Прозрачные перовскитовые светодиоды ближнего инфракрасного диапазона
Мобильные и носимые устройства все больше зависят от скрытого освещения в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) для распознавания лиц, отслеживания взгляда или функций определения движения и глубины. Однако эти небольшие устройства предлагают ограниченную пространственную недвижимость, которая обычно уже занята их полноразмерными электронными цветными дисплеями. Здесь мы сообщаем о прозрачном перовскитном светоизлучающем диоде (LED), который можно накладывать на цветной дисплей для обеспечения эффективного и интенсивного NIR-освещения. Наши прозрачные устройства изготовлены из ITO/AZO/PEIE/FAPbI.3/поли-ТПД/МоО3/Al/ITO/Ag/ITO и обеспечивают высокий средний коэффициент пропускания более 55% в видимой области спектра. В частности, наш верхний прозрачный электрод Al/ITO/Ag/ITO обеспечивает сочетание низкого поверхностного сопротивления и низкого плазменного повреждения при нанесении электрода. Устройства излучают на длине волны 799 нм с высокой общей внешней квантовой эффективностью 5.7 % при плотности тока 5.3 мА см -2 и высокой энергетической яркости 1.5 Вт ср -1 м -2 , а также имеют большую функциональную площадь устройства 120 мм2. XNUMX . Эффективная производительность идеально подходит для носимых устройств с батарейным питанием и может обеспечить расширенные функции безопасности и обнаружения в будущих смарт-часах, телефонах, игровых консолях и гарнитурах дополненной или виртуальной реальности.
Введение
Исследования светового излучения перовскита быстро продвигались вперед, при этом эффективность электролюминесцентных устройств быстро увеличивалась с 0.8% в более ранних работах 1,2,3,4,5 до более 20% в более поздних отчетах 6,7,8,9,10,11. . БИК-перовскитные светодиоды (PeLED) остаются наиболее успешными, демонстрируя сочетание высокой эффективности, хорошей воспроизводимости и приличного срока службы. Недавно также были реализованы эффективные устройства большой площади, и было продемонстрировано, что они обладают замечательной однородностью излучения как в жестких, так и в гибких форм-факторах 11 .
Основное преимущество, которое PeLED предлагают по сравнению с другими светодиодами на основе полупроводниковых микросхем III-V, заключается в их способности создавать большие площади на различных подложках, что позволяет использовать их для электролюминесцентных дисплеев, таких как телевизоры, смартфоны и т. умные часы. Они аналогичны ценностным предложениям, предлагаемым органическими светодиодами и светодиодами с квантовыми точками. Однако БИК-светодиод, который традиционно ассоциировался со скрытым освещением, безопасностью и функциями оптической связи, в настоящее время будет выполнять ограниченные функции, если будет производиться на большой или гибкой площади.
Здесь мы сообщаем о реализации прозрачного излучающего в ближнем ИК-диапазоне светодиода PeLED большой площади и демонстрируем в качестве доказательства концепции его уникальные функциональные приложения при наложении на излучающий цветной дисплей. Такие прозрачные NIR-устройства будут предлагать множество расширенных функций безопасности и датчиков на технических гаджетах, не занимая дополнительной площади, потенциально даже освобождая место для дополнительных функций. Примеры расширенных функций могут включать распознавание лиц, отслеживание взгляда или определение движения и глубины на смарт-часах, телефонах, игровых консолях и устройствах дополненной или виртуальной реальности.
