PL229151B1 - Źródło światła białego i sposób generowania światła białego - Google Patents

Źródło światła białego i sposób generowania światła białego

Info

Publication number
PL229151B1
PL229151B1 PL414821A PL41482115A PL229151B1 PL 229151 B1 PL229151 B1 PL 229151B1 PL 414821 A PL414821 A PL 414821A PL 41482115 A PL41482115 A PL 41482115A PL 229151 B1 PL229151 B1 PL 229151B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
white light
graphene
active element
light source
matrix
Prior art date
Application number
PL414821A
Other languages
English (en)
Other versions
PL414821A1 (pl
Inventor
Wiesław STRĘK
Wiesław Stręk
Robert TOMALA
Robert Tomala
Łukasz MARCINIAK
Łukasz Marciniak
Dariusz HRENIAK
Dariusz Hreniak
Yuriy GERASYMCHUK
Yuriy Gerasymchuk
Bartłomiej Cichy
Original Assignee
Inst Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Na
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Inst Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Na filed Critical Inst Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Im Wlodzimierza Trzebiatowskiego Polskiej Akademii Na
Priority to PL414821A priority Critical patent/PL229151B1/pl
Priority to US15/776,202 priority patent/US10808915B2/en
Priority to EP16816429.1A priority patent/EP3377940B1/en
Priority to PCT/PL2016/050055 priority patent/WO2017086816A1/en
Publication of PL414821A1 publication Critical patent/PL414821A1/pl
Publication of PL229151B1 publication Critical patent/PL229151B1/pl

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2/00—Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
    • G02F2/02—Frequency-changing of light, e.g. by quantum counters
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/182—Graphene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/06—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing organic luminescent materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/65—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing carbon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K2/00—Non-electric light sources using luminescence; Light sources using electrochemiluminescence
    • F21K2/005—Non-electric light sources using luminescence; Light sources using electrochemiluminescence excited by infrared radiation using up-conversion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V13/00—Producing particular characteristics or distribution of the light emitted by means of a combination of elements specified in two or more of main groups F21V1/00 - F21V11/00
    • F21V13/12—Combinations of only three kinds of elements
    • F21V13/14—Combinations of only three kinds of elements the elements being filters or photoluminescent elements, reflectors and refractors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0087—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for illuminating phosphorescent or fluorescent materials, e.g. using optical arrangements specifically adapted for guiding or shaping laser beams illuminating these materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K2211/00—Chemical nature of organic luminescent or tenebrescent compounds
    • C09K2211/10—Non-macromolecular compounds
    • C09K2211/1003—Carbocyclic compounds
    • C09K2211/1011—Condensed systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings
    • H01S5/02208—Mountings; Housings characterised by the shape of the housings
    • H01S5/02212—Can-type, e.g. TO-CAN housings with emission along or parallel to symmetry axis
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/30—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region
    • H01S5/32—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures
    • H01S5/323—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser
    • H01S5/32308—Structure or shape of the active region; Materials used for the active region comprising PN junctions, e.g. hetero- or double- heterostructures in AIIIBV compounds, e.g. AlGaAs-laser, InP-based laser emitting light at a wavelength less than 900 nm
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Nonlinear Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Optical Elements Other Than Lenses (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest źródło światła białego i sposób generowania światła białego.
W stanie techniki znanych jest kilka metod uzyskiwania światła białego w wyniku procesów odmiennych od zjawiska emisji przez ciało doskonale czarne czyli inkadescencji. Dominują wśród nich metody bazujące na wykorzystaniu luminoforów organicznych wzbudzanych w zakresie ultrafioletowym (UV) oraz bazujące na fosforach nieorganicznych domieszkowanych jonami metali przejściowych bądź metali jonów ziem rzadkich.
