściej stosowanego zapłonnika
lampowego, ale można także spotkać
zapłonniki elektroniczne. Zasadniczą częścią
zapłonnika lampowego jest mała neonówka
tląca o jednej elektrodzie sztywnej i drugiej
bimetalowej, odginającej się pod wpływem
ciepła i zwierające z elektrodą sztywną.
W początkowej fazie, gdy układ świetlówki jest
wyłączony, styki zapłonnika są rozwarte. Po
włączeniu zasilania wystąpi na elektrodach
lampki zapłonnika całkowite napięcie sieci, co
spowoduje jej świecenie. Świecenie neonówki
powstaje wskutek wyładowań elektrycznych,
których efektem ubocznym jest nagrzewanie
się elektrod lampki. Elektroda bimetalowa
zapłonnika wraz z nagrzewaniem rozgina się i
zwiera z elektrodą stałą.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
Wywołana tym zjawiskiem fala przepięciowa (ok. 700 V) powoduje przeskok łuku pomiędzy elektrodami
świetlówki i jej zaświecenie. Zjawisko to powtarza się aż do trwałego zaświecenia świetlówki. W stanie
trwałego zaświecenie prąd przepływa w obwodzie sieć-dławik-świetlówka (od jednej do drugiej
elektrody)-sieć. Gdy świetlówka zacznie już świecić dławik obniża napięcie świetlówki, zwykle do 110-
120 V i na takim napięciu świetlówka działa do wyłączenia. Czas zapłonu wynosi od 1 do kilku sekund.
Lampka zapłonnika jest tak skonstruowana, że napięcie, jakie wystąpi na niej, po zapłonie, nie
powoduje jej ponownego zaświecenia. Emitowane przez podgrzaną katodę elektrony przemieszczając
się, w argonie, wewnątrz świetlówki napotykają na swej drodze atomy rtęci i zderzając się z nimi
wytrącają z orbity atomów wolne elektrony. Pobudzone atomy rtęci są źródłem silnego promieniowania
o długości ok. 250 nanometrów, czyli ultrafioletowego. Promieniowanie to, padając na luminofor, jest
„zamieniane” na promieniowanie o długości fali od 400 do 700 nm, czyli światło widzialne. Luminofor
pełni więc, jakby funkcję transformatora długości fal
W momencie zwarcia elektrod zapłonnika w obwodzie sieć-dławik-
elektroda wolframowa-zwarta lampka zapłonnika-druga elektroda-sieć
popłynie prąd o wartości ok. 1,5 razy większej od prąd roboczego. Pod
wpływem przepływu prądu rozgrzewają się elektrody świetlówki, które
zaczynają emitować elektrony. W okolicy elektrod można
zaobserwować lekkie świecenie. W tym czasie zwarte elektrody lampki
zapłonnika stopniowo stygną i po krótkiej chwili elektroda bimetalowa
powraca do swojego poprzedniego kształtu co powoduje rozłączenie
styków i nagłe przerwanie obwodu. Nagły spadek wartości prądu
spowoduje, że na dławiku powstanie znaczna siła elektromotoryczna e
= -L(di/dt).
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
BLA, BLA, BLA…
Najważniejsze:
1) Bardzo wysokie napięcie (nawet 1500 V) w momencie zapłonu;
2) Napięcie ustalone pracy na lampie około 120130 V;
3) Zasilanie napięciem przemiennym powoduje „migotanie” świetlówki
(zapalanie się i gaśnięcie około 100 razy na sekundę);
Nowoczesne układy stabilizacyjno-zapłonowe (elektroniczne)
eliminują te wady: zapłon jest pewny, powtarzalny, praktycznie
bez migotania; lampa zasilana jest napięciem o wysokiej
częstotliwości 2540 kHz, która poza minimalizacją tętnienia
strumienia świetlnego poprawia nawet o około 30% skuteczność
świetlną lampy (do 105 lm/W).
