Tehnologie

Tuburi fluorescente

Primele incercari de a produce lumina folosind descarcarea electrica, au fost facute la sfarsitul secolului 19 si au fost implicati Tesla si Edison.
In 1901, Peter Cooper Hewitt a obtinut un brevet pentru tuburi cu vapori de mercur, cu descarcare la joasa tensiune.

S-au inregistrat progrese in tehnologia cu fosfor, dar primele tuburi fluorescente au aparut in anii 1930. Dezvoltarea televizorului color si descoperirea lantanidelor , elemente rare – nestiute inainte, au avut un mare efect in acest sens.

Exista aproximativ 10 tipuri diferite de pulberi de fosfori. Spectrul dorit al unei lampi, poate fi obtinut prin amestecarea acestor pulberi in cantitatile potrivite. In acest fel poate fi obtinut un CRI de aproximativ 90.

Un CRI de 98 poate fi obtinut prin utilizarea fosforilor si a tehnicilor special, brevetate si pastrate secret de producatori.

Fosforii sunt amestecuri de pulberi de saruri complexe de elemente, cum ar fi: aluminium, antimoniu, bariu, calciu, ceriu, europium, gadolinium, germanium, magneziu, strontium, terbium, staniu, ytriu, clor, fluor si fosfor.

Ingrosarea straturilor de fosfori, folosita uneori pentru a reduce intensitatea luminii in descarcarea de mercur, imbunatateste indicele de redarea a culorilor, chiar si pentru a obtine putina eficienta.

O mare inventie in acest domeniu, a fost clasificarea “hot spot/cool spot”. Diferitele temperaturi functioneaza pentru a preveni migrarea ionilor de mercur, cauzata de curentul electric direct, pastrand lampa intr-o forma buna, chiar si atunci cand lucram cu un current continuu (DC) constant sau pulsatoriu.

Cu cat este mai mic diametrul tubului, cu atat eficienta este mai buna si cu atat avem nevoie de mai putin material pentru a-l construi. Intre anii 1930-1980, au dominat piata tuburile T12 (1 1/2"). Anii 1980 au adus tuburile T8 (1"), iar trendul din zilele noastre sunt tuburile T5 (5/8").

Becurile incandescente

Dezvoltarea becurilor incandescente a avut o cale lunga din 1802, cand Humphry Davy a trecut curent electric printr-un fir de platina si l-a aprins. Aceste becuri au deschis calea catre dezvoltarea industriala, iar acum suntem martorii apusului lor.

Capacitatile becurilor incandescente de a imita lumina soarelui, sunt limitate. Pot avea indicele de redare a culorii de 100. Dar problema este temperature de culoare, care este numai de aproximativ 2900K. Observam ca aceasta este o lumina calda, galbena.

Aceasta limitare, are legatura cu punctual de topire al tungstenului (3695K), metalul din care sunt produse aceste filamente.

Filamentul unui bec obisnuit, functioneaza la o temperatura de aproximativ 2900-3000K. Crescand aceasta temperature, se scurteaza durata de functionare a becului. De exemplu, becurile cu filament pentru proiector, care au 3300K, au o durata de functionare de doar cateva zeci de ore.

O abordare revolutionara este folosirea unui filtru care reduce excesul de galben in lumina vizibila. A fost descoperit un material adecvat pentru a face acest lucru: oxidu de neodim Nd2O3. Aceasta pulbere se amesteca in sticla becului, dandu-i o nuanta de albastru-violet. Proprietatile unice ale NdIII+ sunt folosite pentru a spori contrastul in optica astronomica si cel mai vizibil la laserele cu infrarosu.

Filtrul absoarbe o parte din energia luminii din jurul lungimii de unda de culoare galbena pe care o vedem in principal la becul traditional. Rezultatul este o lumina “mai putin galbena”, care poate fi combinata foarte bine cu becuri fluorescente.

Sticla de Nd2O3 emite fluorescenta langa radiatia infrarosu (~1300 nm). O parte din lumina galbena, este convertita in caldura. Filtrul absoarbe doar 20-25% din fluxul luminous total, produs de filament.

Culoarea galbena este o etapa de tranzitie intre rosu si verde. In timp ce filtrul Nd reduce galbenul, creste contrastul dintre culoarea rosu si verde.

Becul cu filament fiind o sursa de lumina “colorata” (in afara curbei diagramei cromatice Planchiene), evaluarea CRI-ului prin formula clasica, ne da valori de 75-80, care sunt putin inselatoare. Se lucreaza la o noua formula denumita CQS pentru evaluarea calitatii culorii LED-urilor, care este mai aproape de opinia privitorului pentru o lumina data, decat cu CRI utilizat in presen.

LED – light emitting diodes

Istoria acestor surse dateaza din 1907, cand H. J. Round, PA si G. Marconi, au observant o electroluminescenta pe cristalele de carbura de siliciu. O. V. Losev a descris mai bine acest fenomen in 1927. K. Lehovec a aprofundat explicatia teoretica in 1951.