Grafen to materiał wytworzony pierwszy raz niezależnie przez grupy z Georgii (C. Berger, Z. Song, T. Li, X. Li, A. Y. Ogbazghi, R. Feng, Z. Dai, A. N. Marchenkov, E. H. Conrad, P. N. First, W. A. de Heer. „J. Phys. Chem. B”. 108, 2004) i Manchesteru (K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, 1 Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, A. A. Firsov, „Science”. 306, 2004). Charakteryzuje się bardzo dobrym przewodnictwem ciepła i elektryczności, niewielką rezystywnością oraz bardzo dużą ruchliwością elektronów.
Po roku 2010, gdy metody syntezy tlenku grafenu, oraz jego redukcji zostały udoskonalone pojawiły się artykuły naukowe na temat pianek grafenowych, czyli porowatej struktury złożonych z zredukowanych płatków tlenku grafenu. Głównym obszarem zainteresowań aplikacji wymienionych pianek jest zastosowanie ich jako superkondensatorów (Patent WO2013180662 A1) oraz jako anody w bateriach litowo-jonowych (Zhou, X., Liu, Z., IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 18 (SYMPOSIUM 3), art. no. 062006.).
Grafen piankowy otrzymywany jest m.in. poprzez pirolizę wysuszonego żelu będącego reakcją tlenku grafenu, rezorcyny oraz formaliny (M.A. Worsley, P.J. Pauzauskie, T.Y. Olson, J.H. Satcher Jr., T.F. Baumann, Jacs Comm. (2010), 10.1021/ja1072299, Patent US8993113 B2), a także agregacji z wodnego roztworu (Patent US20120322917 A1).
Źródła światła z wykorzystaniem węgla jako materiału aktywnego znane są już od wielu lat. Jednym z pierwszych była lampa łukowa wytworzona przez Humphry Davy w 1802 r., w której to używał dwóch węglowych pręcików pomiędzy którymi uzyskiwał łuk elektryczny o długości 10 cm. Kolejnymi próbami były wykorzystania włókna węglowego żarzącego się w próżni przez Jobarda (1838) i Swana (1860).
W artykule opublikowanym w Nature Nanotechnology (Nature Nanotechn. (2015) 676) Young Duck Kim i inni opisują źródło światła na chipie, który wykorzystuje grafen. Grafen umieszczony jest na krzemowym podłożu i rozgrzewany za pomocą prądu płynącego przez elektrody do temperatury 2000-2900 K, czyli podobnych do wykorzystywanych w inkadescencyjnych źródłach światła. W źródle tym wykorzystywana jest własność grafenu - w wysokich temperaturach spada jego przewodność cieplna, co zapobiega niszczeniu podłoża krzemowego.
Sposób generacji szerokopasmowej białej emisji przy wzbudzeniu liniami laserowymi od 405 nm do 975 nm został opisany w artykule „Laser-induced white-light emission from graphene ceramics-opening a band gap in graphene” (W. Strek, B. Cichy, L. Radosinski, P. Gluchowski, L. Marciniak, M. Łukaszewicz, D. Hreniak, Light: Science & Applications (2015) 4, e237). Zjawisko generacji światła białego na grafenie ma charakter progowy, a intensywność emisji jest potęgowo zależna od mocy wzbudzenia optycznego. Temperatura próbki zmierzona podczas generacji światła wynosi poniżej 900K co wyklucza sposób generacji światła poprzez promieniowanie ciała doskonale czarnego.
Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie źródła światła białego generowanego promieniowaniem podczerwonym oraz sposób generowania światła białego.
Istotą rozwiązania według wynalazku jest źródło światła białego zbudowane z próżniowej komory szklanej, zwierającej element aktywny optycznie, generatora wiązki promieniowania elektromagnetycznego promieniowania IR zaopatrzonego w laserową diodę IR, zasilacz, soczewkę skupiającą i opcjonalnie reflektor, charakteryzujące się tym, że elementem optycznie aktywnym umieszczonym w komorze próżniowej jest cienkowarstwowa matryca grafenowa o grubości do 3 mm.