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
ZALETY ŚWIETLÓWEK:
- wytwarzają znacznie mniej ciepła, co samo w sobie jest zaletą;
poza tym też sprawia, że lampa ta jest znacznie bardziej
energooszczędna,
- wyższa skuteczność świetlna (do 105 lm/W),
- dłuższy czas pracy (od ok. 8000 h do nawet 20000 h przy użyciu
stateczników elektronicznych i świetlówek najnowszej generacji),
- mniejsza zależność strumienia świetlnego od napięcia zasilającego,
- można wytwarzać świetlówki o różnych temperaturach barwowych,
- przy użyciu świetlówek liniowych łatwiej jest uzyskać oświetlenie
bezcieniowe, niż za pomocą żarówek.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
WADY ŚWIETLÓWEK:- wymagają skomplikowanych opraw z dodatkowym wyposażeniem
(statecznik i zapłonnik),
- gorsza jakość światła (nieciągłe widmo), szczególnie w wykonaniu z
luminoforami halofosforanowymi i trójpasmowymi,
- wydajność świetlna lampy zależna jest od temperatury otoczenia,
- większy niż u żarówek spadek żywotności przy dużej częstości
włączeń/wyłączeń,
- w typowych rozwiązaniach brak możliwości regulacji strumienia świetlnego
za pomocą regulatorów napięcia (tak zwanych „ściemniaczy”),
- tętnienie strumienia świetlnego powodujące efekt stroboskopowy –
powoduje szybsze zmęczenie oczu w porównaniu do tradycyjnych żarówek,
- emisja szkodliwego dla oczu promieniowania ultrafioletowego,
powodującego degradację siatkówki i matowienia istoty właściwej rogówki,
- utrudniony zapłon przy obniżonym napięciu oraz w niskiej temperaturze,
- zawierają rtęć, która jest silną trucizną – mogą być niebezpieczne po
stłuczeniu,
- wyższy koszt zakupu, konieczność poniesienia kosztów utylizacji zużytych
świetlówek.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Świetlówki (jarzeniówki)
Świetlówki kompaktowe (kompaktowe lampy fluorescencyjne) (CFL ang.
Compact fluorescent lamp), znane też w handlu jako świetlówki
energooszczędne – jest to rodzaj lampy fluorescencyjnej (świetlówki) o
kształcie zapewniającym małe wymiary gabarytowe. Świetlówki takie mają
najczęściej kształt litery "U" lub spirali. Świetlówki kompaktowe możemy
podzielić na świetlówki ze zintegrowanym układem zapłonowym oraz na
świetlówki wymagające opraw z takim układem.
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Lampy wyładowcze wysokoprężne
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Wzrost ciśnienia ośrodka gazowego (np. par rtęci, sodu, ale też gazów takich
jak argon, neon, ksenon) w lampach wyładowczych zmienia warunki
generowania światła. Ciśnienie w trakcie wyładowania na poziomie 101000
kPa i temperatura bańki wynosząca kilkaset stopni powoduje pobudzanie
nowych poziomów energetycznych atomów.
W lampach wysokoprężnych linie rezonansowe (np. wspomniane 185 i 254 nm
dla rtęci) są stosunkowo słabe, pojawia się natomiast promieniowanie
widzialne, wynikające z energii wzbudzenia wyższych poziomów
energetycznych.
Lampy wyładowcze wysokoprężne
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
W zależności od napełnienia lampy czynnikiem wyładowczym, lampy te
dzielimy na kilka kategorii:
- rtęciowe;
- sodowe;
- metalohalogenkowe;*
- neonowe;
- ksenonowe.
Halogenki – związki chemiczne pierwiastków 17
grupy układu okresowego (dawniej grupy VIIA).
Lampy wyładowcze wysokoprężne
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Lampy wyładowcze wysokoprężne
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Podstawowym elementem lampy wysokoprężnej jest jarznik wykonany ze
szkła kwarcowego i tlenku glinu. We wnętrzu jarznika następuje wyładowanie
– jego zewnętrzna powierzchnia stanowi bryłę świecąca o ekstremalnie
wysokiej luminancji (do 108 cd/m2), co wykorzystywane jest przy budowie
reflektorów o dużej światłości. Może to być powodem olśnień – w przypadku,
gdy jest to przeszkodą, lampy takie posiadają zewnętrzną bańkę, pokrytą
luminoforem, pełniącym głównie role rozpraszacza.
Lampy wyładowcze wysokoprężne
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Wysokoprężne lampy rtęciowe – najstarsze lampy wyładowcze. Ich światło
ma niezbyt bogate widmo, poszczególne barwy nie są jednakowo
reprezentowane, skuteczność świetlna jest niezbyt wielka.
