The way powerful LEDs can be applied to industry and agriculture

1. Учреждение образования:
Авторы:
«Гимназия №35» г. Минска
Свиткин Александр
Ковель Ксения
Комар Иван
Научный
руководитель:
Зайков Валерий
Александрович

2. Целью настоящего исследования является
изучение оптических характеристик мощных
светодиодов, излучающих в различных
диапазонах видимого спектра, и создание
устройств освещения с изменяющейся
спектральной характеристикой.
2

3. Тип источника излучения Год
Начало использования огня 500000 г. до н.э.
Масляные лампы и факелы 10000 г. до н.э.
Первые свечи в Греции и Риме 500 г. до н.э.
Водородные лампы с электрическим зажиганием 1780 г.
Итальянский физик Алессандро Вольта создал первый
химический источник тока
1799 г.
Свечение накаленной проволоки из платины или золота 1802 г.
Дуга В.В. Петрова между угольными стержнями 1802 г.
Первые парафиновые свечи 1830 г.
Дуговая лампа Фуко с регулированием длины дуги 1844 г.
Керосиновая лампа Лукашевича 1853 г.
“свеча” Яблочкова 1876 г.
Эдисон получает патент на лампу с угольной нитью 1880 г.
Купер-Хьюит изобретает ртутную лампу низкого давления 1901 г.
Лодыгин продаёт патент на вольфрамовую нить компании 1906 г.
Лэнгмюр предложил наполнять лампы инертным газом 1909 г.
Газонаполненная лампа Лангье с вольфрамовой спиралью 1913 г.
Пирани изобретает натриевую лампу низкого давления 1931 г.
Кух изобретает ртутную дуговую лампу высокого
давления
1935 г.
Ртутная лампа высокого давления с люминофором 1946 г.
Шульц предлагает ксеноновую лампу 1946 г.
Первые галогенные лампы накаливания 1958 г.
Первые ртутные лампы высокого давления с йодистыми
добавками.
1960 г.
Безэлектродные серные лампы 1992 г.
Светодиоды белого свечения Nichia 2005 г.
Светодиод Luxeon K2 2007 г. 3

4. Цветовая температура – это физическая величина, которая говорит о спектре
излучения. Чем выше цветовая температура, тем ближе цвет лампы к
фиолетовому, а чем ниже – то к желтому
Спектр частот лампы накаливания в цветах,
распознаваемых человеческим глазом
Лампа
накаливания
Дневной
свет
Светодиоды
4
750 625 588 566 500 484 441 380 (нм)

5. Анализ источников
света, применяемых для
освещения
5

6. 6

7. Видимый свет с точки зрения физики представляет собой
электромагнитные колебания от 380 нм до 760 нм. Из кривой видимости
следует, что человеческий глаз наиболее чувствителен к зеленой области
света.
Кривая видимости
человеческого глаза
7

8. Спектральная характеристика поглощения
света светолюбивыми растениями
Наиболее благоприятными
для выращивания светолюбивых
растений являются интенсивности
в пределах 150–220 Вт/м2, а
оптимальный состав излучения
имеет следующее соотношение
энергий по спектру: 30% в синей
области (380–490 нм), 20% в
зеленой (490–590 нм) и 50% в
красной области (600–700 нм).
С использованием такого
искусственного освещения
получены урожаи, в несколько раз
более высокие, чем при обычном
освещении, причем за более
короткие (в 1,5–2 раза) сроки.
8

9. 1
Получение белого света
путем смешивания
излучения красного,
зеленого и синего
светодиодов
2
Получение белого света с
помощью кристалла
синего светодиода и
нанесенного на него слоя
желтого люминофора
3
Перспективное направление
получения белого света с
помощью
ультрафиолетового
светодиода и RGB-
люминофора 9

10. Фотолюминесценция
Схема квантовых переходов при элементарном процессе
люминесценции: 1 - основной энергетический уровень; 2 - уровень
излучения; 3 - уровень возбуждения. Переход 3-1, показанный
пунктирной стрелкой, соответствует резонансной люминесценции,
переход 2-1 - спонтанной люминесценции.

11. Вид
экспериментальной
установки
Методика измерений
спектральных
характеристик
излучателя
1 – источник света (энергосберегающая лампа,
светодиод); 2 – линза; 3 – световод;
4 - монохроматор S-100; 5 - ЭВМ
1 2
3 4 5
S-100 ЭВМ
10

12. Спектр белого светодиода x-lamp фирмы CREE 11
Светодиод
белый
1 – 200 мА;
2 – 300 мА;
3 – 400 мА;
4 – 500 мА;
5 – 600 мА;

13. 12

14. Ватт-амперные характеристики
белого, зеленого и красного светодиодов
Клеммы 1-2 присоединены к
аккумулятору U = 9 В.
КРЕН – микросхема 1199ЕН8А
(белые СД), 1199ЕН6А (красные СД).
С1 = 0,33 мкФ, С2 = 0,1 мкФ,
R – переменное сопротивление
(R = 47 Ом для белого СД)
(R = 100 Ом для красного СД)
13

15. Вольт-амперная и характеристика фиолетового
спектральная характеристики фиолетового
светодиода
13

16. Макет светодиодной лампы
со спектральной коррекцией
14
2 см
Красный
светодиод
Белый
светодиод
Вид сверху
24 см
35 см
12 см
Вид сбоку

17. Спектр светодиодной лампы с
коррекцией спектральной
характеристики
15
Ток
красного
светодиода:
2 – 20 мА
3 – 30 мА
4 – 40 мА
5 – 50 мА

18. Спектры люминесценции бумаги и люминофора

19. ВЫВОДЫ
 Исследованы спектральные характеристики современных
светодиодов белого света фирмы CREE, излучающих в видимом
диапазоне спектра.
 Показано, что современные светодиоды белого света лучше
адаптированы к физиологическим возможностям человека по
сравнению с энергосберегающими люминесцентными лампами.
 Результаты электрофизических измерений можно
использовать для управления эффективностью исследованных
излучателей света.
 Предложена оптическая схема с использованием светодиодов
белого и красного цветов, позволяющая управлять спектральным
составом освещения.
 Предполагается использовать системы освещения с
переменным спектральным составом для эргономического
освещения помещений и освещения теплиц.
16