PL233156B1

PL233156B1 - The source of broadband white light generated on tungsten fibers, excited by laser radiation

Info

Publication number: PL233156B1
Application number: PL423243A
Authority: PL
Inventors: Robert TOMALA; Robert Tomala; Mikołaj Łukaszewicz; Wiesław STRĘK; Wiesław Stręk
Original assignee: Inst Niskich Temperatur I Badan Strukturalnych Polskiej Akademii Nauk
Priority date: 2017-10-23
Filing date: 2017-10-23
Publication date: 2019-09-30
Also published as: PL423243A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest źródło szerokopasmowego światła białego generowanego na włóknach wolframowych, wzbudzane promieniowaniem laserowym.The subject of the invention is a source of broadband white light generated on tungsten fibers, excited by laser radiation.

W stanie techniki znane są emitujące światło białe konwencjonalne lampy żarowe, gdzie elementem emitującym światło jest włókno wolframu. Tradycyjna żarówka zbudowana jest ze szklanej komory (próżniowej lub wypełnionej gazem obojętnym tj. argon czy azot), wewnątrz której umieszczone jest włókno wolframowe. Pod wpływem przepływającego przez wolframowy drut prądu elektrycznego włókno wolframowe rozgrzewa się do temperatury rzędu 2-3 tysiące stopni Celsjusza, emitując jednocześnie światło. Niekorzystną cechą lamp żarowych jest niska sprawność energetyczna rzędu 5%, wynikająca ze strat na skutek emisji ciepła. Wadą tego typu żarówek jest także ich mała skuteczność świetlna, rzędu 12 l/W [lumenów/Wat].White light emitting conventional incandescent lamps are known in the art where the light emitting element is a tungsten filament. A traditional light bulb is made of a glass chamber (vacuum or filled with an inert gas, such as argon or nitrogen), inside which there is a tungsten filament. Under the influence of electric current flowing through the tungsten wire, the tungsten filament heats up to a temperature of 2-3 thousand degrees Celsius, while emitting light. The disadvantage of incandescent lamps is low energy efficiency of 5%, resulting from losses due to heat emission. The disadvantage of this type of bulbs is also their low luminous efficiency, on the order of 12 l / W [lumens / Watt].

Mimo, że zwykła żarówka ma współczynnik odwzorowania kolorów (CRI) równy 100, nie jest ona źródłem światła idealnie odwzorowującym kolory. Na przykład zwykła żarówka bardzo źle odwzorowuje kolor niebieski, co powoduje brak możliwości odróżniania kolorów o zbliżonej barwie. Mimo tego przyjęto jako standard, że dla zwykłej żarówki współczynnik odwzorowania kolorów CRI wynosi 100.Although an ordinary light bulb has a color rendering index (CRI) of 100, it is not a light source that reproduces colors perfectly. For example, an ordinary light bulb is very bad at reproducing blue, which makes it impossible to distinguish colors of similar hue. Nevertheless, it has been accepted as a standard that the CRI color rendering index for an ordinary light bulb is 100.

W stanie techniki znane są również metody, gdzie światło białe generowane jest nie p oprzez rozgrzewanie materiału aktywnego do wysokich temperatur, jak to ma miejsce w zwykłej żarówce. Na przykład do emisji światła białego wykorzystuje się jako element optycznie aktywny matryce wykonane z luminoforów domieszkowanych jonami ziem rzadkich, które wzbudza się promieniowaniem w zakresie ultrafioletu. Po wzbudzeniu dyskretne linie z zakresu niebieskiego, zielonego oraz czerwonego tworzą razem białą barwę emitowanego światła. Inne rozwiązania wykorzystują luminofory domieszkowane jonami ziem rzadkich, które po wzbudzeniu konwertują światło z zakresu niebieskiego na szerokopasmową białą emisję.There are also known methods in the art where white light is not generated by heating the active material to high temperatures, as is the case with an ordinary light bulb. For example, for the emission of white light, as an optically active element, arrays made of phosphors doped with rare earth ions, which are excited by ultraviolet radiation, are used. When excited, discrete lines in the blue, green and red range together form a white color of the emitted light. Other solutions use phosphors doped with rare earth ions which, when excited, convert blue light into broadband white emission.

W zgłoszeniu patentowym P.408282 ujawniono sposób generowania szerokopasmowego światła białego przy wzbudzeniu skupioną wiązką lasera podczerwonego, gdzie ośrodkiem aktywnym były matryce tlenkowe domieszkowane jonami ziem rzadkich o wysokim stężeniu jonów domieszki.The patent application P.408282 discloses a method of generating broadband white light when excited with a focused infrared laser beam, where the active medium were oxide matrices doped with rare earth ions with a high concentration of dopant ions.

