Да будет свет

Технология светодиодного освещения сегодня является одним из наиболее перспективных и популярных видов освещения. Рынок светотехники это направление захватывает стремительно – сегодня его распространенность достигает около 20% и растет буквально с каждым годом

Светодиодные лампы- это современная альтернатива традиционной лампе накаливания.

Светодиодные энергосберегающие лампы предназначены для использования, как на улице, так и внутри помещения, сочетают в себе традиционное исполнение (цоколь Е-27, Е-14, MR-16, GU-10) и высокую надежность, отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения вредного для здоровья, высокую насыщенность и чистоту цвета.

Светоизлучающий диод. Принцип работы

Светодиод или светоизлучающий диод(СД, СИД, LED англ. Light-emittingdiode) — полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока.

Излучаемый свет лежит в узком диапазоне спектра, его цветовые характеристики зависят от химического состава, использованного в нем полупроводника.

Считается, что первый светодиод, излучающий свет в видимом диапазоне спектра, был изготовлен в 1962 году в Университете Иллинойса группой, которой руководил Ник Холоньяк.

Как и в любом полупроводниковом диоде, в светодиоде имеется p-n переход. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой).

Не всякие полупроводниковые материалы эффективно испускают свет при рекомбинации. Лучшие излучатели относятся к прямозонным полупроводникам (то есть таким, в которых разрешены прямые оптические переходы зона-зона), типа AIIIBV(например, GaAsили InP) и AIIBVI(например, ZnSe или CdTe).

Варьируя состав полупроводников, можно создавать светодиоды для всевозможных длин волн ультрафиолета (GaN) до среднего инфракрасного диапазона (PbS). Диоды, сделанные из непрямозонных полупроводников (например, кремния, германия или карбида кремния), свет практически не излучают.

Впрочем, в связи с развитием кремниевой технологии, активно ведутся работы по созданию светодиодов на основе кремния. В последнее время большие надежды связываются с технологией квантовых точек и фотонных кристаллов.

Конструкция светодиодных ламп

Перейдем к описанию конструкции бытовой светодиодной лампы традиционной формы "груша" (Тип А) со стандартным резьбовым цоколем E27. Ее элементы Вы можете видеть на рисунке слева, а справа от рисунка располагается описание элементов лампы. Светодиодные лампы других форм и размеров при своей внешней непохожести будут иметь практический такой же элементный состав.

1. Рассеиватель - чаще всего представляет собой полусферу, предназначенную для увеличения угла и равномерности рассеивания направленного пучка света от светодиодов. В отличие от ламп накаливания, данная часть светодиодной лампочки практически не нагревается. Производители используют достаточно прочные материалы рассеивателей: различные сорта прозрачного и полупрозрачного пластика, матированный поликарбонат и др. Именно по этой причине светодиодные лампы, по сравнению с люминесцентными и лампами накаливания, гораздо менее хрупкие и лекго выдерживают падение с небольшой высоты.

2. Светодиодные чипы - важнейшая составляющая часть светодиодной лампы. Количество чипов может быть от одного до нескольких десятков в зависимости от конструкции лампы, ее размеров и расчетной мощности. Именитые производители не экономят на качестве светодиодов, поскольку от них в большей степени зависит долговечность и эксплуатационные характеристики лампы. Достаточно одному из них выйти из строя и лампа перестанет работать. Интересно, но производителей качественных светодиодов в мире совсем не много и этому посвящена отдельная статья.

3. Печатная плата - как правило, выполняется из сплава алюминия и обеспечивает эффективный отвод тепла от чипов к радиатору, что гарантирует оптимальный температурный режим работы чипов.

4. Зона максимальной температуры - располагается под печатной платой со светодиодами. Это конструктивная особенность всех светодиодных ламп: все другие типы ламп излучают тепло внешней светящейся поверхностью, а в светодиодной лампе нагрев распространяется внутрь лампы и именно поэтому ей нужен эффективный теплоотводящий элемент - радиатор.

5. Радиатор - служит для отвода тепла от платы, на которой установлены светодиоды. Радиаторы светодиодных ламп чаще всего производятся из алюминия или его анодированных сплавов и состоят из большого количества пластинок для увеличения теплоотводящей площади. 

6. Конденсатор - является важной частью драйвера (см. ниже) и предназначен для сглаживания пульсаций выходного напряжения.

7. Драйвер - электротехническое устройство внутри каждой светодиодной лампы служит для преобразования переменного тока в постоянный. Миниатюрная печатная плата содержит стабилизатор напряжения и диодный мост. Обеспечивает выпрямление, сглаживание и стабилизацию напряжения необходимого для питания светодиодов.

8. Полимерное основание цокольной части - предназначено для обеспечения защиты корпуса от пробоя электрическим током.

