Mikroplasma jako světelný zdroj

Domů > Blog o LED osvětlení > Odborné > Mikroplasma jako světelný zdroj

Dynamický vývoj polovodičových světelných zdrojů (LED, OLED) poměrně významně zastínil pokrok v oblasti jiných světelných zdrojů. Je zajímavé, že i přes velké naděje vkládané do světelných diod se objevují nové technologie. Tyto nové technologie sázejí zpravidla na to, že než dojde k masovému rozšíření polovodičových světelných zdrojů, musejí ještě projít určitým časovým obdobím (cca 5 - 10 let), v rámci kterého dosáhnou jejich technické parametry cílových hodnot a ceny svítidel s LED a OLED klesnou na přijatelnou úroveň. Nově se objevující technologie v oblasti světelných zdrojů, také poukazují na některé nevýhody LED, například malý jednotkový světelný tok.

Mezi nové světelné zdroje patří například tzv. plasmové zdroje, které patří do skupiny výbojových bezelektrodových zdrojů. Většina takto označovaných zdrojů jsou vysokotlaké výbojové zdroje. Jedním z méně známých vývojových typů jsou nízkotlaké světelné zdroje pod označením Microcavity Plasma Lighting (Microplasma). Na vývoji tohoto světelného zdroje se podílí společnost Eden Park Illumination ve spolupráci s Laboratoří optické fyziky a techniky na University of Illinois.

Princip vzniku optického záření u těchto světelných zdrojů je stejný jako u všech výbojových zdrojů. Energie přiváděná do výbojového prostoru s plynnou náplní urychluje pohyb molekul plynu a mezi molekulami dochází ke srážkám. Při zvětšování přiváděné energie se zvětšuje i rychlost molekul. Při určité hodnotě energie dojde k jevu nazývanému ionizace, kdy se při srážkách začnou z molekul oddělovat elektrony a vzniknou záporně a kladně nabité částice (elektrony a ionty). Výsledná směs molekul plynu, elektronů a iontů se nazývá plazma. V plazmě se elektrony nepřetržitě oddělují od jedněch atomů a připojují k jiným a periodicky tak získávají a ztrácejí energii. Pokud se elektron připojí k některému z atomů, ztrácí energii ve formě vyzářeného optické záření (fotony).

 

Obr. 1 Princip vzniku optického záření u výbojových zdrojů (1- vybuzení atomu při srážce dvou částic, 2- přechod elektronu na vyšší energetickou hladinu, 3 - návrat vybuzeného elektronu na původní energetickou hladinu a vyzáření přebytečné energie - foton)

 

V klasických vysokotlakých výbojových zdrojích se vyskytuje tzv. termická plasma jejíž teploty dosahují vysokých hodnot. U nových mikroplasmových zdrojů je teplota plasmy blízká pokojové teplotě a tlak uvnitř výbojového prostoru se blíží tlaku atmosférickému. Proto se tento typ plasmy někdy označuje termínem chladná atmosférická plasma. U mikroplasmových zdrojů vzniká výboj ve velké řadě pravidelně uspořádaných mikrodutin (desetiny mm) a ke svému provozu tyto zdroje nepotřebují předřadné přístroje. Mikroplasmový zdroj má tvar desky o tloušťce menší než 1mm. Plasmové panely tvoří dvě hliníkové fólie oddělené tenkou dielektrickou vrstvou z čistého oxidu hliníku (safír). Ve středu každého světelného zdroje je mikrodutina, která proniká do horní hliníkové fólie a safíru. Z čelní strany je světelný zdroj chráněn skleněnou deskou o tloušťce 0,5 mm, Její vnitřní strana je pokryta vrstvou luminoforu. Při počátečních experimentech bylo dosaženo u těchto světelných zdrojů měrného výkonu 15 lm/W. Předpokládá se, že dalším vývojem lze dosáhnout měrného výkonu zářivek (100lm/W).

Obr. 2 Jednotlivé části mikroplasmového světelného zdroje

Při připojení mikroplasmového zdroje na napájecí napětí vznikne v každé mikrodutině s emisní náplní mikroplasma. Vlastnosti vyzařovaného optického záření závisejí na spektrálních vlastnostech emisní látky a teoreticky lze vytvořit libovolný barevný tón světla. Hlavními výhodami mikroplasmových zdrojů je plochý tvar, dlouhá doba života, možnost vytvoření různého spektrálního složení viditelného záření, provoz bez předřadného přístroje a ekologický provoz (neobsahuje rtuť).