Korzystnie w rozwiązaniu według wynalazku element aktywny optycznie stanowi cienkowarstwowa matryca grafenowa w postaci proszku grafenowego, ceramiki grafenowej lub pianki grafenowej.
Korzystnie, element aktywny optycznie po wzbudzeniu wiązką promieniowania generowanego przez laserową diodę IR emituje światło białe o współczynniku oddawania barw (ang. color rendering index, CRI) powyżej 96, korzystnie 98, korzystniej 100. Bardzo wysoki współczynnik oddawania barw uzyskiwany dla źródła światła białego według wynalazku sprawia, że nie dochodzi do zniekształcenia w postrzeganiu kolorów i zmęczenia wzroku osoby pracującej przy oświetleniu wykorzystującym tego
PL 229 151 B1 rodzaju źródło światła, dlatego też źródło światła według wynalazku możne znaleźć zastosowanie na przykład do oświetlania stanowisk pracy.
Zgodnie z wynalazkiem umieszczona w tubusie źródła światła dioda podczerwona IR emituje promieniowanie w zakresie bliskiej podczerwieni o długości długości fali 800-1200 nm, korzystnie 808-980 nm. Wiązka promieniowania emitowanego przez diodę przechodząc przez soczewkę sk upiającą dokonuje wzbudzenia elementu aktywnego optycznie w postaci matrycy grafenowej, która po wzbudzeniu emituje światło białe. Umieszczony w źródle światła według wynalazku materiał grafenowy wykazuje maksimum emisji przy wzbudzaniu falą elektromagnetyczną o długości 660 nm.
W rozwiązaniu według wynalazku element aktywny optycznie absorbuje promieniowanie z zakresu bliskiej podczerwieni dzięki czemu możliwe jest generowanie szerokopasmowego promieniowania, które rozciąga się od zakresu bliskiego ultrafioletu (370 nm) do podczerwieni (900 nm) z maksimum emisji przy 660 nm.
Widma emisji dla źródła światła według wynalazku charakteryzują się szerokim pasmem pokrywającym cały zakres widzialnego promieniowania elektromagnetycznego z maksimum emisji przy 660 nm (Fig. 1b, 2b i 3b). Co więcej, intensywność emisji źródła światła według wynalazku wzrasta ekspotencjalnie wraz ze wzrostem mocy wzbudzenia.
Dla źródła światła według wynalazku, w którym elementem aktywnym optycznie jest materiał grafenowy zaobserwowano niski próg emisji, zwłaszcza w przypadku pianki grafenowej. Poza tym dla źródła światła według wynalazku zaobserwowano także wysoką intensywność emisji i sprawność kwantową. W rozwiązaniu według wynalazku intensywność emisji światła widzialnego reguluje się poprzez moc pompowania optycznego lub regulację ciśnienia w komorze próżniowej. Przy wzroście mocy wzbudzenia w zakresie 0,4-0,8 W intensywność emisji źródła światła według wynalazku wzrasta sześciokrotnie, zaś dla mocy wzbudzenia w zakresie 0,9-1,6 W intensywność emisji źródła światła według wynalazku wzrasta ponad 3 i półkrotnie (fig. 1b).
Zgodnie z wynalazkiem intensywność emisji światła białego w rozwiązaniu według wyna lazku zależy odwrotnie proporcjonalnie do ciśnienia gazów otaczających element aktywny optycznie, dlatego intensywność emisji światła białego można kontrolować również poprzez regulowanie ciśnienia gazów otaczających element aktywny optycznie. Zgodnie z wynalazkiem wartość ciśnienia w komorze próżniowej zawierającej element aktywny optycznie jest w zakresie od 10° do 10-6 mbara, korzystnie 10-3-10-6 mbara. Przy zmianie ciśnienia z 1 mbara na 10-3 mbara intensywność emisji światła białego wzrasta o 3 rzędy wielkości.
