Введение
Освещение рабочего места - важный фактор создания нормальных условий труда. Неудовлетворительное освещение может исказить информацию, получаемую человеком посредством зрения, кроме того оно утомляет не только зрение, но вызывает утомление организма в целом, отрицательно сказывается на состоянии центральной нервной системы. Неправильное освещение может являться причиной производственного травматизма. Освещение влияет на производительность труда и качество выпускаемой продукции. Так при выполнении операции точной сборки увеличение освещенности с 50 до 1000 лк позволяет получить повышение производительности труда до 25 % и даже при выполнении работ малой точности, не требующих большого зрительного напряжения, увеличение освещенности рабочего места повышает производительность труда на 2-3 %
Оптической областью спектра называется часть электромагнитного спектра с длиной волны = 10 - 340 нм. Она делится на:
- инфракрасное излучение (= 340 - 770 нм), которое проявляется в основном в тепловом воздействии;
- видимое излучение (= 770 - 380 нм): в зависимости от длины волны вызывает у человека, различные световые и цветовые ощущения: от фиолетового (= 400 нм) до красного (= 750 нм). Зрение наиболее чувствительно к излучению с длиной волны = 550 нм. что соответствует желто-зеленому цвету: к границам видимого спектра чувствительность уменьшается;
- ультрафиолетовое излучение (= 380 - 10 нм). УФ излучение оказывает биологически положительное воздействие на организм человека, вызывая загар При высокой интенсивности УФ излучение способно вызвать ожог кожи. глаз. УФ излучение возникает при электро и газовой сварке, при работе кварцевых ламп, электрической дуги высокой интенсивности, лазерных установок. Защита от УФ излучений проста - их пропускают на ткань одежды и очки с простым стеклом.
Проблема энергосбережения в настоящее время принимает всё большую актуальность. Значительная часть электроэнергии, потребляемая предприятиями и организациями, расходуется на освещение производственных помещений и уличное освещение. Следовательно, возникает задача производства модернизации в области освещения путём применения энергосберегающих источников света.
Одним из путей решения данной задачи может являться использование светодиодного освещения.
История создания светодиодных ламп
Светодиодная лампа - это многокомпонентный прибор, при изготовлении которого не используют опасные вещества. За счёт чего он абсолютно безопасен. Конструкция лампы не очень сложная. То, что излучает свет - называют монокристаллом. Устанавливают его в металлической чашечке, которая является отражателем, потом заливают всё пластиком и светодиод готов.
Светодиод — прибор полупроводникового типа с электронно-дырочным переходом, который излучает свет определенной длины волны под воздействием тока, пропускаемого в прямом направлении.
В основе светодиода лежит кристалл полупроводникового типа, закрепленный на основе из меди или алюминия. Сверху кристалл закрывается слоем силикона и линзой из пластмассы. Вместе они образуют оптическую систему.
В 1907 году английский инженер Генри Раунд, уходя вечером из своей лаборатории, выключил свет, но полной темноты не наступило. В глубине комнаты виднелась слабая светящаяся точка. Это оказалось диодный контакт под напряжением. Если бы Раунд начал изучать это явление, то и история светодиодных ламп началась именно в этом году, но инженер просто отметил это явление в своих записях, не придав ему должного внимания.
Спустя 16 лет, изучением подобного свечения занялся советский ученый О.В. Лосев. Он исследовал свечения диода из карбида кремния. Но понять причину явления ему не удалось, как и применить его в полезном деле. Только в 1961 году был оформлен первый патент на инфракрасный диод, его владельцем стали изобретатели из США Гари Питман и Роберт Бьярд. Но созданные ими светодиоды невозможно было использовать. Дело в том, что инфракрасный свет не виден для человека. Отцом настоящих светодиодных ламп стал Ник Холоньяк. Именно ему удалось «научить» диоды светиться в видимом красном диапазоне, а произошло это в США в 1962 году.
Уже в 1968 году, компания «Monsanto» стала выпускать светодиоды, которые пользовались большим спросом у производителей различной электроники. Так, основным покупателем стала известная фирма «Hewlett-Packard», которая внедряла этот продукт во все выпускаемые приборы.
Принцип действия светодиодов
Любой светодиод имеет p-n-переход. Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в электронно-дырочном переходе. P-n переход создается при соединении двух полупроводников разного типа электропроводности. Материал n-типа легируется электронами, p-типа – дырками.
При подаче напряжения электроны и дырки в p-n-переходе начинают перемещаться и занимать места. Когда носители заряда подходят к электронно-дырочному переходу, электроны помещаются в материал p-типа. В результате перехода электронов с одного энергетического уровня на другой выделяются фотоны.
Не всякий p-n переход может излучать свет. Для пропускания света нужно соблюсти два условия:
ширина запрещенной зоны должна быть близка к энергии кванта света;
полупроводниковый кристалл должен иметь минимум дефектов.
Реализовать подобное в структуре с одним p-n-переходом не получится. По этой причине создаются многослойные структуры из нескольких полупроводников, которые называются гетероструктурами.
Для создания светодиодов используются прямозонные проводники с разрешенным прямым оптическим переходом зона-зона. Наиболее распространенные материалы группы А3В5 (арсенид галлия, фосфид индия), А2В4 (теллурид кадмия, селенид цинка).
Цвет светоизлучающего диода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой происходит рекомбинация электронов и дырок. Чем больше ширина запрещенной зоны и выше энергия квантов, тем ближе к синему излучаемый свет. Путем изменения состава можно добиться свечения в широком оптическом диапазоне – от ультрафиолета до среднего инфракрасного излучения.