История электротехники

Твердотельные полупроводниковые излучатели света — светодиоды (СД) на основе карбида кремния были открыты в 20-х годах О.В. Лосевым. Эти работы были продолжены Ж.И. Алферовым [9.10], который исследовал СД на основе арсенидов галлия — алюминия. Работы С. Накамуры [9.11] позволили использовать многослойные гетероструктуры для создания голубых и зеленых СД.

На рис. 9.5 изображена типичная конструкция СД. Площадь кристалла СД имеет размер (0,25x0,25) ÷ (0,5x0,5) мм. Фокусировка излучения в необходимом телесном угле обеспечивается линзой 5.

Достижения науки за последние три десятилетия позволили получить красные, зеленые и голубые СД и наладить их промышленное производство. В настоящее время серийно выпускаются СД из трех материалов на одном кристаллодержателе, позволяющие получать разные цвета, в том числе и белый. Сила света у ряда СД превышает 10 кд. Срок службы 100 тыс. ч. Допустимые температуры эксплуатации от -40 до + 100 °С. Если учесть, что СД по светоотдаче уже превышают лампы накаливания, а на обслуживание требуют мало затрат, то можно прогнозировать им большое будущее в светотехнике. Сегодня СД начинают применяться в индикаторных устройствах, возможно создание полноцветных светодиодных табло, бегущих строк, рекламных панелей большой площади, плоских телевизионных экранов. Уже вводятся в эксплуатацию светофоры на СД.

Достаточно новыми источниками излучения (ИИ) являются источники, основанные на автоэлектронной эмиссии. Если электроны, появившиеся за счет автоэлектронной эмиссии (эмиссии, обеспеченной снижением потенциального барьера катода электрическим полем), направить на люминесцирующее вещество, то можно получить источник излучения со спектром, зависящим от состава люминофора. Одна из проблем, возникающая при создании такого источника, это необходимость иметь у катода напряженность электрического поля 10⁶-10⁷ В/см. Были предложены и сконструированы экспериментальные образцы ИИ на основе автоэлектронной эмиссии (АЭ). Главным элементом разрабатываемых ИИ является многоострийный автоэмиссионный катод. Кривизна острия составляет 10^-5 см. В зависимости от расстояния между катодом и анодом рабочее напряжение может составлять от нескольких десятков вольт (при расстоянии десятые или сотые доли миллиметра) до нескольких киловольт (при расстоянии несколько сантиметров). На рис. 9.6 и 9.7 показаны принципиальные конструкции ИИ двух- и трехэлектродной модификаций: 7 — катод; 2 — стеклянная колба; 3 — люминофор; 4 — анод; 5 — сетка; 6 — преобразователь напряжения. Геометрия ИИ на основе АЭ может быть различной в зависимости от назначения. Экспериментальные образцы имели срок службы 10 тыс. ч.

В табл. 9.2 приведены некоторые характеристики ИИ.

9.3. ПРИБОРЫ ДЛЯ ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЭНЕРГИИ ИЗЛУЧЕНИЯ В ПРОСТРАНСТВЕ

Одной из основных задач техники освещения и облучения является перераспределение энергии излучения источника в заданном направлении пространства. Эту цель выполняет целая группа приборов, называемая световыми приборами (СП). Они служат для концентрации потока излучения в объеме и на поверхности. С их помощью можно изменять физические свойства излучения, например спектральный состав или поляризацию. По своему функциональному назначению и конструктивному исполнению СП делятся на две большие группы: светооптические приборы и светильники. Приборы первой группы имеют светооптическую систему, включающую источник излучения и оптическую систему (отражающую, преломляющую). Они перераспределяют и концентрируют поток в пределах небольших телесных углов. К ним относятся прожекторы (военные, авиационные посадочные, киносъемочные, театральные, общего назначения для освещения промышленных и общественных объектов), фары (автомобильные, самолетные, транспортные и т.д.), маяки (морские, авиационные и т.д.), светосигнальные приборы (светофоры), различные проекционные аппараты. Светильники — приборы, включающие источник излучения и осветительную арматуру. Они предназначены для перераспределения потока излучения внутри значительных телесных углов и освещения объектов, находящихся на небольших расстояниях от прибора. К ним относятся светильники для освещения помещений (производственных, общественных, жилых, салонов транспортных средств и т.д.), открытых пространств (улиц, дорог, карьеров, туннелей, архитектурных сооружений и т.д.), объектов, находящихся под водой, под землей, в космосе.