Ze względu na fakt, że intensywność emisji światła jest silnie zależna od gęstości pompowania optycznego istnieje możliwość modelowania intensywności emisji źródła światła według wynalazku poprzez różnicowanie odległości pomiędzy soczewką a elementem aktywnym optycznie. Im odległość ta jest bliższa wartości ogniskowej, tym uzyskuje się wyższą intensywność emisji światła np. dla soczewki o ogniskowej 3 cm różnica intensywności emisji w ognisku oraz 1 cm za nim wynosi 4 rzędy wielkości.
Przedmiotem wynalazku jest również sposób generowania światła białego za pomocą źródła światła białego zbudowanego z próżniowej komory szklanej, zwierającej element aktywny optycznie, generatora wiązki promieniowania elektromagnetycznego promieniowania IR zaopatrzonego w laserową diodę IR, zasilacz, soczewkę skupiającą i opcjonalnie reflektor, gdzie elementem optycznie aktywnym umieszczonym w komorze próżniowej jest cienkowarstwowa matryca grafenowa o grubości do 3 mm. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że za pomocą generatora wiązki promieniowania elektromagnetycznego generuje się wiązkę wzbudzającą o długości fali w zakresie 800-1200 nm i mocy wzbudzenia 0,3-0,6 W, po czym wiązkę wzbudzającą przepuszcza się przez soczewkę skupiającą, a następnie kieruje się na matrycę grafenową pod kątem 45°-90° względem płaszczyzny matrycy, która w wyniku wzbudzenia emituje promieniowanie z zakresu światła białego.
W jednym z wariantów sposobu według wynalazku, kiedy wiązkę wzbudzającą kieruje się na matrycę grafenową pod kątem 90° względem płaszczyzny matrycy, emitowaną w wyniku wzbudzenia matrycy grafenowej wiązkę promieniowana z zakresu światła białego odbija się w reflektorze, którym skierowuje się wiązkę światła białego na zewnątrz urządzenia.
Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na figurach rysunku, na którym:
fig. 1a) przedstawia widma emisji źródła światła, gdzie elementem optycznie aktywnym jest matryca w postaci pianki grafenowej o grubości 3 mm, po wzbudzeniu falą elektromagnetyczną o długości 975 nm;
PL 229 151 B1 fig. 1b) przedstawia zależność intensywności emisji od mocy wzbudzenia dla źródła światła, gdzie elementem optycznie aktywnym jest matryca w postaci pianki grafenowej o grubości 3 mm, po wzbudzeniu falą elektromagnetyczną w przedziale 0.4 W - 1.6 W;
fig. 2a) przedstawia widma emisji źródła światła, gdzie elementem optycznie aktywnym jest matryca w postaci ceramiki grafenowej o grubości 3 mm, po wzbudzeniu falą elektromagnetyczną o długości 975 nm;
fig. 2b) przedstawia zależność intensywności emisji od mocy wzbudzenia dla źródła światła, gdzie elementem optycznie aktywnym jest matryca w postaci ceramiki grafenowej o grubości 3 mm, po wzbudzeniu falą elektromagnetyczną w przedziale 0.3 W -1.6 W; fig. 3a) przedstawia widma emisji źródła światła, gdzie elementem optycznie aktywnym jest matryca w postaci proszku grafenowego o grubości 3 mm, po wzbudzeniu falą elektromagnetyczną o długości 975 nm;
fig. 3b) przedstawia zależność intensywności emisji od mocy wzbudzenia dla źródła światła, gdzie elementem optycznie aktywnym jest matryca w postaci proszku grafenowego o grubości 3 mm, po wzbudzeniu falą elektromagnetyczną w przedziale 0.1 W - 1.6 W; fig. 4) przedstawia wpływ ciśnienia na intensywność emisji pianki grafenowej (a), ceramiki grafenowej (b) i proszku grafenowego (c) pod wpływem wzbudzenia skupioną wiązką diody podczerwonej. Intensywność emisji gwałtownie spada gdy ciśnienie przekroczy wartość