Mai multe tipuri de semiconductori emitatori de infrarosu, au fost creati in anul 1950. In 1962, N. Holonyak a prezentat primul diodele emitatoare de lumina rosie. La scurt timp, a aparut si LED-ul de culoare galbena si a crescut si eficienta. La inceputul anilor 1970, pretul LED-urilor a scazut dramatic, asa ca au fost folosite ca indicatori si display la calculatoarele portabile. LED-ul verde a aparut la scurt timp, iar cel albastru a fost inventat doar in 1989. Primul LED alb, a aparut la scurt timp dupa aceasta descoperire. Inventiile facute in anii 1990, au imbunatatit eficienta LED-urilor, datorita structurii multi-camp, multi-strat sau de rezonanta. Puterea LED-urilor a crescut de la miliwatti la watti, iar eficienta lor a intrecut tuburile fluorescente si HID-urile (High Intensity Discharge – tip de lampa).

LED-urile pot fi gasite ca indicatori la numeroase aparate electronice, afisajul din fundal al telefoanelor mobile, lantern de mana, sau chiar sursa de lumina in unele televizoare si proiectoare. LED-urile sunt noi in industria iluminarii si pot fi folosite in exterior, interior, architectural si auto.

LED-ul este o sursa semiconductoare de lumina. Straturile de material pe baza de siliciu, emit lumina cand curentul electric trece prin ele. Spectrul luminii emise este intr-o banda relative ingusta in forma de clopot in jurul lungimii de unda dominanta. Deci LED-urile sunt in primul rand surse de lumina colorata.

Lumina alba poate fi realizata prin combinarea mai multor culori. Cele mai utilizate fiind Led-ul albastru impreuna cu fosforul galben. Lumina albastra trece partial prin stratul de fosfor si se transforma partial in lumina galbena. Lumina care rezulta pare alba. Pot fi obtinute LED-urile cu culoare calda inspre lumina zilei, dar cu Ra de aproximativ 75-80. Pentru a ridica Rapana la 90, pot fi folositi fosfati speciali. O alta abordare este utilizarea unui LED (ultra)violet si un amestec de fosfori color. Se poate realiza un Ra de 97 si ne putem astepta la o crestere a lm/W. O alta abordare este amestecarea albului din mai multe LED-uri colorate. Folosind cel mai frecvent RGB, poate fi atins un Rade aproximativ 70. Utilizand noile component cu patru culori, RGBA, se poate atinge un Rade aproximativ 90. Ra de 97 a fost atins cu RGBAW (W - White). Utilizarea independenta a componentelor de culoare, ne ofera o gama larga de aplicatii. Unitatile LED, care folosesc o matrice, cooler si driver RGBW, introduce o solutie complete pentru crearea unei lumini confortabile, cu parametrii variabili, reglabili, schimbarea temperaturii de culoare, dispozitie, decorativa.

Avantajul LED-urilor fata de alte surse de lumina, este eficienta mare si potentialul de crestere a acesteia. Daca fluorescentele si HID-urile au atins maximul de 100 lm/W, LED-urile sunt deja la 150 lm/W si se estimeaza ca pot ajunge mai mult de 220 lm/W. Un alt avantaj al LED-ului este longevitatea: pot functiona de 3-5 ori mai mult decat tuburile fluorescente. LED-urile au un timp de pornire mai scurt decat un bec incandescent, ceea ce le face recomandabile pentru luminile franelor auto. Comutarea rapida (PWM), poate fi folosita pentru a controla media fluxului luminous al LED-ului, de la zero la 100%, cu mici pierderi.

Dezavanatajul de baza al LED-uriloe, este costul ridicat, care nu este inca echivalat cu longevitatea si eficienta. Viitorul LED-ului se gaseste in noile corpuri de iluminat. Exista modele vechi de lampi cu LED-uri pe piata, dar aceasta nu este o solutie completa. Un dezavantaj paradoxal este potentialul eficientei, in combinatie cu durata lunga de viata. Unii investitori aleg mai degraba o solutie traditional mai ieftina, si stau in asteptare. Durata de viata lunga a LED-uriloe este supraestimata, cele 30000-100000 ore, pot fi realizate doar cu un sistem de racire scump. Un argument ciudat dezavantajeaza inalta eficienta a LED-urilor din semafoare, care ingheata si sunt acoperite de gheata, in timp ce becurile incandescente inca functioneaza pentru ca radiaza caldura.

LED-urile sunt criticate pentru un indice scazut de redare a culorilor. Testele arata ca oamenii considera ca unele LED—uri sunt mai bune, decat in comparatie cu un Rasugerat. Este posibil ca larga utilizare a LED-urilor, va necesita un nou sistem metric de calitate a culorii, care sa reflecte subiectiv, cum se simte o anumita lumina decat cu sistemul Ra, care nu functioneaza bine pentru LED.