W obecnie stosowanych rozwiązaniach znanych w stanie techniki do uzyskiwania światła białego przede wszystkim stosuje się metody bazujące na wykorzystaniu luminoforów organicznych wzbudzanych w zakresie ultrafioletowym (UV) oraz matryce bazujące na fosforach nieorganicznych domieszkowanych jonami metali przejściowych bądź metali jonów ziem rzadkich.In the currently used solutions known in the art for obtaining white light, methods based on the use of organic phosphors excited in the ultraviolet range (UV) and matrices based on inorganic phosphorus doped with transition metal ions or rare earth ions are primarily used.

Celem niniejszego wynalazku jest dostarczenie źródła światła białego, o szerokim spektrum promieniowania w zakresie światła widzialnego i stabilnej barwie przez cały okres użytkowania źródła oraz współczynniku oddawania barw, który nie będzie powodował zniekształcenia w postrzeganiu kolorów i zmęczenia wzroku osoby pracującej przy oświetleniu wykorzystującym tego rodzaju źródło światła, gdzie źródło światła białego zachowuje ciągłość świecenia również w przypadku naruszenia ciągłości włókna wolframowego.The aim of the present invention is to provide a white light source with a wide spectrum of radiation in the visible light range and a stable color throughout the lifetime of the source and a color rendering index that will not cause distortions in color perception and fatigue of the eyesight of a person working under lighting using this type of light source , where the white light source is continuous even in the event of a breach of the tungsten filament.

Stosowane w niniejszym opisie w liczbach pojedynczych pojęcia dioda IR lub soczewka, o ile z kontekstu nie wynika inaczej, odnoszą się również do liczby mnogiej.As used herein, in singular numbers, the terms IR-diode or lens, unless the context requires otherwise, also refers to the plural.

Istotą rozwiązania według wynalazku jest źródło światła białego zbudowane z wypełnionej gazem obojętnym transparentnej komory szklanej wewnątrz której umieszczony jest element aktywny optycznie w postaci rozciągniętego pomiędzy elektrodami włókna wolframowego charakteryzujące się tym, że dodatkowo zawiera układ wzbudzenia zawierający źródło zasilania 7 oraz przynajmniej jedną diodę IR 4 i przynajmniej jedną soczewkę 5, przy czym układ wzbudzenia stanowi osobny element znajdujący się poza obrębem komory szklanej 1, w jej bezpośrednim sąsiedztwie lub układ wzbudzenia znajduje się wewnątrz szklanej komory 1 i wraz z pozostałymi elementami źródła światła białego tworzy kompaktowe urządzenie świetlne.The essence of the solution according to the invention is a white light source made of a transparent glass chamber filled with an inert gas, inside which an optically active element is placed in the form of tungsten filament stretched between the electrodes, characterized in that it additionally includes an excitation system containing a power source 7 and at least one IR diode 4 and at least one lens 5, the excitation system being a separate element outside the glass chamber 1, in its immediate vicinity, or the excitation system inside the glass chamber 1 and forming a compact light device together with the rest of the white light source.

Korzystnie, w pierwszym z wariantów wynalazku źródło światła białego składa się z dwóch elementów, gdzie element pierwszy stanowi transparentna komora szklana 1, wewnątrz której w podstawie trzpienia umieszczone są dystalnie do wnętrza komory szklanej 1 dwie elektrody 3, między którymi rozciągnięte jest włókno wolframowe 2, natomiast układ wzbudzenia stanowi element drugi, który składa się z tubusa 6 wewnątrz którego w części czołowej znajduje się soczewka 5, za którą umieszczona jest dioda IR 4, gdzie dioda IR 4 połączona jest ze źródłem zasilania 7, przy czym oba elementy znajdują się w bezpośrednim sąsiedztwie, tak, że włókno wolframowe 2 znajduje się w ognisku soczewki 5, a odległość między soczewką 5, a włóknem wolframowym 2 wynosi nie więcej niż 10 cm.Preferably, in the first variant of the invention, the white light source consists of two elements, where the first element is a transparent glass chamber 1, inside which, in the base of the mandrel, two electrodes 3 are placed distally to the inside of the glass chamber 1, between which the tungsten fiber 2 is stretched, while the excitation system is the second element, which consists of a tube 6 inside which in the front part there is a lens 5, behind which the IR diode 4 is placed, where the IR diode 4 is connected to the power source 7, both elements are located directly adjacent so that the tungsten filament 2 is at the focal point of the lens 5, and the distance between the lens 5 and the tungsten filament 2 is not more than 10 cm.

PL 233 156 B1PL 233 156 B1

Korzystnie, w drugim wariancie wynalazku, źródło światła białego składa się z transparentnej komory szklanej 1, wewnątrz której w podstawie trzpienia znajdują się źródło zasilania 7 oraz umieszczone dystalnie do wnętrza komory szklanej 1 dwie elektrody 3, między którymi rozciągnięte jest włókno wolframowe 2 oraz w podstawie trzpienia komory szklanej 1, między elektrodami 3 umiejscowiony jest układ wzbudzenia składający się z diody IR 4, nad którą znajduje się soczewka 5, przy czym włókno wolframowe 2 znajduje się w ognisku soczewki 5, a odległość między soczewką 5, a włóknem wolframowym 2 wynosi nie więcej niż 10 cm.Preferably, in the second variant of the invention, the white light source consists of a transparent glass chamber 1, inside which in the base of the mandrel there is a power source 7, and two electrodes 3 placed distal to the inside of the glass chamber 1, between which the tungsten fiber 2 is stretched, and in the base of the stem of the glass chamber 1, between the electrodes 3 there is an excitation system consisting of the IR diode 4, with the lens 5 above it, the tungsten filament 2 being in the focus of the lens 5, and the distance between the lens 5 and the tungsten filament 2 is not more than 10 cm.