10-3-100 mbara;
fig. 5) przedstawia budowę źródła światła według wynalazku, gdzie wewnątrz szklanej komory próżniowej 8 na metalowym drucie 1 umieszczono element aktywny optycznie 2 w postaci materiału grafenowego. Komora 8 otoczona jest reflektorem 3, którego ścianki ustawione są pod kątem 45° względem płaszczyzny elementu aktywnego optycznie 2. W dolnej części reflektora 3 znajduje się otwór, przez który emitowana jest wiązka wzbudzającego promieniowania elektromagnetycznego IR. Generatorem wiązki promieniowania elektromagnetycznego IR jest umieszczona w tubusie 5 dioda podczerwona 6 zasilana przez zasilacz diody 7, przy czym tubus 5 zaopatrzony jest na jednym końcu stanowiącym wylot wiązki promieniowania w soczewkę 4. Wiązka wzbudzającego promieniowania elektromagnetycznego IR generowana przez diodę 6 przechodzi przez soczewkę 4, skupiającą promieniowanie na elemencie aktywnym optycznie 2, który w wyniku wzbudzenia generuje promieniowanie z zakresu światła białego. Emisja promieniowania z elementu aktywnego optycznie 2 odbija się w reflektorze 3, a następnie wydostaje się z urządzenia.
fig. 6) przedstawia wariant źródła światła według wynalazku, gdzie wewnątrz szklanej komory próżniowej 8 na metalowym drucie 1 umieszczono element aktywny optycznie 2 w postaci materiału grafenowego. Obok komory 8 umiejscowiono generator wiązki promieniowania elektromagnetycznego IR, który stanowi umieszczona w tubusie 5 dioda podczerwona 6 zasilana przez zasilacz diody 7, przy czym tubus 5 zaopatrzony jest na jednym końcu stanowiącym wylot wiązki promieniowania w soczewkę 4. Tubus 5 skierowany jest w kierunku elementu aktywnego optycznie 2 tak, aby z jego płaszczyzną tworzyć kąt 45°. Wiązka wzbudzającego promieniowania elektromagnetycznego IR generowana przez diodę 6 przechodzi przez soczewkę 4, skupiającą promieniowanie, po czym pada na element aktywny optycznie 2 pod kątem 45°, który w wyniku wzbudzenia generuje promieniowanie z zakresu światła białego.
Przedmiotowe rozwiązanie może znaleźć zastosowanie w przemyśle oświetleniowym. Ze względu na swoją charakterystykę cechującą się niskim poborem mocy (energooszczędność), jak również charakterystykę spektralną (szerokie pasmo emisji pokrywające cały zakres promieniowania widzialnego) może zastąpić obecnie wykorzystywane świetlówki, diody LED etc.
Wynalazek przedstawiono bliżej w przykładach wykonania, które nie ograniczają jego zakresu.
P r z y k ł a d 1
W szklanej komorze umieszczono element aktywny w postaci proszku grafenowego ściśniętego w pastylkę o grubości 3 mm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym wynosi 3 cm, natomiast ciśnienie w komorze próżniowej wynosi 10-6 mbara. Za pomocą diody IR wygenerowano wiązkę promieniowania elektromagnetycznego o długości fali 980 nm, którą skierowano za pomocą soczewki skupiającej na matrycę grafenową pod kątem 45° względem płaszczyzny matrycy grafenowej. Uzyskano światło białe o ciepłej barwie i współczynniku CRI wynoszącym 97.