Итоги
Прозрачные характеристики устройства
Наши прозрачные светодиоды PeLED изготовлены из оксида индия-олова (ITO)/оксида алюминия-цинка (AZO)/этоксилированного полиэтиленимина (PEIE)/иодида формамидиния-свинца (FAPbI).3)/поли[N,N’-бис(4-бутилфенил)-N,N’-бисфенилбензидин] (поли-ТПД)/триоксид молибдена (MoO3)/алюминий (Al)/ITO/серебро (Ag)/ITO (рис. 1a) и используют аналогичные активные слои, как и непрозрачные устройства в нашей предыдущей работе 11 . Изображение сканирующей электронной микроскопии и рентгенограмма ФАПбИ3 слой перовскита показан на дополнительных рисунках. 1 и 2 соответственно. Примечательно, что в этой работе верхний электрод был разработан с многослойной структурой Al (10 нм)/ITO (40 нм)/Ag (10 нм)/ITO (40 нм), чтобы обеспечить сочетание низкого поверхностного сопротивления, эффективной инжекции заряда. и высокой оптической прозрачностью. Меморандум о взаимопонимании3Слои /poly-TPD и AZO/PEIE использовались для облегчения омической и сбалансированной инжекции дырок и электронов в перовскит, соответственно, для эффективной электролюминесценции (ЭЛ).
a Структура устройства ИТО/АЗО/ПЭИЭ/ФАПбИ3/Поли-ТПД/МоО3/Al/ITO/Ag/ITO ПеЛЕД. b Спектры электролюминесценции PeLED от 1.6 до 4.0 В. На вставке — фотография 120-мм 2 PeLED в ближнем инфракрасном диапазоне. c Комбинированные графики зависимости плотности тока от напряжения (черные сплошные и пунктирные линии) и зависимости яркости от напряжения (синие сплошные и пунктирные линии) PeLED. d Графики зависимости внешней квантовой эффективности от плотности тока PeLED. Сплошные линии представляют размеры устройства спереди, а пунктирные линии представляют измерения сзади.
На рис. 1b показаны спектры электролюминесценции прозрачного PeLED с характерным излучением в ближней ИК-области спектра при 799 нм, что согласуется со спектром фотолюминесценции FAPbI.3 (Дополнительный рис. 3). Наши устройства были изготовлены с большой площадью 120 мм 2 (15 × 8 мм) и демонстрируют исключительно равномерное излучение по всей активной площади. На рис. 1c показаны комбинированные графики зависимости плотности тока от напряжения и яркости от напряжения прозрачного PeLED. Устройство включается при низком напряжении ~1.5 В, что указывает на эффективную инжекцию носителей с обоих электродов. Поскольку наше устройство содержит прозрачные электроды с обеих сторон, мы определяем излучение со стороны подложки как фронтальное излучение, а излучение со стороны Al/ITO/Ag/ITO — как обратное излучение. Переднее излучение является более интенсивным и достигает максимальной яркости 2.8 Вт ср -1 м -2 , тогда как заднее излучение имеет яркость 1.2 Вт ср -1 м -2 при напряжении возбуждения 4.0 В. Это связано с тем, что более высокий коэффициент пропускания передней подложки из ITO-стекла (дополнительный рис. 4), а также вклад отражения от тонких металлических прослоек в заднем электроде. Как следствие, внешняя квантовая эффективность (EQE) (рис. 1d) рассчитывается как 4.5% и 1.2% для передней и задней эмиссии соответственно, что дает общий EQE 5.7% при плотности тока 5.3 мА·см. -2 и соответствующую общую яркость 1.5 Вт ср -1 м -2 . Средний максимальный EQE для переднего и заднего излучения 17 устройств составляет 3.5% и 1.2% соответственно, а гистограммы EQE устройства показаны на дополнительном рисунке 5. Прозрачный PeLED показал короткую T50 срок службы 4 мин (дополнительный рис. 6), что уступает сроку службы, показанному в непрозрачных PeLED 11 . Это может быть связано с небольшим плазменным повреждением устройства, вызванным процессом распыления ITO.