Lampy wyładowcze wysokoprężne
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Wysokoprężne lampy sodowe – przez długi czas nie mogły znaleźć realizacji
ze względu na kłopoty z wyprodukowaniem jarznika, który wytrzymałby
agresywne działanie chemiczne par sodu. Badania kosmiczne pomogły w
znalezieniu odpowiedniego materiału – ceramicznego, polikrystalicznego
tlenku glinu.
Lampy te nie mają elektrody zapłonowej, do zapłonu potrzebny jest impuls
wysokonapięciowy (kV)
Lampy wyładowcze wysokoprężne
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Wysokoprężne lampy metalohalogenkowe – ich działanie opiera się na
wyładowaniu w parach rtęci, jednak dodatki wzbogacające widmo (halogenki
metali: jodek sodu, indu talu, skandu, dysprozu) czynią z tych lamp bardziej
rozwinięte źródło światła.
Lampy te charakteryzują się wysoką skutecznością
świetlną (65–115 lm/W), długą żywotnością (od 7500 do
20 000 godzin) oraz idealnym oddawaniem barw
otoczenia – wskaźnik CRI około 98 (przy czym można
uzyskać temperaturę barwową od 3000 K do 20 000 K, w
zależności od zastosowanej mieszaniny).
Lampy wyładowcze wysokoprężne
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Typ lampy Pokrycie
bańki
Moc
[W]
Strumień
świetlny
[lm]
Skuteczność
świetlna
[lm/W]
Luminancja
[cd/m2]
Trwałość
[h]
Rtęciowe
HME
luminofor 50 2 000 40 50 000
20 00080 4 000 50 60 000
250 14 000 56 110 000
400 24 000 60 120 000
Sodowe
HST, HSE
przezro-
czysta
70 5 900 84 2 500 000
25 000
150 14 500 97 3 000 000
250 27 000 108 5 000 000
400 48 000 120 6 000 000
luminofor 50 3 500 70 40 000
70 5 600 80 70 000
150 14 000 93 110 000
250 25 000 100 230 000
Lampy wyładowcze wysokoprężne
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Typ lampy Pokrycie
bańki
Moc
[W]
Strumień
świetlny
[lm]
Skuteczność
świetlna
[lm/W]
Luminancja
[cd/m2]
Trwałość
[h]
Metalo-
halogenkowe
HIT, HIE
przezro-
czysta
35 3 300 94 48 000 000 12 000
70 6 600 94 63 000 000 12 000
150 14 000 93 93 000 000 12 000
250 22 000 88 120 000 000 12 000
luminofor 70 5 600 80 210 000 12 000
100 8 600 86 300 000 12 000
150 12 500 83 bd 12 000
250 20 000 80 150 000 12 000
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Osiągnięcie przełomu XX i XXI wieku – źródła światła oparte na
półprzewodnikach, zwane LED (ang. Light Emitting Diodes).
Zjawisko elektroluminescencji odkryte zostało na początku XX wieku, ale do
produkcji seryjnej diody LED weszły w latach 60-tych XX wieku (Nick
Holonyak jr.).
Działanie diody elektroluminescencyjnej (LED) opiera się
na zjawisku rekombinacji nośników ładunku (rekombinacja
promienista). Zjawisko to zachodzi w półprzewodnikach
wówczas, gdy elektrony przechodząc z wyższego poziomu
energetycznego na niższy zachowują swój pseudopęd. Jest
to tzw. przejście proste. Podczas tego przejścia energia
elektronu zostaje zamieniona na kwant promieniowania
elektromagnetycznego. Przejścia tego rodzaju dominują w
półprzewodnikach z prostym układem pasmowym, w
którym minimum pasma przewodnictwa i wierzchołkowi
pasma walencyjnego odpowiada ta sama wartość pędu.
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Luminescencja jest zjawiskiem fizycznym polegającym na emitowaniu przez
materię promieniowania elektromagnetycznego pod wpływem czynnika
pobudzającego, które dla pewnych długości fali przewyższa emitowane przez
tę materię promieniowanie temperaturowe. W diodzie
elektroluminescencyjnej (LED) mamy do czynienia z tzw.
elektroluminescencją, przy wytworzeniu której źródłem energii pobudzającej
jest prąd elektryczny dostarczony z zewnątrz, czasami pole elektryczne.