PL 229 151 B1
P r z y k ł a d 2
W szklanej komorze umieszczono element aktywny w postaci proszku grafenowego ściśniętego w pastylkę o grubości 3 mm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym wynosi 3 cm, natomiast ciśnienie w komorze próżniowej wynosi 10-6 mbara. Za pomocą diody IR wygenerowano wiązkę promieniowania elektromagnetycznego o długości fali 808 nm, którą skierowano za pomocą soczewki skupiającej na matrycę grafenową pod kątem 45° względem płaszczyzny matrycy grafenowej. Uzyskano światło białe o ciepłej barwie i współczynniku CRI wynoszącym 97.
P r z y k ł a d 3
W szklanej komorze umieszczono element aktywny w postaci ceramiki grafenowej o grubości 3 mm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym wynosi 3 cm, natomiast ciśnienie w komorze próżniowej wynosi 10-6 mbara. Za pomocą diody IR wygenerowano wiązkę promieniowania elektromagnetycznego o długości fali 980 nm, którą skierowano za pomocą soczewki skupiającej na matrycę grafenową pod kątem 45° względem płaszczyzny matrycy grafenowej. Uzyskano światło białe o ciepłej barwie i współczynniku CRI wynoszącym 98.
P r z y k ł a d 4
W szklanej komorze umieszczono element aktywny w postaci ceramiki grafenowej o grubości 3 mm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym wynosi 3 cm, natomiast ciśnienie w komorze próżniowej wynosi 10-6 mbara. Za pomocą diody IR wygenerowano wiązkę promieniowania elektromagnetycznego o długości fali 960 nm, którą skierowano za pomocą soczewki skupiającej na matrycę grafenową pod kątem 45° względem płaszczyzny matrycy grafenowej. Uzyskano światło białe o ciepłej barwie i współczynniku CRI wynoszącym 98.
P r z y k ł a d 5
W szklanej komorze umieszczono element aktywny w postaci pianki grafenowej o grubości 3 mm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym wynosi 3 cm, natomiast ciśnienie w komorze próżniowej wynosi 10-6 mbara. Za pomocą diody IR wygenerowano wiązkę promieniowania elektromagnetycznego o długości fali 960 nm, którą skierowano za pomocą soczewki skupiającej na matrycę grafenową pod kątem 90° względem płaszczyzny matrycy grafenowej. Wiązkę białej emisji wygenerowanej przez matrycę grafenową w wyniku wzbudzenia odbito w ściankach reflektora umieszczonego wokół komory próżniowej pod kątem 45° względem elementu aktywnego. Uzyskano światło białe o ciepłej barwie i współczynniku CRI wynoszącym 100.
P r z y k ł a d 6
W szklanej komorze umieszczono element aktywny w postaci pianki grafenowej o grubości 3 mm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym wynosi 3 cm, natomiast ciśnienie w komorze próżniowej wynosi 10-6 mbara. Za pomocą diody IR wygenerowano wiązkę promieniowania elektromagnetycznego o długości fali 808 nm, którą skierowano za pomocą soczewki skupiającej na matrycę grafenową pod kątem 90° względem płaszczyzny matrycy grafenowej. Wiązkę białej emisji wygenerowanej przez matrycę grafenową w wyniku wzbudzenia odbito w ściankach reflektora umieszczonego wokół komory próżniowej pod kątem 45° względem elementu aktywnego. Uzyskano światło białe o ciepłej barwie i współczynniku CRI wynoszącym 100.

Claims (7)

  1. Zastrzeżenia patentowe
    1. Źródło światła białego zbudowane z próżniowej komory szklanej, zwierającej element aktywny optycznie, generatora wiązki promieniowania elektromagnetycznego promieniowania IR zaopatrzonego w laserową diodę IR, zasilacz, soczewkę skupiającą i opcjonalnie reflektor, znamienne tym, że elementem optycznie aktywnym (2) umieszczonym w komorze próżniowej (8) jest cienkowarstwowa matryca grafenowa o grubości do 3 mm.