В погоне за прозрачным светодиодом распыленный ITO может оказаться вполне естественным материалом для заднего электрода. Однако мы обнаружили, что тонкие активные слои полимера и перовскита в PeLED особенно уязвимы к плазменным повреждениям в процессе распыления ITO даже при комнатной температуре, в отличие от более толстых слоев, которые использовались в полупрозрачных перовскитных солнечных элементах 12, 13 . На рисунке 2а показано сравнение характеристик устройств четырех репрезентативных PeLED, которые были изготовлены соответственно из Al (10 нм)/ITO (40 нм)/Ag (10 нм)/ITO (40 нм), ITO (500 нм), ITO (40 нм). нм)/Ag (10 нм)/ITO (40 нм) и задние электроды Al (80 нм). Как показано на графиках зависимости плотности тока от напряжения, 500-нм ITO PeLED имеет на 2–3 порядка более высокую плотность тока перед включением устройства (
a Сравнение плотности тока (верхний график) и яркости (нижний график) между светодиодами PeLED с использованием Al/ITO/Ag/ITO (черная линия), ITO (синяя линия), ITO/Ag/ITO (зеленая линия) и Al (красная линия) ) в качестве задних электродов. b Сравнение оптического пропускания Al/ITO/Ag/ITO PeLED (черная сплошная линия) и ITO PeLED (синяя сплошная линия) и их соответствующих прозрачных Al/ITO/Ag/ITO (черная пунктирная линия) и ITO (синяя пунктирная линия) электроды на стекле. Нижние графики показывают спектры излучения типичного дисплея умных часов и спектр NIR EL PeLED.
Затем мы использовали многослойную электродную структуру ITO (40 нм)/Ag (10 нм)/ITO (40 нм) 14 , сначала для уменьшения количества ITO, которое нам приходилось распылять, чтобы свести к минимуму повреждение, а также для обеспечения более низкого поверхностное сопротивление, необходимое для эффективной работы устройства. Однако ITO/Ag/ITO PeLED продемонстрировал аналогичные высокие токи утечки и низкое излучение, что указывает на то, что напыление тонкого слоя ITO все еще способно вызвать повреждение, если оно выполняется непосредственно поверх других активных слоев.
Таким образом, в нашем прозрачном PeLED мы добавили промежуточный слой алюминия толщиной 10 нм, чтобы уменьшить прямое повреждение плазмой. Полученный электрод Al/ITO/Ag/ITO обеспечивает значительно сниженный ток утечки и инжектирует заряд так же эффективно, как и непрозрачный алюминиевый электрод, о чем свидетельствует их идентичное напряжение включения. Мы предполагаем, что промежуточный слой алюминия представляет собой нечто большее, чем просто физический барьер, и что его проводящая металлическая природа, вероятно, помогает защитить активные слои от накопления заряда и электрического пробоя во время распыления. Однако по-прежнему очевидно, что Al/ITO/Ag/ITO PeLED обладает более высоким током утечки по сравнению с алюминиевым аналогом и поэтому работает менее эффективно, чем непрозрачный Al PeLED. Тем не менее, Al/ITO/Ag/ITO предлагает оптимальный баланс между низким поверхностным сопротивлением, высокой прозрачностью, малым повреждением и эффективной инжекцией заряда, что позволило реализовать прозрачный PeLED с достойными оптоэлектронными характеристиками.
На рисунке 2b показано сравнение оптического пропускания между задними электродами Al/ITO/Ag/ITO и 500-нм ITO, а также их соответствующих PeLED. Электрод Al/ITO/Ag/ITO и PeLED демонстрируют достаточно плоские профили пропускания в видимой и ближней ИК областях по сравнению с электродом ITO 500 нм, который сильнее поглощает в синей области спектра. Примечательно, что Al/ITO/Ag/ITO PeLED обладает высоким средним коэффициентом пропускания, превышающим 55% в диапазоне 450–650 нм, что позволяет использовать их технологически для применения в электронных трихроматических дисплеях. Спектральный профиль типичного цветного дисплея умных часов и нашего NIR PeLED показан на рис. 2b для справки.
