Аудіо- та відеоапаратура, переносні й стаціонарні комп’ютери, мобільні телефони, вимірювальні та різні електронні прилади використовують специфічні джерела світла – світлодіоди (LED). Дивлячись на їх слабке світло, багато хто не уявляє, звідки воно виходить. Світлодіоди LED ще донедавна не вважали повноправним членом сукупності джерел світла. Незначний світловий потік, обмежена кількість кольорів істотно звужували сфери використання світлодіодів для освітлення. Але останнім часом конструкція і технологія виготовлення цих приладів настільки вдосконалились, що їх можна розглядати як новий вид джерел світла з високою світловіддачею . Вирішено проблеми одержання будь-яких кольорів випромінювання. Отже, світлодіоди починають використовуватись як ефективний засіб освітлення.

Напівпровідникові джерела світла

Майже третина світового виробництва електроенергії використовується джерелами світла. Інтенсивний пошук досконаліших і дешевших способів генерування видимого випромінювання призвів до того, що світлодіоди, які використовувались в основному для світлової сигналізації протягом декількох останніх років, стали найбільш прогресуючим джерелом світла. Прогнозують, що в найближчому майбутньому використання напівпровідникових джерел світла зумовить революцію в освітлювальній техніці, особливо у сфері освітлювальної арматури, де діоди LED замінять лампи розжарювання, люмінесцентні та газорозрядні. На противагу існуючим лампам, які працюють на змінному струмі, світлодіоди працюють на постійному струмі низької напруги і використовують процеси, що дозволяють генерувати світловий потік, зуживаючи значно меншу кількість електроенергії . Світлодіоди стануть першими дійсно енергоощадними джерелами світла. Тож, наприклад, вважають, що в США заміна жарівок у вуличній сигналізації світлодіодами дасть змогу заощаджувати 2,5 більйони кВт •годна рік.

Напівпровідникові джерела світла мають багато істотних переваг, а саме:

• відносно велику світловіддачу;
• дуже тривалий час роботи (від 5000 до 100000 год);
• винятково малу аварійність завдяки високій стійкості до ударів і вібрацій;
• різні кольори світла, що виключає потребу у використанні фільтрів;
• високий показник відтворення кольорів у разі використання діодів білого світла;
• малі розміри і вагу, що полегшує конструкцію арматури ;
• моментальне світіння після подачі напруги, що дає можливість засвічувати їх і гасити практично з необмеженою частотою;
• відсутність ультрафіолетового й інфрачервоного випромінювання у спектрі ;
• низька напруга живлення підвищує безпеку;
• відсутність ртуті, шкідливої для середовища.

Коефіцієнт видатності перших світлодіодів досягав 10%. Зараз він перебуває на рівні 20%, а найближчим часом досягне ЗО % . Порівняймо це з КВ жарівок – 4% або люмінесцентних ламп – 20%. Світл одіоди – це нап і впровідникові прилади, в яких електроенергія безпосередньо перетворюється на видиме випромінювання. Вже тепер світловіддача білих світлодіодів досягає 17 і навіть ЗО лм/ Вт. Прогнозують, що протяго м найближчих десяти років світловіддача
цих приладів досягне значень, притаманних сучасним газорозрядним лампам високого тиску.

Висока стійкість

Експлуатація традиційних джерел світла завершується раптовим невідворотним згасненням . Натомість світлодіоди зменшують інтенсивність випромінювання поступово. Їх термін служби, залежно від встановленого рівня освітлення, мо же досягати 50000 чи 100000 год. Середні й термін їх експлуатації в декілька десятків разів триваліший , ніж ламп розжарювання. Проблемою для конструкторів освітлювальних систем і з світлодіодами є збільшення терміну служби інших елементів системи. Екстремально висока “живучість” світлодіодів LED створює ще додаткові аспекти. Згасання окремих ламп і утворення темних плям во світлювальних системах може перетворитис я на проблему. Це стосується перш за все декоративного архітектурного освітлення. Таке явище вимагає негайного втручання. Поступове зменшення яскравості світлодіодів дає можливість у разі необхідності відсунути втручання до сприятливого моменту.

Стійкість і колористика

Напівпровідникові освітлювальні системи є дуже стійкими до механічних впливів і вібрацій завдяки відсутності скляних деталей і колб. Найновіші досягнення
в конструкції та технологіях дають можливість одержувати всі к ольори видимого спектру. Сучасні діоди випромінюють потрібні кольори з однієї сформованої структури і не потребують змішування різних кольорів.