Korzystnie, w źródle światła białego według pierwszego i drugiego wariantu wynalazku odległość między soczewką 5, a włóknem wolframowym 2 wynosi od 2 do 5 cm, korzystniej od 2 do 3 cm.Preferably, in the white light source according to the first and second variant of the invention, the distance between the lens 5 and the tungsten filament 2 is between 2 and 5 cm, more preferably between 2 and 3 cm.

Korzystnie, w innym wariancie wynalazku, źródło światła białego składa się z transparentnej komory szklanej 1, w której na każdym z końców znajduje się tubus 6 zawierający diodę IR 4 oraz skierowaną do części środkowej komory 1 soczewkę 5, gdzie w części środkowej komory 1 znajduje się włókno wolframowe 2, rozciągnięte między dwoma elektrodami 3 oraz jeden z końców komory szklanej 1 połączony jest ze źródłem zasilania 7, przy czym włókno wolframowe 2 znajduje się w ognisku każdej z soczewek 5, a odległość między każdą z soczewek 5 a włóknem wolframowym 2 wynosi nie więcej niż 10 cm, korzystnie nie więcej niż 5 cm, korzystniej nie więcej niż 1 cm.Preferably, in another variant of the invention, the white light source consists of a transparent glass chamber 1 in which at each end there is a tube 6 containing the IR diode 4 and a lens 5 directed towards the central part of the chamber 1, where in the central part of the chamber 1 there is a tungsten filament 2, stretched between two electrodes 3 and one of the ends of the glass chamber 1, is connected to a power source 7, the tungsten filament 2 being in the focal point of each of the lenses 5, and the distance between each of the lenses 5 and the tungsten filament 2 is not greater than 10 cm, preferably not more than 5 cm, more preferably not more than 1 cm.

W źródle światła białego według wynalazku komora szklana 1 wypełniona jest gazem obojętnym wybranym z grupy obejmującej argon, azot, hel, krypton lub mieszaniny tych gazów.In the white light source according to the invention, the glass chamber 1 is filled with an inert gas selected from the group consisting of argon, nitrogen, helium, krypton or mixtures of these gases.

W zależności od wariantu rozwiązania źródło światła białego według wynalazku może zawierać jedną, dwie lub więcej laserowych diod IR.Depending on a variant of the solution, the white light source according to the invention may contain one, two or more IR laser diodes.

Obecność dodatkowego układu wzbudzenia w źródle światła białego według wynalazku powoduje, iż sprawność świetlna źródła światła białego wynosi 50-70%, a więc ponad dziesięciokrotnie więcej w porównaniu do tradycyjnych żarówek.The presence of an additional excitation system in the white light source according to the invention causes that the luminous efficiency of the white light source is 50-70%, i.e. more than ten times more compared to conventional incandescent bulbs.

Ponadto, dodatkowy układ wzbudzenia zapewnia zachowanie ciągłości świecenia, nawet po przerwaniu ciągłości włókna wolframowego. Emisja świetlna włókna wolframowego 2, wstępnie zainicjowana przez przepływający przez elektrody 3 prąd, jest podtrzymywana przez diodę IR 4 generującą promieniowanie o długości fali w zakresie 800-1000 nm. Zatem korzystną cechą rozwiązania według wynalazku, gdzie źródło światła białego stanowi połączenie emisji świetlnej świetlówki żarowej indukowanej przez prąd elektryczny oraz diodę IR 4, jest to, że zachowana jest ciągłość świecenia źródła światła także w przypadku uszkodzenia (pęknięcia) włókna wolframowego 2, uniemożliwiającego przepływ prądu.Moreover, the additional excitation system ensures the continuity of the light, even after the tungsten filament is broken. The light emission of the tungsten filament 2, initially initiated by the current flowing through the electrodes 3, is supported by the IR diode 4 generating radiation with a wavelength in the range of 800-1000 nm. Thus, an advantageous feature of the solution according to the invention, where the white light source is a combination of the light emission of the incandescent lamp induced by the electric current and the IR diode 4, is that the light source is lit continuously also in the event of damage (breakage) of the tungsten filament 2, preventing the flow of current. .