Прозрачные приложения для устройств
Мы пришли к выводу, что респектабельная эффективность NIR EL и хорошее оптическое пропускание нашего PeLED обеспечат захватывающий набор передовых функций скрытого освещения, которые ранее были недостижимы на небольших носимых гаджетах. Для проверки концепции мы наложили наш прозрачный светодиод PeLED на смарт-часы, как показано на рис. 3а. На нашем PeLED можно наблюдать высококонтрастный белый дисплей с нейтральной плотностью, что подтверждает приведенные выше результаты коэффициента пропускания плоского спектра. Мы использовали NIR PeLED при напряжении 3.2 В и сфотографировали смарт-часы с помощью NIR-камеры, как показано на рис. 3b. Наблюдалась интенсивная электролюминесцентная ИК-область, маскирующая особенности основного видимого дисплея. Эта демонстрация показывает, что прозрачный NIR-светодиод теперь может быть встроен в дисплей для обеспечения безопасности и функций распознавания, таких как распознавание лиц, отслеживание взгляда или определение движения и глубины, которые только недавно были возможны на больших планшетных компьютерах и телефонах.
Рис. 3: Демонстрация функции скрытого освещения прозрачного перовскитового светодиода.
a Прозрачный светодиод PeLED, наложенный на дисплей умных часов, обеспечивает высокую оптическую прозрачность и нейтральный цвет. b Фотография в ближнем инфракрасном диапазоне, показывающая яркую электролюминесценцию в ближнем ИК-диапазоне от прозрачного светодиода PeLED над дисплеем умных часов.
Таким образом, в этой работе мы продемонстрировали успешное изготовление прозрачного светоизлучающего диода ближнего инфракрасного диапазона на основе перовскита и проиллюстрировали его функциональное применение на небольшом носимом устройстве. В связи с растущим потребительским спросом на расширенные функциональные возможности этих интеллектуальных и высокосвязных устройств мы ожидаем, что наша концепция может привести к значительным функциям безопасности и интерактивным сенсорным функциям в технологических гаджетах следующего поколения, особенно для устройств с ограниченным пространственным пространством.
методы
Получение прекурсора перовскита
ФАПбИ3 предшественник перовскита был приготовлен путем растворения 27.7 мг FAI (Xi’an Polymer Light Technology), 33.2 мг PbI.2 (Sigma-Aldrich) и 7.7 мг 5-AVA (Sigma-Aldrich) в 1 мл безводного N,N-диметилформамида (Sigma-Aldrich). Раствор предшественника перед использованием перемешивали в течение 2 ч при 80°С в перчаточном боксе, заполненном азотом.
Изготовление прозрачного PeLED
Подложки из ITO-стекла с предварительно нанесенным рисунком (8 Ом/кв. м) очищали раствором детергента, деионизированной водой, ацетоном и изопропанолом в течение 10 мин соответственно, а затем сушили азотной пушкой. Подложки были обработаны в УФ-озоновом очистителе в течение 15 минут перед нанесением последующих слоев центрифугированием. Наночастицы AZO (2.5 мас.% в IPA, Avantama) наносили методом центрифугирования при 5000 об/мин в течение 1 мин с последующим отжигом при 140 °C в течение 10 мин. После охлаждения тонкий слой ПЭИЭ (0.4 мас.% в 2-метоксиэтаноле) наносили центрифугированием при 5000 об/мин в течение 1 мин. Слои отжигали при 110 °С в течение 20 мин. Затем подложки переносили в перчаточный бокс, заполненный азотом, для нанесения последующих слоев. 3000 мкл раствора предшественника перовскита наносили центрифугированием при 1 об/мин в течение 100 мин с последующим отжигом при 16°С в течение 40 мин. При этом образуются пластинки перовскита высотой ~13 нм. Транспортный слой поли-TPD (American Dye Source) с дырками был покрыт методом центрифугирования из раствора хлорбензола с концентрацией 1 мг мл -XNUMX . МоО3 (10 нм) и Al (10 нм) последовательно термически испарялись через теневую маску при давлении ниже 10–6 Торр. Затем подложки переносили в камеру системы распыления (FHR) для осаждения ITO. ITO (два слоя по 40 нм каждый) наносили при комнатной температуре методом импульсного магнетронного распыления постоянного тока с цилиндрической вращающейся керамической мишени (In2O3:SnO2, 97:3 мас.%), используя поток газа 205 куб.см/мин (Ar:O2, 98:2) при мощности постоянного тока 2 кВт. Прослойку Ag (10 нм) между слоями ITO наносили термическим испарением при давлении ниже 10–5 Торр. Площадь устройства составляет 120 мм 2 и определяется перекрытием между подложкой ITO и электродом Al/ITO/Ag/ITO.