Розподіл світла

Світлорозподіл діодів LED залежить від будови діодної випромінювальної матриці , яку можна формувати також за до помогою арматури. Арматура погіршує умови роботи напівпровідникового переходу, може певною мірою впливати на стабільність параметрів, але водночас дає змогу форму вати фото метричне тіло світильника.

Простота контролю і керування

Напівпровідникові освітлювальні системи – це в принципі цифрові системи, які можна легко інтегрувати в комп ‘ ютерні системи керування. Крім того, їх світлом можна легко керувати. Зміна струму діода змінює значення його світлового потоку, а світловіддача залишається сталою. Стабілізація температури діоду гарантує стабільність кольору випромінювання за умов регулювання.

Проблеми, які необхідно вирішити

Світлодіоди LED мають малу поверхню, отже є зосередженим джерелом світла, як і галогенні лампи. Їх використання, особливо в приміщеннях, створює небе з пеку засліплення від надто яскравого світла і як наслідок – погіршення умов видимості. Тому до конструкцій освітлювальної арматури та до проектування освітлювальної устави висуваються особливі вимоги.

Білі світлодіоди

Довгий час головною перешкодою широком у застосуванню світлодіодів була відсутність технології виготовлення діодів , які б випромінювали високоякісне біле світло.
Перші світлодіоди LED випромінювали майже монохроматичне світло з лінійним спектром. Єдиним способом одержання білого світла було об’єднання трьох діодів зі світлом червоного, зеленого і блакитного кольорів в одному світильнику. Однак об’єднання структур з такими кольорами в діодні матриці не забезпечує задовільних результатів, особливо щодо стабільності й повторювальності параметрів . Сучасна технологія дозволяє виготовляти білі діоди LED у формі однієї структури. Білі світлодіоди оде ржую ть із блакитних, додаючи фосфор. Їх випромінювання хара ктеризується колірною температурою 4000 К, а показник відтворення кольорів дорівнює 75.
На жаль, такі діоди мають невисоку стабільність, і після певного часу окремі екземпляри неоднаково змінюють колір випромінювання. Найновіше покоління світлодіодів генерує ультрафіолетове випромінювання, яке потім люмінофором перетворюється на видиме світло.

Інновації

Провідні фірми, використовуючи багатий набутий досвід, виготовляють на півпровідникові джерела світла у вигляді модулів LED, які мають форму лінійок, кружечків або пластинок. Модулі потужністю 5 Вт складаються із чотирьох діодів. Вони генерують світловий потік 120 лм, а показник відтворення
кольорів сягає 80. На таких модулях встановлені спеціальні оптичні сегменти, що обмежують кут випромінювання до 20° для кольорових діодів і 25 ° – для білих. Після 100000 год роботи світловий потік спадає до 20% початкового значення.

Виробники

На початковому етапі розвитку світлодіодів головн у роль відігравали виробники напівпровідників. Але тільки-но передові виробник и джерел світла зрозуміли можливості, які дає новий спосіб генерування видимого випромінювання, – вони одразу активно включились у дослідницьку роботу вцьому напрямку. Нині над світлотехнічними системами з використанням світлодіодів працюють такі фірми: LUMILEDDS – спільне підприємство Philips/ Agilent
Technologies, OSRAM Opto Semiconductors, General Electric/ Emeore.

Сфери застосування

Вперше кольорові світлодіоди почали використовувати у вантажівках для верхніх сигналів “стоп”. Потім вони з’явились у сигналізаторах керування дорожнім рухом, в системах позначення виходів, аварійного освітлення , для індивіду ального освітлення пасажирських місць в автобусах, літаках тощо. У зовнішньому освітленні світлодіоди використовують як декоративні й акцентувальні джерела світла. Вони надійно працюють у складних кліматичних і погодних умовах. Світильники з діодами встановлюють у землі на стовпчиках або низьких щоглах. Завдяки високій надійності, можливості роботи в умовах низьких температур, над з вичайно низькому споживанню потужності й доброму з ахистові, до мінімуму зведено потребу в консервації та суттєво з нижено вартість їх експл уатації. Ці ж властивості роблять освітлювальні системи на світлодіодах незамі нимими для створення освітлювальних систем архітектурних об’єктів. Світлодіодні системи досить швидко розвиваються і набувають поширення для освітлення приміщень, загального і локального. На світлотех нічних виставках і в каталогах
з’являються перші викінчені зразки відповідної освітлювальної арматури і готових світильників.