Źródło światła białego według wynalazku charakteryzuje się niskim progiem emisji, a intensywność emisji wzrasta wykładniczo wraz ze wzrostem mocy wzbudzenia włókna wolframowego 2. Wykorzystanie w rozwiązaniu według wynalazku dodatkowego układu wzbudzenia zwiększa wydajność włókna wolframowego 2. W trakcie prac badawczo-rozwojowych nad wynalazkiem przypadku, gdy w tradycyjnej żarówce przez włókno wolframowe 2 przepływał prąd o mocy 20 W intensywność emisji wyniosła 200 lumenów, natomiast po zastosowaniu takiej samej mocy 20 W w źródle światła białego według wynalazku, intensywność emisji wyniosła 550 lumenów, i to już po zastosowaniu układu wzbudzenia z jedną diodą IR 4 i soczewką 5.The source of white light according to the invention is characterized by a low emission threshold, and the emission intensity increases exponentially with the increase of the excitation power of the tungsten fiber 2. The use of an additional excitation system in the solution according to the invention increases the efficiency of the tungsten fiber 2. During research and development works on the invention, when in a traditional light bulb, a current of 20 W was flowing through the tungsten filament 2, the intensity of the emission was 200 lumens, while when the same power of 20 W was used in the white light source according to the invention, the emission intensity was 550 lumens, and that after using the excitation system with one diode IR 4 and lens 5.

W eksperymentach przeprowadzonych przez Twórców wynalazku, w przypadku włókna wolframowego o grubości 35 μm (takiego jak stosowane w tradycyjnych żarówkach), strumień świetlny źródła światła białego według wynalazku, po wzbudzeniu diodą IR o mocy 1W wyniósł 20 lumenów, osiągając skuteczność świetlną rzędu 20 Im/W, natomiast po wzbudzeniu diodą IR o mocy 2W wyniósł 200 lumenów, osiągając skuteczność świetlną rzędu 100 Im/W.In the experiments carried out by the inventors, in the case of a 35 μm thick tungsten fiber (such as used in traditional incandescent bulbs), the luminous flux of the white light source according to the invention, after excitation with a 1W IR diode, was 20 lumens, achieving a luminous efficacy of 20 Im / W, while after excitation with the 2W IR diode it was 200 lumens, achieving a luminous efficiency of 100 Im / W.

W trakcie prac nad wynalazkiem okazało się, że intensywność emisji światła białego źródła światła białego według wynalazku można regulować poprzez zmianę mocy światła diody IR 4, jak i również poprzez zmianę odległości pomiędzy soczewką (soczewkami) 5 a włóknem wolframowym 2. Przy czym maksymalną skuteczność świetlną źródła światła białego według wynalazku uzyskano, gdy drut wolframowy 2 znajdował się w ognisku soczewki 5. Rozogniskowanie układu o 10% powoduje ponad 100 krotny spadek intensywności świetlnej.During work on the invention, it turned out that the intensity of the white light emission of the white light source according to the invention can be adjusted by changing the light power of the IR diode 4 and also by changing the distance between the lens (s) 5 and the tungsten filament 2. The maximum luminous efficiency is The white light sources according to the invention were obtained when the tungsten wire 2 was in the focal point of the lens 5. Defocusing the system by 10% causes a decrease in the light intensity over 100 times.

Przedmiotem wynalazku jest również sposób generowania światła białego realizowane przez źródło światła białego według wynalazku, gdzie elektrody 3 zasila się prądem zmiennym o częstotliwości 230 V oraz jednocześnie za pomocą przynajmniej jednej diody IR 4 generuje się wiązkę promieniowania o długości fali zakresie bliskiej podczerwieni 800-1000 nm, którą za pomocą soczewki 5 kieruje się na włókno wolframowe 2, powodując jego wzbudzenie i emisję światła białego o współczynniku CRI powyżej 98 i sprawności świetlnej rzędu 50-70%The subject of the invention is also a method of generating white light realized by a white light source according to the invention, where the electrodes 3 are supplied with alternating current with a frequency of 230 V and simultaneously, by means of at least one IR diode 4, a beam of radiation is generated with a wavelength in the near infrared range 800-1000 nm which, by means of the lens 5, is directed to the tungsten fiber 2, causing its excitation and the emission of white light with a CRI value above 98 and a luminous efficiency of 50-70%

PL 233 156 B1PL 233 156 B1

Korzystnie, w sposobie według wynalazku stosuje się przynajmniej jedną diodę IR 4 do generowania wiązki promieniowania o długości fali zakresie 808-980 nm.Preferably, the method according to the invention uses at least one IR diode 4 to generate a beam of radiation with a wavelength in the range 808-980 nm.

Światło generowane przez źródło światła białego według wynalazku charakteryzuje się wysokim współczynnikiem oddawania barw (CRI) powyżej 98, rozciągając się szerokopasmowo od zakresu bliskiego ultrafioletu (370 nm) do podczerwieni (900 nm) z maksimum przy 600 nm, tak więc oświetlone przez źródło światła białego według wynalazku kolory odbierane są przez obserwatora są zgodne z ich rzeczywistą barwą. Powoduje to również zmniejszenie zmęczenia oczu osoby pracującej w pomieszczeniu oświetlanym przez źródło światła według wynalazku.The light generated by the white light source according to the invention has a high color rendering index (CRI) above 98, extending broadband from the near ultraviolet range (370 nm) to the infrared (900 nm) with a maximum at 600 nm, so illuminated by a white light source according to the invention, the colors perceived by the observer are consistent with their actual color. It also reduces eye strain of a person working in a room illuminated by a light source according to the invention.

