Аудио- и видеоаппаратура, переносные и стационарные компьютеры, мобильные телефоны, измерительные и различные электронные приборы используют специфические источники света — светодиоды (LED). Несмотря на их слабый свет, многие не представляют, откуда оно исходит. Светодиоды LED еще недавно не считали полноправным членом совокупности источников света. Незначительный световой поток, ограниченное количество цветов существенно сужали сферы использования светодиодов для освещения. Но в последнее время конструкция и технология изготовления этих приборов настолько усовершенствовались, что их можно рассматривать как новый вид источников света с высокой светоотдачей. Решены проблемы получения любого цвета излучения. Итак, светодиоды начинают использоваться как эффективное средство освещения.
Полупроводниковые источники света
Почти треть мирового производства электроэнергии используется источниками света. Интенсивный поиск более совершенных и дешевых способов генерирования видимого излучения привело к тому, что светодиоды, которые использовались в основном для световой сигнализации в течение нескольких последних лет, стали самым прогрессирующим источником света. Прогнозируют, что в ближайшем будущем использование полупроводниковых источников света приведет революцию в осветительной технике, особенно в сфере осветительной арматуры, где диоды LED заменят лампы накаливания, люминесцентные и газоразрядные. В противовес существующим лампам, которые работают на переменном токе, светодиоды работают на постоянном токе низкого напряжения и используют процессы, позволяющие генерировать световой поток, употребляя значительно меньшее количество электроэнергии. Светодиоды станут первыми действительно энергосберегающими источниками света. Поэтому, например, считают, что в США замена лампочек в уличной сигнализации светодиодами позволит экономить 2,5 биллиона кВт • ч в год.
Полупроводниковые источники света имеют много существенных преимуществ, а именно:
- относительно большую светоотдачу;
- очень длительное время работы (от 5000 до 100000 ч)
- исключительно малую аварийность благодаря высокой устойчивости к ударам и вибрациям;
- различные цвета света, что исключает необходимость в использовании фильтров;
- высокий показатель цветопередачи при использовании диодов белого света;
- малые размеры и вес, что облегчает конструкцию арматуры;
- моментальное свечение после подачи напряжения, что позволяет зажигать их и тушить практически с неограниченной частотой;
- отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения в спектре;
- низкое напряжение питания повышает безопасность;
- отсутствие ртути, вредной для окружающей среды.
Коэффициент видатности первых светодиодов достигал 10%. Сейчас он находится на уровне 20%, а в ближайшее время достигнет ЗО%. Сравним это с КВ лампочек — 4% или люминесцентных ламп — 20%. Светодиоды — это полупроводниковые приборы, в которых электроэнергия непосредственно преобразуется в видимое излучение. Уже сейчас светоотдача белых светодиодов достигает 17 и даже ЗО лм / Вт. Прогнозируют, что в течение м ближайших десяти лет светоотдача этих приборов достигнет значений, присущих современным газоразрядным лампам высокого давления.
Высокая устойчивость
Эксплуатация традиционных источников света завершается внезапным неотвратимым згасненням. Зато светодиоды уменьшают интенсивность излучения постепенно. Их срок службы, в зависимости от установленного уровня освещения, может же достигать 50000 или 100000 ч. Средние и срок их эксплуатации в несколько десятков раз более длительный, чем ламп накаливания. Проблемой для конструкторов осветительных систем и со светодиодами является увеличение срока службы других элементов системы. Экстремально высокая «живучесть» светодиодов LED создает еще дополнительные аспекты. Угасание отдельных ламп и образования темных пятен во осветительных системах может превратиться я на проблему. Это касается прежде всего декоративного архитектурного освещения. Такое явление требует немедленного вмешательства. Постепенное уменьшение яркости светодиодов дает возможность в случае необходимости отодвинуть вмешательства в благоприятного момента.
Устойчивость и колористика
Полупроводниковые осветительные системы являются очень устойчивыми к механическим воздействиям и вибрациям благодаря отсутствию стеклянных деталей и колбочек. Новейшие достижения в конструкции и технологиях дают возможность получать все цвета видимого спектра. Современные диоды излучают нужные цвета с одной сложившейся структуры и не требуют смешивания разных цветов.