9. Цоколь - чаще всего выполняется из латуни с никелевым покрытием, что обеспечивает надежный контакт с патроном светильника и отсутствие коррозии.

Таблица 1. Сравнительная характеристика ламп.

Преимщества и недостатки

- низкое энергопотребление – в 10 раз ниже, чем у обычной лампы накаливания, и на 20–25% ниже, чем у энергосберегающей люминесцентной лампы;

- лампы на светодиодах не требуют особой системы утилизации, т.к. они, в отличие от люминесцентных ламп, экологически безвредны. Светодиод не представляет вреда для экологии, его размеры относительно малы;

- пожаро- и взрывобезопасность;

- полная цветовая гамма излучения;

- высокий КПД. Современные светодиоды немного уступают по этому параметру только натриевым газоразрядным лампам. Однако натриевые лампы непригодны для освещения жилых помещений из-за низкого качества света;

- высокая механическая прочность, вибростойкость (отсутствие нити накаливания и иных чувствительных составляющих);

- сверхдолгий срок работы – до 100 тыс. ч. Но и он не бесконечен — при длительной работе и/или плохом охлаждении происходит «отравление» кристалла и постепенное падение яркости;

- спектр современных люминофорных диодов аналогичен спектру люминесцентных ламп, которые давно используются в быту. Схожесть спектра обусловлена тем, что в этих светодиодах также используется люминофор, преобразующий ультрафиолетовое или синее излучение в видимое с хорошим спектром;

- малая инерционность;

- малый угол излучения — также может быть как достоинством, так и недостатком;

- безопасность — не требуются высокие напряжения;

- нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако, высокие температуры противопоказаны светодиоду, как и любым полупроводникам.

Недостатки ламп на светодиодах:

- основной недостаток — высокая цена. Отношение цена/люмен у сверхъярких светодиодов в 50 — 100 раз больше, чем у обычной лампы накаливания;

- низкая предельная температура:

мощные осветительные светодиоды требуют внешнего радиатора для охлаждения, потому что имеют неблагоприятное соотношение своих размеров к выделяемой тепловой мощности (они слишком мелкие) и не могут рассеять столько тепла, сколько выделяют (несмотря даже на более высокий КПД, чем у ламп накаливания). Осветительный светодиод мощностью 10 Ватт требует пассивный радиатор размером как у микропроцессора Pentium 4 без вентилятора. Такой большой радиатор не только удорожает конструкцию, но и с трудом может быть вписан в формат бытовых осветительных приборов;

- для питания светодиода от питающей сети необходим низковольтный источник питания постоянного тока, тоже с радиатором, что дополнительно увеличивает объём светильника, а его наличие дополнительно снижает общую надёжность и требует дополнительной защиты. Поэтому многие разработчики ограничиваются выпрямителем, а светодиоды включают последовательно;

- высокий коэффициент пульсаций светового потока при питании напрямую от сети промышленной частоты без сглаживающего конденсатора, при его наличии пульсации малы;

- дешёвые массовые LED имеют светоотдачу 60-100 лм/Вт;

- спектр отличается от солнечного.

Область применения

Сейчас в РФ «освещено» около 60 самолетов типа Ту-134 и Ту-154, а также несколько десятков вертолетов фирмы ОАО «Камов».
Совместно с флотом оснащаются подводные и надводные корабли аналогичными светодиодными светильниками. Кроме этого, разрабатываются приборы для освещения космических кораблей и МКС.

Также разрабатываются различные осветительные приборы: для нумерации домов и улиц, заградительных огней, рекламных щитов, светофоров и табло обратного отсчета времени, освещения лифтов и подъездов домов.

Сейчас ведется работа для создания серии осветительных приборов, необходимых для жилищно-коммунального хозяйства, ТЭКа, транспорта и связи.

В плане уличного освещения ученые ориентируются на создание небольших тротуарных или парковых светильников, при этом разрабатывается светильник с энергопитанием от солнечных батарей. Другими словами, батарея, находящаяся над светодиодным светильником, вырабатывает энергию, которая накапливается в аккумуляторе, а ночью используется для освещения. Ввиду того, что энергопотребление у светодиодов низкое (5–10 Вт), солнечные батареи вполне могут обеспечивать данный светильник.

Светодиодное освещение применяется в светотехнике для создания дизайнерского освещения в специальных современных дизайн - проектах. Надёжность светодиодных источников света позволяет использовать их в труднодоступных для частой замены местах (встроенное потолочное освещение, внутри натяжных потолков и т. д.).

Декоративная светодиодная подсветка в основном применяется для праздничной иллюминации. Для чего используется новогоднее украшение - светодиодная гирлянда. В период праздников, (в большей степени новогодних) их можно увидеть на улицах городов, они украшают деревья, фасады зданий и другие уличные объекты.

LED технологии создают свет будущего, где меньше напряжения на проводку, экономия электричества, безопасность и качество

.