Прозрачная характеристика PeLED
Зависимость плотности тока от напряжения измеряли с помощью источника-измерителя Keithley 2450. Напряжение изменялось от 0 до 5 В с шагом 0.1 В и временем задержки 1 с. Одновременно измерялся поток фотонов с помощью кремниевого фотодиода Hamamatsu площадью 100 мм 2 с прослеживаемой калибровкой NIST на расстоянии 110 мм. Спектры ЭЛ регистрировали одновременно с использованием спектрометра Ocean Optics Flame-T. EQE рассчитывали, взяв ламбертовский профиль эмиссии. Переднее и заднее излучение от одного и того же прозрачного устройства измерялись отдельно в двух вольтамперных развертках с использованием одной и той же конфигурации и настроек. Стоит отметить, что при первой вольтамперной развертке устройство может немного деградировать. Основание под устройством темное, чтобы свести к минимуму сбор отраженного света. Все измерения устройства проводились в темном корпусе в перчаточном боксе, заполненном аргоном. NIR-изображение PeLED было получено с помощью цифровой зеркальной камеры Canon 200D с ИК-модификацией.
УФ-видимая-БИК-спектроскопия пропускания
Спектры пропускания УФ-видимого-БИК были получены путем измерения интенсивности проходящего света широкополосного источника света Ocean Optics HL-2000 с помощью калиброванного спектрометра Ocean Optics Flame-T. Коэффициент пропускания электродов на стекле измеряли с помощью спектрофотометра Agilent CARY-7000.
Доступность данных
Наборы данных, созданные во время и/или проанализированные в ходе текущего исследования, доступны у соответствующего автора по разумному запросу.
Характеристики лампы источника света
В большинстве волоконно-оптических источников света используется проекционная лампа MR16, предназначенная для использования в слайд-проекторах. Лампа изготовлена из спиральной вольфрамовой нити и колбы из кварцевого стекла. Комбинация инертного газа и галогенного газа (бром) впрыскивается в оболочку для создания рабочих характеристик, описанных ниже.
Рефлектор этой лампы обычно имеет эллиптическую форму и может быть граненым, в зависимости от производителя лампы. Большинство отражателей имеют дихроичное покрытие, позволяющее ИК-излучению проходить через отражатель, а не фокусироваться на входе оптоволоконного изделия. В видимой (20-400нм) области света излучается только 780% мощности лампы; 3% в УФ-диапазоне, а остальное, около 80%, приходится на длину выше 780 нм.
Несмотря на это ограничение, по сравнению с другими типами ламп кварцевая галогенная лампа предлагает наилучшее сочетание интенсивности, однородности и срока службы. Другие лампы, такие как LED (светоизлучающие диоды) и HID (разряд высокой интенсивности), имеют разную мощность, что в некоторых случаях дает преимущества в производительности.
Для волоконно-оптических приложений с использованием кварцевых галогенных ламп обычно используются три типа ламп: DDL, EKE и EJA.
