Справочная книга по светотехнике

НОВЫЕ СВЕТОТЕХНИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

Подробно традиционные светотехнические мате­риалы рассмотрены в [41—42, 78|. Ниже даны краткие сведения о новых, появившихся за последние годы и получивших международное признание отражающих и преломляющих свет материалах.

Светоотражающие материалы. Наиболее распро­страненным листовым материалом для изготовления отражателей и экранирующих решеток светильников, в особенности ОП с ЛЛ, является альзакироваппый алю­миний. Обработанный электрохимическим методом с применением постоянного тока высокой плотности и серной кислоты, мягкий и быстро корродирующий чистый алюминий приобретает высокую твердость (благодаря оксидной пленке) и коррозиоустойчивость. Однако коэффициент отражения альзакированпых по­верхностей не превышает 0,87 и является различным для излучения разных спектральных линий (рис. 6.15).

Новые отражающие покрытия на основе алюминия (фирмы Alanod, Германия) получаются методом осаж­дения из газообразной фазы. На лепту альзакированно - го алюминия в вакууме последовательно наносятся слой химически чистого алюминия (99,99%) (для мате­риала Miro) или серебра (для Miro-Silver), а затем — оп­тические интерференционные слои из оксида кремния (Si02> с низким коэффициентом преломления и окси­да титана (TiOj) с высоким коэффициентом преломле­ния (рис. 6.16). Интерференционные слои повышают

коэффициент отражения до 0,95 (Miro) и до 0,98 (Miro - Silver). Материалы имеют достаточно постоянное зна­чение коэффициента отражения в видимой части спек­тра, поэтому исключено возникновение гак называе­мых «цветов побежалости». Это особенно важно при использовании в светильниках ЛЛ с трех - или пятипо­лостным люминофором, в частности, в Oil с ЛЛ и кол­бах диаметром 16 мм (Т5).

Материалы Miro и Miro-Silver выпускаются шири­ной 1250 мм и толщиной 0.2—0,8 мм. Материал с ин­дексом 2 имеет чисто зеркальную поверхность (диф­фузная составляющая 5%).

При многократных отражениях (н частности, в по­лых световодах) параметры светового потока изменя­ются в соответствии с рис. 6.17 (N — число отражений).

Весьма прогрессивным светоотражающим материа­лом является рулонный Silverlux (компании ЗМ, США) получаемый методом осаждения тончайшего слоя хи­мически чистого серебра из газообразной фазы на ор­ганическую основу (полиэтилентерефталат). Материал имеет зеркальную поверхность с коэффициентом отра­жения 0,95. Толщина — 1+Змм, ширина рулона — 1200 мм.

Многослойная полимерная зеркальная пленка па основе полиэтиленфталата (PEN) имеет коэффициент отражения более 0,98 (фирменное название Radiant Mirror Film VM2000 компании ЗМ, США). Не содер-

жит металлических включений, не корродирует, термо­стойкость — 125°С при длительной работе. Пропускает ИК и поглотает УФ-излучения. Материал покрыт сло­ем, стойким к УФ - и абразивному воздействию. Тол - шина многослойной пленки — 61-68 мкм (или 0,06- 0,07 мм).

Материал может быть ламинирован на алюминие­вый лист (название в этом случае Vegalux™) и имеет р>0,99. Пленка RMF VM2000 имеет многослойную (до

Падающая волна Отраженные волны

Волновой / / /

фронт 1 / _у _/

Волновой / / /

фронт 2 /

I

сотен слоев) интерференционно действующую структу­ру (рис. 6.18) и может при разном числе слоев обеспе­чивать высокий уровень отражения и поляризации све­та, иметь различный цвет, успешно действовать п ближнем И К участке спектра.

Сравнительные данные о потерях светового потока при многократных отражениях от нового материала и традиционных металлов даны па рис. 6.19.

Призматические материалы. Призматическая плен­ка SOLF (Scotch Optical Lighting Film) компании ЗМ, США изготавливается из прозрачного полиметилме - такрилата (ПММА) или поликарбоната (ПК) и виде листов мерной длины шириной 37,5" (дюйма) (952 мм) и толщиной 0,02" (0,5 мм). Одна сторона листа — глад­кая. а другая имеет продольные, равномерно располо­женные борозды, представляющие собой призмы тре­угольного сечения с углом 90° при вершине (рис. 6.20).

Основная особенность такой пленки состоит в том, что в зависимости от направления падающего на глад­кую поверхность излучения, пленка является либо от­ражающим, либо пропускающим материалом [6.12].