Źródło światła według wynalazku może znaleźć szerokie zastosowanie w przemyśle, budownictwie, architekturze, gdzie wymagane jest zastosowanie bezawaryjnych, energooszczędnych źródeł światła zwłaszcza tam, gdzie źródło światła poddawane jest drganiom mogącym spowodować przerwanie ciągłości drutu wolframowego. Przedmiotowe rozwiązanie ze względu na wysoką sprawność diody laserowej 50-70% cechuje się niskim poborem mocy (energooszczędność), jak również charakterystyką spektralną (szerokie pasmo emisji pokrywające cały zakres promieniowania widzialnego) może zastąpić obecnie wykorzystywane świetlówki, diody LED etc.The light source according to the invention can be widely used in industry, construction, and architecture, where it is required to use failure-free, energy-saving light sources, especially where the light source is subjected to vibrations that could break the continuity of the tungsten wire. Due to the high efficiency of the 50-70% laser diode, the solution in question is characterized by low power consumption (energy efficiency), as well as spectral characteristics (a wide emission band covering the entire range of visible radiation) can replace the currently used fluorescent lamps, LED diodes, etc.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunkach przedstawiających urządzenie według wynalazku w widoku w przekroju pionowym, gdzie:The subject of the invention is shown in the drawings showing the device according to the invention in a view in vertical section, where:

fig. 1 przedstawia pierwszy z wariantów wynalazku, gdzie źródło światła białego składa się z dwóch elementów, gdzie element pierwszy stanowi transparentna komora szklana 1, wewnątrz której w podstawie trzpienia umieszczone są dystalnie do wnętrza komory szklanej 1 dwie elektrody 3, między którymi rozciągnięte jest włókno wolframowe 2, natomiast układ wzbudzenia stanowi element drugi, który składa się z tubusa 6 wewnątrz którego w części czołowej znajduje się soczewka 5, za którą umieszczona jest dioda IR 4, gdzie dioda IR 4 połączona jest ze źródłem zasilania 7, przy czym oba elementy znajdują się w bezpośrednim sąsiedztwie, tak, że włókno wolframowe 2 znajduje się w ognisku soczewki 5 w pewnej odległości;Fig. 1 shows the first variant of the invention, where the white light source consists of two elements, where the first element is a transparent glass chamber 1, inside which, in the base of the mandrel, two electrodes 3 are placed distally to the inside of the glass chamber 1, between which the fiber is stretched tungsten 2, while the excitation system is the second element, which consists of a tube 6 inside which in the front part there is a lens 5, behind which the IR diode 4 is placed, where the IR diode 4 is connected to the power source 7, both elements are located in the immediate vicinity, such that the tungsten filament 2 is at the focal point of the lens 5 at a distance;

fig. 2 przedstawia innym wariant wynalazku, z dwoma diodami 4 i soczewkami 5, gdzie źródło światła białego składa się z transparentnej komory szklanej 1, w której na każdym z końców znajduje się tubus 6 zawierający diodę IR 4 oraz skierowaną do części środkowej komory 1 soczewkę 5, gdzie w części środkowej komory 1 znajduje się włókno wolframowe 2, rozciągnięte między dwoma elektrodami 3 oraz jeden z końców komory szklanej 1 połączony jest ze źródłem zasilania 7, przy czym włókno wolframowe 2 znajduje się w ognisku każdej z soczewek 5, w pewnej odległości.Fig. 2 shows another variant of the invention, with two LEDs 4 and lenses 5, where the white light source consists of a transparent glass chamber 1, in which at each end there is a tube 6 containing an IR diode 4 and a lens directed towards the central part of the chamber 1 5, where in the central part of the chamber 1 there is a tungsten filament 2, stretched between two electrodes 3, and one of the ends of the glass chamber 1 is connected to the power source 7, with the tungsten filament 2 being in the focus of each of the lenses 5 at a distance .

fig. 3 przedstawia drugi wariant wynalazku, gdzie źródło światła białego składa się z transparentnej komory szklanej 1, wewnątrz której w podstawie trzpienia znajdują się źródło zasilania 7 oraz umieszczone dystalnie do wnętrza komory szklanej 1 dwie elektrody 3, między którymi rozciągnięte jest włókno wolframowe 2 oraz w podstawie trzpienia komory szklanej 1, między elektrodami 3 umiejscowiony jest układ wzbudzenia składający się z diody IR 4, nad którą znajduje się soczewka 5, przy czym włókno wolframowe 2 znajduje się w ognisku soczewki 5, w pewnej odległości.Fig. 3 shows a second variant of the invention, where the white light source consists of a transparent glass chamber 1, inside which, in the base of the mandrel, there is a power source 7 and two electrodes 3 placed distally to the inside of the glass chamber 1, between which the tungsten fiber 2 is stretched and in the base of the shaft of the glass chamber 1, between the electrodes 3 there is an excitation system consisting of an IR diode 4, above which there is a lens 5, the tungsten filament 2 being in the focal point of the lens 5 at a distance.