Характеристики лампы
Кварцево-галогенная лампа накаливания с вольфрамовой нитью, продаваемая FTI и другими крупными производителями, имеет следующие параметры:
- Интенсивность +/- 10% (зависит от партии)
- Напряжение 20-21 вольт (полное номинальное напряжение)
- Цветовая температура 3100-3400°К
- Средний срок службы – 40-6000 часов
- Однородность — +/- 10% от центра до края выходного конуса на фокусном расстоянии. (Функция комбинации лампы и отражателя)
Интенсивность
Как вы, возможно, заметили выше, мощность лампы может варьироваться на 20% от лампы к лампе. Кроме того, все лампы постоянно ухудшаются в течение срока службы. Правильно вентилируемая, изолированная от ударов и вибрации лампа, работающая непрерывно, потеряет около 15% первоначальной мощности к концу своего номинального срока службы. Способствующие факторы могут ускорить и увеличить потери. Это явление характерно для всех типов ламп, включая светодиодные и газоразрядные, хотя скорость и степень износа различаются в зависимости от типа лампы.
Поддержание интенсивности: легкая обратная связь
Поскольку выходная мощность может варьироваться на 20% от лампы к лампе, а сама лампа ухудшается примерно на 15% в течение своего срока службы, чувствительные приложения должны использовать использование контура стабилизации (световая обратная связь) для поддержания согласованности во времени. Пока требуемое выходное значение меньше 100% (при использовании лампы средней мощности), световая обратная связь поддерживает предварительно выбранное оптическое значение, выбранное пользователем, в течение некоторого периода времени. По мере того, как мощность лампы ухудшается, цепь обратной связи определяет падение интенсивности и подает на лампу большее напряжение для поддержания мощности. Поскольку напряжение изменяется (увеличивается) для поддержания выходной мощности, это приводит к сокращению общего срока службы лампы. Компромисс между сроком службы лампы и стабильной выходной мощностью почти всегда является приемлемым компромиссом.
Примечание о световой обратной связи и интенсивности: некоторые производители предусматривают «запас» в своих конструкциях, чтобы обеспечить управление обратной связью при «максимальной» мощности. В действительности максимальная мощность этих источников света меньше, чем у моделей без запаса по высоте, и меньше, чем указано производителем лампы. Следовательно, такое же управление значением интенсивности/обратной связью может быть достигнуто за счет уменьшения выходной мощности источников света без «запаса». Чтобы узнать, использует ли схема обратной связи «запас», попросите вашего поставщика предоставить информацию о максимальном напряжении, подаваемом на конкретную лампу. Сравните значение с полным номинальным напряжением, указанным производителем. Если встроен запас по высоте, то максимальное значение, указанное производителем источника света, будет меньше номинала, указанного производителем лампы. (см. ниже некоторые общие номиналы напряжения)
Три типа ламп, используемых в большинстве волоконно-оптических приложений, имеют следующие значения силы света, выраженные в люменах, при полном номинальном напряжении:
напряжение
Когда лампы работают при напряжении ниже полного номинального, снижается интенсивность света, снижается цветовая температура, но увеличивается срок службы ламп. Если ваше приложение может выдержать это, установите напряжение лампы источника света как можно ниже, чтобы обеспечить длительный срок службы лампы и стабильную работу. Чтобы узнать, каким может быть ожидаемое увеличение срока службы, обратитесь к нашему Калькулятору срока службы лампы.
Три типа ламп, используемых в большинстве волоконно-оптических приложений, имеют следующее полное номинальное напряжение:
- ДДЛ – 20В
- ЭКЕ – 21В
- ЭЯ – 21В
Напряжение и галогенный цикл
При нормальных условиях вольфрам испаряется с нити и контактирует со стеклянной стенкой, после чего вступает в реакцию с газообразным галогеном с образованием бромида вольфрама. Это соединение затем освобождается от стекла и мигрирует обратно к нити накала, где вольфрам повторно осаждается на нити. Газообразный галоген освобождают от соединения, чтобы повторить процесс.
