От красных контрольных ламп до сложных технологий освещения – светоизлучающие диоды претерпели быстрое развитие и распространение за короткий промежуток времени. Маленькие светодиодные кристаллы в форме точек теперь доступны в широком разнообразии форм и цветов. Благодаря многочисленным преимуществам, среди которых, в частности, достижимая высокая светоотдача при низком потреблении энергии, светоизлучающие диоды завоевывают все области светотехники. В результате прежние источники света все чаще заменяются на светодиоды.
В светодиодах свет производится путем электролюминесценции неорганических полупроводниковых кристаллов. При подаче электрического напряжения они возбуждаются и испускают электромагнитное излучение, например, в виде света. С электрической точки зрения светодиод представляет собой pn-переход, то есть диод, работающий в прямом направлении. При переходе электронов образуется видимый свет в диапазоне длин волн от 400 нм до 780 нм. Цвет света зависит от легирования pn-перехода другими элементами.
Светодиодный кристалл обычно имеет площадь менее 2x2 мм и впаивается в углубление на металлической несущей пластине, которая также является катодом. Тонкая соединительная проволока (часто из золота) на поверхности кристалла обеспечивает анодное соединение. Несущая пластина также служит для отвода возникающих тепловых потерь к радиатору. Покрывающая линза фокусирует возникающий свет.
Развитие технологии светодиодного освещения
Быстрый технический прогресс поразителен. После изобретения первого красного светодиода в 60-х годах он первоначально использовался в качестве контрольной лампы в электрических устройствах, а также в приборных панелях или для подсветки дисплеев. Благодаря последующим систематическим исследованиям с использованием улучшенных полупроводниковых материалов, на рынке появились продукты со все более высокой производительностью и эффективностью, вскоре также зеленые, оранжевые и желтые. Белые светодиоды являются самыми сложными в производстве. С середины 90-х годов стало возможным смешивать несколько монохроматических чипов основных цветов красного, зеленого и синего в нужном соотношении или использовать синие светодиоды для возбуждения люминофоров с желто-зеленым спектральным диапазоном. В обоих случаях результатом является белый цвет. С появлением теплых белых светодиодов и увеличением световой отдачи распространение светодиодов в качестве общего освещения также быстро растет. За последние годы светоотдача значительно возросла.
Использование светодиодов
Маленькие светодиодные кристаллы могут быть собраны в самые разные формы и цвета, образуя плоские модули или ленты. Они позволяют производить лампы, светильники, дисплейные панели и движущиеся экраны в закрытых и открытых помещениях, что ранее было немыслимо. Крупнейшие производители источников света выпустили продукцию, которую можно вкрутить в существующие цоколи для прямой замены ламп накаливания. Например, диммируемая 12-ваттная светодиодная лампа накаливания с яркостью более 800 люмен и теплым белым светом может заменить 60-ваттную лампу накаливания. В случае так называемых ретрофитных светодиодных ламп существуют конструкции, которые едва ли можно отличить от обычной лампы накаливания общего назначения, поскольку прежние нити накала ламп накаливания были воспроизведены цепочками микросветодиодов.
Преимущества и недостатки
Светодиоды предпочтительны благодаря очень низкому энергопотреблению, им требуется примерно на 80 процентов меньше электроэнергии, чем обычным лампам накаливания. Их энергоэффективность и длительный срок службы приводят к высокой экономической эффективности, так что новые установки окупаются через короткое время, несмотря на более высокие затраты на приобретение. В зависимости от типа и условий эксплуатации производители указывают большой срок службы. Это означает, что после всех часов работы лампы по-прежнему излучают не менее 70 процентов остаточного светового потока.
Светодиоды дают свет сразу после включения. Частое включение и выключение не сокращает срок службы. С помощью соответствующей электроники можно непрерывно менять цвет и регулировать яркость света. Это делает их относительно простыми в использовании для таких концепций освещения, как аналог естественного освещения. Кроме того, они практически не излучают ультрафиолетового и инфракрасного излучения и поэтому могут использоваться для освещения чувствительных объектов. Небольшая конструкция и нечувствительность к ударам и вибрациям позволяют не только использовать самые разнообразные варианты размещения светильников, но и создавать новые, например, в текстиле.
При использовании светодиодов низкого качества изготовления цветопередача получается плохой и неестественной. Свет кажется холодным и некомфортным из-за ограниченного частотного спектра. Но неприятный световой эффект далеко не самый большой недостаток светодиодов. Это воздействие на окружающую среду, начиная с загрязняющего окружающую среду производственного процесса.