Wynalazek przedstawiono na przykładach wykonania, które nie ograniczają jego zakresu.The invention has been exemplified by non-limiting examples.

P r z y k ł a d 1P r z k ł a d 1

W komorze szklanej (jak na fig. 3), na elektrodach umieszczono drut wolframowy o grubości 35 μm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym optycznie wyniosła 40 mm. Elektrody poddano działaniu prądu zmiennego o napięciu 230V (50 Hz) i mocy 20 W powodując wzbudzenie żarzenia włókna wolframowego oraz jednocześnie poprzez diodę IR generowano wiązkę promieniowania o długości fali 975 nm i mocy 2 W, którą za pomocą soczewki skierowano na włókno wolframowe.In a glass chamber (as shown in Fig. 3), a 35 µm thick tungsten wire was placed on the electrodes. The distance between the lens and the optically active element was 40 mm. The electrodes were exposed to alternating current with a voltage of 230V (50 Hz) and power of 20 W, causing the tungsten filament to glow, and simultaneously a beam of radiation with a wavelength of 975 nm and a power of 2 W was generated through the IR diode, which was directed at the tungsten filament by means of a lens.

W wyniku wzbudzenia uzyskano światło emisję światła białego o współczynniku CRI wynoszącym 98, wartości strumienia świetlnego 550 Im i skuteczności świetlnej 25 Im/W.As a result of the excitation, the light emission of white light was obtained with the CRI coefficient of 98, the luminous flux value 550 Im and the luminous efficiency 25 Im / W.

P r z y k ł a d 2P r z k ł a d 2

W komorze szklanej (jak na Fig. 2), na elektrodach umieszczono drut wolframowy o grubości 35 μm. Na każdym z końców komory umieszczono diodę IR i soczewkę, odległość pomiędzy soczewkami a elementem aktywnym optycznie wyniosła 25 mm. Wzbudzenia drutu wolframowego dokonano poprzez jednoczesne generowanie przez diody IR wiązek promieniowania o długości fali 808 nm i mocy 2 W każda, które za pomocą soczewek skierowano na włókno wolframowe. W wyniku wzbudzenia uzyskano światło białe o współczynniku CRI wynoszącym 99, wartości strumienia świetlnego 600 Im oraz skuteczności świetlnej 150 Im/W.In a glass chamber (as in Fig. 2), a 35 µm thick tungsten wire was placed on the electrodes. At each end of the chamber there was an IR diode and a lens, the distance between the lens and the optically active element was 25 mm. The excitation of the tungsten wire was achieved by simultaneous generation by IR diodes of radiation beams with a wavelength of 808 nm and a power of 2 W each, which were directed at the tungsten filament by means of lenses. As a result of the excitation, white light was obtained with a CRI of 99, the value of the luminous flux 600 Im and the luminous efficiency 150 Im / W.

PL 233 156 B1PL 233 156 B1

P r z y k ł a d 3P r z k ł a d 3

W komorze szklanej (Fig. 2), na elektrodach umieszczono drut wolframowy o grubości 35 μm. Na każdym z końców komory umieszczono diodę IR i soczewkę, odległość pomiędzy soczewkami a elementem aktywnym optycznie wyniosła 30 mm. Wzbudzenia drutu wolframowego dokonano poprzez jednoczesne generowanie przez diody IR wiązek promieniowania o długościach fali 975 nm i mocy odpowiednio 1 W i 2 W, które za pomocą soczewek skierowano na włókno wolframowe oraz przepływ przez elektrody prądu zmiennego o napięciu 230V (50 Hz) i mocy 20W. W wyniku wzbudzenia uzyskano światło białe o współczynniku CRI wynoszącym 98, wartości strumienia świetlnego 600 Im oraz skuteczności świetlnej 26 Im/W.In the glass chamber (Fig. 2), a 35 μm thick tungsten wire was placed on the electrodes. At each end of the chamber there was an IR LED and a lens, the distance between the lenses and the optically active element was 30 mm. The tungsten wire was excited by simultaneous generation by IR diodes of radiation beams with a wavelength of 975 nm and a power of 1 W and 2 W, respectively, which were directed at the tungsten filament by means of lenses and flow through the electrodes of alternating current with a voltage of 230V (50 Hz) and power of 20W . As a result of the excitation, white light with a CRI of 98, luminous flux value of 600 Im and luminous efficiency of 26 Im / W was obtained.

P r z y k ł a d 4P r z k ł a d 4

W komorze szklanej (jak na fig. 1), między elektrodami umieszczono drut wolframowy o grubości 35 μm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym optycznie wyniosła 40 mm.In a glass chamber (as shown in Fig. 1), a 35 µm thick tungsten wire was placed between the electrodes. The distance between the lens and the optically active element was 40 mm.