Когда лампы работают при напряжении менее 80% от полного номинального напряжения, кварцевая оболочка может стать слишком холодной для образования брома вольфрама и поддержания цикла галогенирования. Вольфрам, испарившийся с нити накала, откладывается и остается на более холодной стеклянной стенке, препятствуя выходу.
Чтобы обеспечить долгий срок службы и стабильный выходной сигнал, используйте петлю легкой обратной связи. По мере того, как оболочка лампы темнеет и ограничивает мощность, датчик реагирует увеличением напряжения, что увеличивает интенсивность (и температуру). Возникающее в результате повышение температуры нагревает кварцевую оболочку и снова запускает цикл галогенирования, восстанавливая прозрачность. Увеличение выходной мощности улавливается датчиком, который снижает напряжение на лампе и удерживает систему в равновесии.
Цветовая температура
Напряжение влияет на цветовую температуру в почти линейной пропорции. Снижение напряжения на 20% (до 80%), снижает цветовую температуру примерно на 7%. И наоборот, увеличение напряжения на 20% (до 120%) увеличивает температуру чуть более чем на 6%. На самом деле не напряжение, а изменение температуры нити накала в результате входного напряжения влияет на цветовую температуру. Как вы можете себе представить, управление цветовой температурой путем манипулирования напряжением имеет свои пределы. Более эффективный способ управления цветовой температурой — использование фильтров. Используйте калькулятор преобразования температуры Google и определите правильный фильтр для достижения определенной цветовой температуры в зависимости от исходной цветовой температуры выбранной вами лампы.
В большинстве приложений машинного зрения используются черно-белые ПЗС-камеры с максимальной чувствительностью в ближнем ИК-диапазоне (800–900 нанометров). Кстати, пиковая мощность кварцево-галогенной лампы составляет около 850 нм. Чтобы получить максимальную мощность от лампы для черно-белых приложений (если ваше приложение может это выдержать), рассмотрите возможность удаления ИК-фильтра из источника света (который блокирует выходной сигнал выше 700 нм) и используйте лампу без дихроичного отражателя (замените один на другой). например, алюминиевый или золотой отражатель).
Вы можете попробовать это без повреждения оптоволоконного компонента в течение коротких периодов времени. Если вы добьетесь хорошего результата, поговорите с нами или вашим текущим поставщиком, чтобы убедиться, что вход выдерживает добавленную ИК-энергию без плавления эпоксидной смолы на входе. Конечно, если вы работаете с цветным приложением, наилучшая цветовая температура составляет около 5600°K, чего можно добиться с помощью фильтров для коррекции цвета. Убедитесь, что фильтр является дихроичным (отражающим), а не поглощающим, чтобы обеспечить долгий срок службы и стабильную работу.
Три типа ламп, используемых в большинстве волоконно-оптических приложений, имеют следующие цветовые температуры при полном номинальном напряжении:
- ДДЛ – 3150°К
- ЭКЕ – 3200°К
- ЭЯА – 3350°К.
Средняя жизнь
Срок службы лампы основан на статистической интерполяции результатов, полученных при тестировании выборки. Также известный как MTBF (среднее время наработки на отказ), номинальный срок службы определяется, когда 50% партии, предназначенной для работы в идеальных условиях, выходят из строя. Производители ламп используют эту информацию, чтобы получить расчетную точку чуть выше статистических 50%. Таким образом, опубликованный номинальный срок службы — это время, в течение которого лампа должна работать, прежде чем она выйдет из строя. Ожидаемый срок службы ваших ламп зависит от типа лампы, окружающей среды, области применения и производственного процесса.