  2. 2. Źródło światła białego według zastrz. 1, znamienne tym, że element optycznie aktywny stanowi cienkowarstwowa matryca grafenowa w postaci proszku grafenowego, ceramiki grafenowej lub pianki grafenowej.
  3. 3. Źródło światła białego według zastrz. 1, znamienne tym, że element aktywny optycznie po wzbudzeniu wiązką promieniowania generowanego przez laserową diodę IR emituje światło białe o współczynniku CRI powyżej 96, korzystnie 98, korzystniej 100.
    PL229 151 Β1
  4. 4. Źródło światła białego według zastrz. 1, znamienne tym, że promieniowanie generowane przez laserową diodę IR jest w zakresie bliskiej podczerwieni o długości fali 800-1200 nm, korzystnie 808-980 nm.
  5. 5. Źródło światła białego według zastrz. 1, znamienne tym, że wartość ciśnienia w komorze próżniowej zawierającej element aktywny optycznie jest w zakresie od 10° do 10 6 mbara, korzystnie 10° do 10 3 mbara.
  6. 6. Sposób generowania światła białego za pomocą źródła światła białego z zastrz. 1, znamienny tym, że za pomocą generatora wiązki promieniowania elektromagnetycznego generuje się wiązkę wzbudzającą o długości fali w zakresie 808-980 nm i mocy wzbudzenia 0,3-0,6 W, po czym wiązkę wzbudzającą przepuszcza się przez soczewkę skupiającą, a następnie kieruje się na matrycę grafenową pod kątem 45°-90° względem płaszczyzny matrycy, która w wyniku wzbudzenia emituje promieniowanie z zakresu światła białego.
  7. 7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że wiązkę wzbudzającą kieruje się na matrycę grafenową pod kątem 90° względem płaszczyzny matrycy, po czym emitowaną w wyniku wzbudzenia matrycy grafenowej wiązkę promieniowana z zakresu światła białego odbija się w reflektorze, którym skierowuje się wiązkę światła białego na zewnątrz.
PL414821A 2015-11-16 2015-11-16 Źródło światła białego i sposób generowania światła białego PL229151B1 (pl)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL414821A PL229151B1 (pl) 2015-11-16 2015-11-16 Źródło światła białego i sposób generowania światła białego
US15/776,202 US10808915B2 (en) 2015-11-16 2016-11-16 White light source and method of white light generation
EP16816429.1A EP3377940B1 (en) 2015-11-16 2016-11-16 A white light source and a method of white light generation
PCT/PL2016/050055 WO2017086816A1 (en) 2015-11-16 2016-11-16 A white light source and a method of white light generation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PL414821A PL229151B1 (pl) 2015-11-16 2015-11-16 Źródło światła białego i sposób generowania światła białego

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL414821A1 PL414821A1 (pl) 2017-05-22
PL229151B1 true PL229151B1 (pl) 2018-06-29

Family

ID=57590767

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL414821A PL229151B1 (pl) 2015-11-16 2015-11-16 Źródło światła białego i sposób generowania światła białego

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10808915B2 (pl)
EP (1) EP3377940B1 (pl)
PL (1) PL229151B1 (pl)
WO (1) WO2017086816A1 (pl)

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3451009A (en) * 1966-03-04 1969-06-17 Rca Corp Luminescent material and laser apparatus utilizing said material
US3949319A (en) * 1974-09-12 1976-04-06 Bell Telephone Laboratories, Incorporated High energy storage lasers employing perovskites containing rare earths
US7088040B1 (en) * 2002-06-27 2006-08-08 University Of Central Florida Research Foundation, Inc. Light source using emitting particles to provide visible light