Elektrody poddano działaniu prądu zmiennego o napięciu 230V (50 Hz) i mocy 20 W, oraz jednocześnie poprzez diodę IR generowano wiązkę promieniowania o długości fali 808 nm i mocy 2 W, którą za pomocą soczewki skierowano na włókno wolframowe.The electrodes were exposed to alternating current with a voltage of 230V (50 Hz) and a power of 20 W, and at the same time a beam of radiation with a wavelength of 808 nm and a power of 2 W was generated through the IR diode, which was directed at the tungsten fiber by means of a lens.

W wyniku wzbudzenia uzyskano światło emisję światła białego o współczynniku CRI wynoszącym 98, wartości strumienia świetlnego 400 Im i skuteczności świetlnej 18 Im/W.As a result of the excitation, the light emitted white light with a CRI of 98, a luminous flux value of 400 Im and a luminous efficiency of 18 Im / W.

P r z y k ł a d 5P r z k ł a d 5

W komorze szklanej (jak na fig. 1), na każdej z elektrod umieszczono po jednym odcinku drutu wolframowego, tak, by odcinki nie łączyły się ze sobą (przerwany drut wolframowy) o grubości 35 μm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym optycznie wyniosła 40 mm.In the glass chamber (as in Fig. 1), one section of tungsten wire was placed on each electrode so that the sections did not connect with each other (tungsten wire broken) 35 μm thick. The distance between the lens and the optically active element was 40 mm.

Przy pomocy diody IR generowano wiązkę promieniowania o długości fali 975 nm i mocy 2 W, którą za pomocą soczewki skierowano na włókno wolframowe.Using the IR diode, a beam of radiation with a wavelength of 975 nm and a power of 2 W was generated, which was directed at the tungsten fiber by means of a lens.

W wyniku wzbudzenia uzyskano światło emisję światła białego o współczynniku CRI wynoszącym 98, wartości strumienia świetlnego 200 Im i skuteczności świetlnej 100 Im/W.As a result of the excitation, the light emitted white light with a CRI of 98, a luminous flux value of 200 Im and a luminous efficiency of 100 Im / W.

P r z y k ł a d 6P r z k ł a d 6

W komorze szklanej (jak na fig. 3), na elektrodach umieszczono drut wolframowy o grubości 35 μm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym optycznie wyniosła 40 mm. Elektrody poddano działaniu prądu zmiennego o napięciu 230V (50 Hz) i mocy 20 W powodując wzbudzenie żarzenia włókna wolframowego oraz jednocześnie poprzez diodę IR generowano wiązkę promieniowania o długości fali 975 nm i mocy 2W, którą za pomocą soczewki skierowano na włókno wolframowe.In a glass chamber (as shown in Fig. 3), a 35 µm thick tungsten wire was placed on the electrodes. The distance between the lens and the optically active element was 40 mm. The electrodes were exposed to alternating current with a voltage of 230V (50 Hz) and power of 20 W, causing the tungsten filament to glow, and at the same time a beam of radiation with a wavelength of 975 nm and a power of 2W was generated through the IR diode, which was directed at the tungsten filament by means of a lens.

Zachowując takie warunki wzbudzenia źródło światła poddano działaniu drgań mechanicznych, które spowodowały przerwanie ciągłości włókna wolframowego. Nie zaobserwowano przerwania emisja świetlnej, źródło światła nadal świeciło światłem białym współczynniku CRI wynoszącym 98, i wartości strumienia świetlnego 200 Im oraz skuteczności świetlnej 100 Im/W.While maintaining such excitation conditions, the light source was subjected to mechanical vibrations, which interrupted the continuity of the tungsten fiber. No light emission interruption was observed, the light source continued to shine with white light with a CRI of 98, a luminous flux value of 200 Im and a luminous efficacy of 100 Im / W.

P r z y k ł a d 7P r z k ł a d 7

W komorze szklanej (jak na fig. 1) w formie kwarcowej komory, na elektrodach umieszczono dwa odcinki drutu wolframowego (przerwany drut wolframowy) o grubości 35 μm. Odległość pomiędzy soczewką a elementem aktywnym optycznie wyniosła 40 mm.In a glass chamber (as in Fig. 1) in the form of a quartz chamber, two lengths of tungsten wire (broken tungsten wire) with a thickness of 35 μm were placed on the electrodes. The distance between the lens and the optically active element was 40 mm.

Przy pomocy diody IR generowano wiązkę promieniowania o długości fali 808 nm i mocy 2W, którą za pomocą soczewki skierowano na włókno wolframowe.Using the IR diode, a beam of radiation with a wavelength of 808 nm and a power of 2W was generated, which was directed at the tungsten fiber by means of a lens.

W wyniku wzbudzenia uzyskano emisję światła białego o współczynniku CRI wynoszącym 98, wartości strumienia świetlnego 200 Im i skuteczności świetlnej 100 Im/W.The excitation resulted in the emission of white light with a CRI of 98, a luminous flux value of 200 Im and a luminous efficiency of 100 Im / W.