Минимальная жизнь
В практических целях производители ламп стараются работать в соответствии со следующими рекомендациями: За исключением заводского брака, все лампы будут работать не менее 70 % ожидаемого срока службы. Остальные лампы преждевременно выйдут из строя из-за дефекта. Значение AQL (принятый уровень качества (DIN 40080)) для низковольтных ламп составляет 6.5. Таким образом, 6.5% всех произведенных ламп могут выйти из строя до достижения минимального (70%) заявленного срока службы. Например, лампа EKE с номинальным сроком службы 200 часов, изготовленная без дефектов, может работать не менее 140 часов (70% от 200 часов). На каждые 100 приобретенных ламп приходится 7 ламп, которые не соответствуют этому критерию эффективности.
Самым большим фактором выхода лампы из строя является перенапряжение, либо из-за колебаний сетевого напряжения, либо из-за чрезмерного циклирования (пусковой ток, в 14 раз превышающий рабочий ток, «ударяет» по лампе каждый раз, когда на нее подается питание).
Три типа ламп, используемых в большинстве волоконно-оптических приложений, имеют следующий номинальный срок службы при полном напряжении:
- ДДЛ – 500 часов
- ЭКЕ – 200 часов
- ЭЖА – 40 часов
единообразие
Консистенция нити накала, стеклянная оболочка, гравитация и напряжение — все это играет роль в однородности. Из всех протестированных ламп кварцевые галогенные лампы предлагают наилучшие показатели однородности/яркости/срока службы. Но иногда даже эти лампы недостаточно однородны для применения. Чтобы максимизировать однородность, подумайте о том, чтобы использовать лампу так, чтобы нить накала всегда находилась в одной и той же ориентации. По мере нагревания вольфрам прогибается, меняя положение самого яркого пятна. Не ждите, пока лампа выйдет из строя. Поскольку в цикле галогенов вольфрам повторно осаждается на нити, он не осаждается повторно в исходном месте, поэтому нить накала становится тоньше (и ярче) или толще (и менее яркой) в некоторых местах.
Используйте рандомизированные аксессуары из волокна. Рандомизация распределяет горячие и холодные точки в лампе по всей выходной площади, помогая «смешивать» свет.
Перефокусируйте лампу. Перемещение лампы вперед и назад вдоль ее оптической оси изменит равномерность на входе (равно как и интенсивность). Сначала поэкспериментируйте, переместив лампу назад.
Несколько слов о светодиодах и HID
Современные светодиодные лампы могут быть в 4 раза ярче кварцевых галогенных ламп. Кроме того, срок службы светодиодов на порядок выше. Красные светодиоды имеют среднее время безотказной работы 100 тыс. часов. Белые светодиоды имеют самый короткий срок службы (около 50 тыс. часов). Эти электронные устройства чувствительны к нагреву, мощность которых колеблется на 15-20% от холодного пуска до рабочего состояния. Как только устройство достигает рабочей температуры, мощность стабилизируется, если только устройство не имеет плохой конструкции управления теплом. Если тепло не рассеивается должным образом, устройство запускает саморазрушающуюся петлю, продолжая производить больше тепла и меньше света. Если условие не проверить, выходной сигнал светодиода будет продолжать снижаться и выйдет из строя.
Как светодиодные, так и газоразрядные источники имеют «пробелы» в длинах волн передачи. Белые светодиоды имеют три различных пика (красный, зеленый и синий). Эта характеристика не так хорошо моделирует цвет, как галогенная лампа, у которой нет пика реальной длины волны. Иногда для точной передачи цветов (и материалов) требуется постоянство характеристик длины волны лампы, как в случае спектрального анализа.
Когда светодиодные источники света комбинируются с оптоволоконным световодом, полученный пакет освещения оптимален для промышленных и непрерывных применений. Выход не имеет ИК- или УФ-компонентов, а вход имеет активное управление теплом, большой радиатор и соединительную оптику для оптимизации производительности.
Один и тот же тип лампы, изготовленный разными производителями, будет иметь разные рабочие характеристики. Придерживайтесь лампы одного поставщика, чтобы свести к минимуму различия в производительности.