Najefektywniejsza elektroluminescencja w
półprzewodniku powstaje w wyniku
rekombinacji swobodnych nośników
ładunku w złączu p-n, gdy jest ono
spolaryzowane w kierunku przewodzenia.
Intensywność świecenia zależy od wartości
doprowadzonego prądu, przy czym
zależność ta jest liniowa w dużym zakresie
zmian prądu. Zjawiska przeszkadzające
elektroluminescencji to pochłanianie
wewnętrzne i całkowite odbicie
wewnętrzne.
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Poprzez odpowiedni dobór materiału półprzewodnikowego (szerokość przerwy
energetycznej!) można wpływać na barwę emitowanego promieniowania, które
zasadniczo powinno być monochromatyczne. Jednak rzeczywiste warunki rekombinacji
sprawiają, że zauważana jest niewielka szerokość widma (1030 nm) o
charakterystycznym rozkładzie podobnym do krzywej Gaussa.
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Diody LED są więc w zasadzie monochromatyczne – nadają się do różnego
rodzaju sygnalizacji, ale raczej nie do oświetlania wnętrz…
Można jednak generować światło białe – na dwa sposoby. Jednym jest
mieszanie barwnych świateł z trzech składowych; drugim przekształcenie
światła diody niebieskiej za pomocą luminoforu.
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Budowa diody LED
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Cytat z: W. Żagan, Podstawy techniki świetlnej, Warszawa 2005:
Diody elektroluminescencyjne są niskowatowymi źródłami światła. W
chwili obecnej produkuj się diody o maksymalnej mocy 0,51,0 W, a dioda
o mocy 2 W pojawiła się dopiero w roku 2004. Tak więc, nawet gdyby
założyć skuteczność świetlną diody na deklarowanym poziomie 50 lm/W i
wzrost mocy jednostkowej diody, to można oczekiwać, że strumień
świetlny będzie miał wartość 500 100 lm. Jest to bardzo mały strumień
świetlny, dla którego trudno przy użyciu jednej diody znaleźć
zastosowanie oświetleniowe inne niż w sygnalizacji stanu włącz/wyłącz. Z
tego powodu próbuje się budować wieloźródłowe oprawy oświetleniowe
tzw. matryce diodowe, składające się z wielu LED i takie rozwiązanie
bywa już obecnie praktykowane, zarówno w sygnalizacji (ulicznej,
samochodowej, reklamy) jak i w określonych obszarach oświetlenia
(iluminacja, oświetlenia lokalne, latarki).
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Taśmy LEDCharakterystyka:
strumień świetlny jednej diody LED to 1200-
1600 mcd (około 5 lm / diodę)
bardzo długa żywotność (100.000h)
niskie zużycie energii elektrycznej jeden metr
to niecałe 10W
łatwy montaż - dwustronnie klejąca taśma
firmy 3M na całej długości
tylko 2 mm grubości, wysoka elastyczność
możliwość skracania co 6 diody LED (10 cm)
Dane techniczne:
Rodzaj diod LED: SMD 3528 HIGH CRI > 90
Ilość diod LED: 600 sztuk na 5 metrach
Wymiary: długość 5 metrów, szerokość: 8 mm,
wys. 2 mm
Stopień ochrony: IP20
Zasilanie: 12V lub 24V DC
Pobór mocy max: 9,6 W/m
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Zalety źródeł LED:
- Duża trwałość (do 100 tysięcy godzin!);
- Odporność na wstrząsy;
- Łatwe sterowanie procesem ściemniania;
- Brak promieniowania UV;
- Łatwe uzyskiwanie światła barwnego;
- Natychmiastowe zapalanie;
- Niskie napięcie zasilania (bezpieczeństwo!);
- Małe wymiary;
- Duża luminancja (rzędu 106 cd/m2).
Diody elektroluminescencyjne LED
Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak
Wady źródeł LED:
- Niewielki strumień świetlny;
- Duża temperatura złącza;
- Nieefektywne uzyskiwanie światła białego;
- Duża wrażliwość na zmiany temperatury zewnętrznej;
- Duża luminancja.