Указанные выше свойства пленки базируются на явлении полного внутреннего отражения (ПВО) свето­вого излучения в диэлектриках. Показанная на рис. 6.21 траектория луча, прошедшего внутрь матсриа-

б)

в)

Рис. 6.21. Траектория луча в призматической плепке SOLF в случае ПВО (6.13): а — в 3-мерном изображении; б — в про­дольном сечении; в — в поперечном сечении. I — палающий луч; II луч, отраженный в результате ПІЮ; III — луч. зер­кально отраженный (в результате фрепелевского отражения) при входе луча в пленку; IV — то же, при выходе луча из пленки

ла, иллюстрирует действие пленки в качестве отражате­ля. Интересно отметить, что падающий (!) и отражен­ный и результате ПВО (II) лучи лежат в параллельных продольных плоскостях Q и Qj. в отличие от зеркаль­но отраженного (в результате фрепелевского отраже­ния) луча (III), лежащего в продольной плоскости Qy, зеркально симметричной относительно главной про­дольной плоскости Qq, проходящей через нормаль N к гладкой стороне пленки в точке / падения луча. Следо­вательно, в случае выполнения условий ПВО пленка ведет себя в поперечном сечении подобно световозвра­щателю, а в продольном — плоскому зеркалу.

Луч претерпит ПВО от пленки только в том случае, если углы у и 0, определяющие направление падения луча, связаны отношением:

1 - >/2- sin IyI '

где у — угол отклонения продольной плоскости, содер­жащей палающий луч, относительно нормали N в точке паления: 0 — угол отклонения падающего луча от про­дольной оси; п — показатель преломления материала пленки.

Область ПВО ограничивается предельным углом 0пр, равным 27.6° и 29,5° соответственно для ПММА и ПК [6.12. 6.13] для призм с углом 90° при вершине.

Наряду с тонкой гибкой призматической пленкой SOLF выпускаются жесткие плоские пластмассовые френе. іевские преломлятели (на основе ПММА) толщи­ной 3±0,2 мм и с размерами апертуры (внешним диа­метром концентрической призмы) от 508 до 1702 мм (в листах с размерами до 1060x1400 мм), которые име­ют фирменный шифр SC (фирма Fresnel Opiics, Герма­ния).

Концентрические преломлятели имеют фокусные расстояния от 471 мм для малых изделий и до 1200 мм для больших. Высота призм, получаемых методом мик­рорепликации, — 0,112 мм.

Позитивные асферические линзы из ПММА типа SC имеют фокусные расстояния от 11 до 127 мм и от 40 до 762 мм, при этом размеры линз составляют от 6,35 до 203 мм и от 152 до 463 мм.

Преломлятели (концентрические — Radial Lens Film, и линейные — Linear Lens Film, рис. 6.22) фирмы ЗМ, США имеют толщину 0,6 мм, а при ламинирова­нии на поверхность прозрачного ПММА — 3 мм.

Преломлятели поставляются в виде листов или ру­лонов шириной 533 мм. Первоначальное назначение этих призматических материалов — для использования в концентраторах солнечной энергии с целью нагрева (в частности, воды) или генерирования ЭЭ в фотоэлек­трических устройствах. В последующем нашли приме­нение п системах ввода и распределения солнечной энергии для естественного освещения внугри зданий (см. § 18.10).

Особую фуппу преломлятслсй представляют собой световозвращатели (или катафоты), используемые в ос­новном в знаках дорожного движения [6.14]. Световоз-

вращающее отражение характеризуется тем, что по­верхность знака отражает падающий на нее свет назад, в направлении источника света. При изготовлении этих знаков световозпрашаюшая фольга (в виде соот­ветствующих надписей или символов) наклеивается на листы алюминия. Широко известны световозвращате­ли. которые изготавливаются с использованием микро­скопических стеклянных шариков или микроскопиче­ских призм. Световозврашаюшие материалы на основе микропризм используют принцип полного внутреннего отражения на граничной поверхности. В их основе ле­жит использование тройных зеркал. Если три поверх­ности расположены перпендикулярно одна к другой, то упавший па первую поверхность световой поток отра­жается на обе расположенные рядом поверхности и за­тем отражается пректически в обратном направлении. На рис. 6.23, 6.24 показаны схемы прохождения лучей в существующих световозвращателях.

Рис. 6.24. Приниипиальпыс схемы световозвращающих тонкопленочных материалов: а — лежащие открыто мик­роскопические стеклянные шарики (открытые бусинки):

6 — микроскопические стеклянные шарики, вмонтирован­ные в защитный слой; в — микроскопические стеклянные шарики, встроенные в воздушную камеру; г — световоз - врашаюшая пластина на основе микропризм. / — защит­ный слой, предохрапяюший от воздействия погодных фак­торов; 2 — зона сварки: 3 — воздушный зазор; 4 — микро­скопические бусинки; 4а — микроскопические призмы; 5 — разделяющий слой; 6 — слой напыленного алюминия;

7 — подложка; 8 — слой клея

Толщина таких световозвращателей составляет, в зависимости от формы и исполнения, от 100 до 500 мкм.

Во многих случаях использования новых и сущест­вующих светотехнических материалов нужно знать их спектральные характеристики отражения и пропуска­ния. Имеющиеся данные 185] приведены в табл. 6.21.

Для разработки СП и их успешного применения представляет значительный интерес поведение основ­ных видов пластмасс при длительном воздействии ок­ружающей среды и излучения ИС. В табл. 6.22 по дан­ным [6.15, 6.161 приведены коэффициенты пропуска­ния и индексы пожелтения (ИЖ) основных групп пла­стмасс.