Następnie dokonano zmniejszenia dystansu pomiędzy soczewką, a włóknem wolframowym do 25 mm, przy czym włókno wolframowe nadal znajdowało się w ognisku soczewki. Przy zastosowaniu takich samych warunków wzbudzenia uzyskano emisję światła białego o współczynniku CRI wynoszącym 98, wartości strumienia świetlnego 300 Im i skuteczności świetlnej 150 Im/W.Then the distance between the lens and the tungsten filament was reduced to 25 mm with the tungsten filament still in the focus of the lens. Using the same excitation conditions, the emission of white light with a CRI of 98, a luminous flux of 300 Im and a luminous efficiency of 150 Im / W was obtained.

Porównanie parametrów źródła światła białego według wynalazku i innymi typami oświetlenia ze stanu techniki zostały przedstawione w tabeli 1.A comparison of the parameters of the white light source according to the invention and other types of illumination of the prior art is shown in Table 1.

PL233 156 Β1PL233 156 Β1

Tabela 1. Porównanie parametrów różnych typów oświetlenia ze źródłem światła białego według wynalazku (przykład 2).Table 1. Comparison of the parameters of different types of lighting with the white light source according to the invention (example 2).

Parametry Parameters Wynalazek (Przykład 2) Invention (Example 2) Diody LED LED lights Świetlówki Fluorescent lamps Tradycyjne żarówki Traditional bulbs Oczekiwana żywotność żarówki Bulb life expectancy 20 000 20,000 50 000 50,000 10 000 10,000 1200 1200 Pobór mocy dla światłości 600 Im Power consumption for light 600 Im 4 4 6 6 5 5 60 60 Efektywność świetlna (Im/W) Luminous efficiency (Im / W) 150 150 100 100 40 40 10 10

Zastrzeżenia patentowePatent claims

Claims

1. A white light source made of a transparent glass chamber filled with an inert gas, inside which an optically active element is placed in the form of tungsten fiber stretched between the electrodes, characterized in that it additionally comprises an excitation system containing a power source (7) and at least one IR diode (4) and at least one lens (5), where the excitation system is a separate element outside the glass chamber (1), in its immediate vicinity or the excitation system is inside the glass chamber (1) and together with other elements of the white light source it forms a compact device luminous.

2. A white light source according to claim 1 1, characterized in that it consists of two elements, where the first element is a transparent glass chamber (1), inside which, in the base of the mandrel, two electrodes (3) are placed distal to the inside of the glass chamber (1), between which the tungsten fiber is stretched (2), while the excitation system is the second element, which consists of a tube (6) inside which in the front part there is a lens (5), behind which is an IR diode (4), where the IR diode (4) is connected to power source (7), with both elements in the immediate vicinity, so that the tungsten filament (2) is in the focus of the lens (5), and the distance between the lens (5) and the tungsten filament (2) is not more than 10 cm.

3. A white light source according to claim 1 1, characterized by the fact that it consists of a transparent glass chamber (1), inside which in the base of the mandrel there is a power source (7) and two electrodes (3) placed distal to the inside of the glass chamber (1), between which the tungsten fiber is stretched (2) and in the base of the glass chamber stem (1), between the electrodes (3) there is an excitation system consisting of an IR diode (4), over which there is a lens (5), with the tungsten filament (2) in the focus of the lens (5), and the distance between the lens (5) and the tungsten filament (2) is not more than 10 cm.

4. A white light source according to claim 1 2-3, characterized in that the distance between the lens (5) and the tungsten filament (2) is 2 to 5 cm, more preferably 2 to 3 cm.

5. A white light source according to claim 1 1, characterized by the fact that it consists of a transparent glass chamber (1) in which at each end there is a tube (6) containing the IR diode (4) and a lens (5) directed towards the central part of the chamber (1), where the middle part

In the chamber (1) there is a tungsten filament (2) stretched between two electrodes (3), and one of the ends of the glass chamber (1) is connected to the power source (7), the tungsten filament (2) is at the focus of each lens (5), and the distance between each lens (5) and the tungsten filament (2) is no more than 10 cm, preferably no more than 5 cm, more preferably no more than 1 cm.

The white light source according to any of the preceding claims, characterized in that the glass chamber (1) is filled with an inert gas selected from the group consisting of argon, nitrogen, helium, krypton or mixtures of these gases.

7. A white light source according to any one of the preceding claims, characterized in that the luminous efficacy of the white light source is over 100 Im / W.

A method of generating white light implemented by a white light source according to any of the preceding claims, wherein the electrodes (3) are supplied with an alternating current of 230 V and simultaneously, by means of at least one IR laser diode (4), a radiation beam is generated with a wavelength range Near infrared light of 800-1000 nm, which is directed by a lens (5) on a tungsten fiber (2), causing its excitation and emission of white light with a CRI above 98 and luminous efficiency of 50-70%.

9. The method of generating white light according to claim 1 The method according to claim 8, characterized in that a beam of radiation with a wavelength in the range 808-980 nm is generated by means of at least one IR laser diode (4).