Распределение света
Светораспределение диодов LED зависит от строения диодной излучающей матрицы, которую можно формировать также по направлению к мощью арматуры. Арматура ухудшает условия работы полупроводникового перехода, может в определенной степени влиять на стабильность параметров, но в то же время позволяет форму ваты фото метрический тело светильника.
Простота контроля и управления
Полупроводниковые осветительные системы — это в принципе цифровые системы, которые можно легко интегрировать в Компьютерная система управления. Кроме того, их светом можно легко управлять. Изменение тока диода меняет значение его светового потока, а светоотдача остается постоянной. Стабилизация температуры диода гарантирует стабильность цвета излучения в условиях регулирования.
Проблемы, которые необходимо решить
Светодиоды LED имеют малую поверхность, значит, есть сосредоточенным источником света, как и галогенные лампы. Их использование, особенно в помещениях, создает небе с пека ослепления от слишком яркого света и как следствие — ухудшение условий видимости. Поэтому в конструкции осветительной арматуры и к проектированию осветительной уставы предъявляются особые требования.
Белые светодиоды
Долгое время главным препятствием широком по применению светодиодов было отсутствие технологии изготовления диодов, которые излучали высококачественное белый свет.
Первые светодиоды LED излучали почти монохроматический свет с линейным спектром. Единственным способом получения белого света было объединение трех диодов со светом красного, зеленого и голубого цветов в одном светильнике. Однако объединение структур с такими цветами в диодные матрицы не обеспечивает удовлетворительных результатов, особенно в отношении стабильности и повторювальности параметров. Современная технология позволяет изготавливать белые диоды LED в форме одной структуры. Белые светодиоды получают из голубых, добавляя фосфор. Их излучение характеризуеться цветовой температурой 4000 К, а показатель цветопередачи равен 75.
К сожалению, такие диоды имеют невысокую стабильность, и после определенного времени отдельные экземпляры неодинаково меняют цвет излучения. Новое поколение светодиодов генерирует ультрафиолетовое излучение, которое затем люминофором превращается в видимый свет.
Инновации
Ведущие фирмы, используя богатый накопленный опыт, изготавливают на полупроводников источника света в виде модулей LED, которые имеют форму линеек, кружочков или пластинок. Модули мощностью 5 Вт состоят из четырех диодов. Они генерируют световой поток 120 лм, а показатель воспроизводства
цветов достигает 80. На таких модулях установлены специальные оптические сегменты, ограничивающие угол излучения до 20 ° для цветных диодов и 25 ° — для белых. После 100000 ч работы световой поток приходит до 20% первоначального значения.
Производители
На начальном этапе развития светодиодов главные роли играли производители полупроводников. Но только передовые производитель и источников света поняли возможности, которые дает новый способ генерирования видимого излучения — они сразу активно включились в исследовательскую работу в этом направлении. В настоящее время на светотехническими системами с использованием светодиодов работают такие фирмы: LUMILEDDS — совместное предприятие Philips / Agilent Technologies, OSRAM Opto Semiconductors, General Electric / Emeore.
Сферы применения
Впервые цветные светодиоды начали использовать в грузовиках для верхних сигналов «стоп». Затем они появились в сигнализаторах управления дорожным движением, в системах обозначения выходов, аварийного освещения, для индивидуального освещения пассажирских мест в автобусах, самолетах и т. Во внешнем освещении светодиоды используют как декоративные и акцентувальни источника света. Они надежно работают в сложных климатических и погодных условиях. Светильники с диодами устанавливают в земле на столбиках или низких мачтах. Благодаря высокой надежности, возможности работы в условиях низких температур, очень низкому потреблению мощности и хорошему защите до минимума сведено потребность в консервации и существенно с нижено стоимость их эксплуатации. Эти же свойства делают осветительные системы на светодиодах незаменимыми для создания осветительных систем архитектурных объектов. Светодиодные системы достаточно быстро развиваются и получают распространение для освещения помещений, общего и локального. На светотехнических выставках и в каталогах появляются первые законченные образцы соответствующей осветительной арматуры и готовых светильников.