US20100155749A1 (en) * 2007-03-19 2010-06-24 Nanosys, Inc. Light-emitting diode (led) devices comprising nanocrystals
US8317984B2 (en) * 2009-04-16 2012-11-27 Northrop Grumman Systems Corporation Graphene oxide deoxygenation
US8993113B2 (en) 2010-08-06 2015-03-31 Lawrence Livermore National Security, Llc Graphene aerogels
US9012522B2 (en) 2011-06-15 2015-04-21 Massachusetts Institute Of Technology Foams of graphene, method of making and materials made thereof
WO2013180662A1 (en) 2012-06-01 2013-12-05 National University Of Singapore Synthesis of three-dimensional graphene foam: use as supercapacitors
TWM461749U (zh) * 2013-02-27 2013-09-11 東莞萬士達液晶顯示器有限公司 光源裝置
SG10201405683YA (en) * 2013-09-12 2015-04-29 Univ Nanyang Tech Emission Source And Method Of Forming The Same
US9899793B2 (en) * 2013-09-12 2018-02-20 Nanyang Technological University Emission source and method of forming the same
PL223975B1 (pl) * 2014-05-21 2016-11-30 Inst Niskich Temperatur I Badań Strukturalnych Polskiej Akademii Nauk Im Włodzimierza Tr Źródło szerokopasmowego światła białego generowanego na matrycach tlenkowych wysoko domieszkowanych jonami metali ziem rzadkich, wzbudzanego promieniowaniem podczerwonym
CN204144220U (zh) 2014-09-18 2015-02-04 王干 一种石墨烯电极陶瓷金卤灯
CN204153509U (zh) 2014-09-30 2015-02-11 诸文伟 石墨烯led球泡灯

Also Published As

Publication number Publication date
PL414821A1 (pl) 2017-05-22
US20200256541A1 (en) 2020-08-13
US10808915B2 (en) 2020-10-20
WO2017086816A1 (en) 2017-05-26
EP3377940A1 (en) 2018-09-26
EP3377940B1 (en) 2021-07-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Low etendue yellow-green solid-state light generation by laser-pumped LuAG: Ce ceramic
US20170294629A1 (en) Light emission from electrically biased graphene
US10381526B2 (en) Orderly patterned remote phosphor crystal material and method for preparation the material and its application
MY170332A (en) Solar cell manufacturing method
JP6087809B2 (ja) 照明デバイス
JP5506514B2 (ja) 赤外光源
MX2009011564A (es) Metodo y planta de produccion simultanea de electricidad y clinker de cemento hidraulico.
JPWO2019004119A1 (ja) 発光装置および照明装置
CY1112040T1 (el) Μεθοδος παραγωγης θερμικης ενεργειας
JP2017509098A5 (pl)
JP5694983B2 (ja) 赤外線ヒーター
PL229151B1 (pl) Źródło światła białego i sposób generowania światła białego
Bondar et al. Synthesis of surface structures during laser-stimulated evaporation of a copper sulfate solution in distilled water
KR101288673B1 (ko) 자외선 조사장치
JP2012512513A5 (pl)
RU2016123968A (ru) Рентгеновский источник
PL223975B1 (pl) Źródło szerokopasmowego światła białego generowanego na matrycach tlenkowych wysoko domieszkowanych jonami metali ziem rzadkich, wzbudzanego promieniowaniem podczerwonym
CN103107483B (zh) 一种红外光源及其制造方法
JP5770022B2 (ja) 遅延蛍光を利用したシリカガラス製紫外線センサー
JP2000068545A (ja) 熱光起電発電装置
AU2022288898B2 (en) Thermal radiator, light spectrum conversion element, photoelectric conversion device, and thermal radiation method
Dresvyanskiy et al. Storing energy in lithium fluoride crystals irradiated with femtosecond laser pulses
CN110854252B (zh) 一种用于深紫外led光抽取效率提高的铝铑纳米颗粒阵列的制备方法
Hung et al. Double-layer Remote Configuration with LaOF: Eu3+ and Sr3WO6: U Phosphors: A Selection for Enhancing The Optical Efficiency of WLEDs
Osipov et al. Dynamics and spectroscopy of the laser plume and generation of nanoparticles