Автор:
А. С. Коблик, Л. В. Чайка
Коблик А. С., Чайка Л. В. Анализ преимуществ светодиодов и спектр их применения. В данной работе анализируется эффективность применения све-тодиодов и их использование в различных отраслях народного хозяйства. Выполнена сравнительная характеристика осветительных систем на их основе по сравнению с традиционными источниками света.
Первые светодиоды (СД) были разработаны в начале 70–х годов ХХ столетия в Соединенных штатах Америки на основе твердых растворов галлия арсенид-фосфида и на основе кремний карбида – в Советском Союзе. В связи с тем, что их световой поток составлял 0,001–0,1 лм, область применения ограничивалась использованием в качестве индикаторов вплоть до 1985 года [1]. К этому моменту световой поток удалось повысить до 1–100 лм и СД стали использоваться в виде элементов освещения, например, как лампы в автомобилях [2]. В 1990 году эффективность полупроводниковых ламп (ППЛ) достигла 10 лм/Вт, что позволило им стать адекватной заменой ламп накаливания (ЛН).
В настоящее время светодиодные
технологии уверенно завоевы-вают рынок освещения, а приобретенные
свойства выводят их в лидеры среди других источников света. Для этого
необходимо было научиться изготавливать белые
СД и увеличить яркость, а точнее светоотдачу: отношение светового
потока к потребляемой энергии. Восемь градаций оттенков белого света
позволяют легко подобрать светильники необходимой цветовой температуры
в пределах 3000–10000 К [3].
В общем случае преимущества полупроводниковых источников света зависят от конкретных целей использования. Так, в аварийном освещении они вытесняют компактные люминесцентные лампы (ЛЛ), хотя по светоотдаче оба источника практически эквивалентны. Вместе с тем, благодаря низкому питающему напряжению светодиодных ламп, КПД преобразования при питании от аккумуляторной батарее оказывается значительно выше, что увеличивает время непрерывной работы или уменьшает размеры и стоимость батареи.
Если, например, сравнить стоимость и эффективность (лм/Вт) ламп накаливания и полупроводниковых, то при очень высокой стоимости последних их эффективность приблизительно больше в 3 раза, но по сроку службы одна полупроводниковая способна заменить 100 ламп накаливания, окупая тем самым высокую начальную стоимость.
Достаточно веским фактором преимуществ СД является чистый белый свет. В то время как при работе ЛН 95 % потребляемого электричества уходит на тепло, для ППЛ характерно отсутствие нагревания и, как следствие, не требуется дополнительных расходов по монтированию установок для кондиционирования и охлаждения воздуха. К тому же ЛН потребляют на 80 % больше электроэнергии и для них необходимо более высокое напряжение, а ежегодная потребность в этих источниках освещения достигает 8 млн. штук, т. е. в среднем, по 6 ламп на 1 потребителя [3]. В таблице 1 приведены основные параметры различных источников света.
Таблица 1 — Сравнительная характеристика параметров различных источников света
| Тип лампы | Световая отдача источника, лм/Вт | Световая отдача изделия, лм/Вт | Ресурс, час |
| Накаливания | 8-13 | 6-10 | 1000 |
| Галогеновые | 16-37 | 12-20 | 6000-15000 |
| Компактные люминесцентные | 50-70 | 35-50 | 6000-15000 |
| Металлогалогеновые | 60-100 | меньше 40 | 6000-10000 |
| Люминесцентные | 60-100 | 55-70 | 15000-32000 |
| Натриевые высокого давления | 90-130 | меньше 50 | 15000-32000 |
| Светодиодные | 100-110 | 90-100 | более 50000 |
Анализ данных таблицы показывает, что при явном преимуществе всех характеристик полупроводниковых СД, главным недостатком, как указывалось выше, является их стоимость.
Обычно рассматриваются две группы светодиодов: неорганические и органические, различающиеся технологическим процессом изготовления, потребительскими свойствами и сегментами применения [4].
Более взрослыми
являются неорганические светодиоды (НСД),
которые характеризуются высокой механической прочностью, малыми
размерами, значительной энергоэффективностью и высокой скоростью
переключения. Традиционно они используются для освещения и подсветки,
индикации информации, форсирования изображения типа бегущая
строка
и экранов больших размеров.
Органические светодиоды (ОСД) относятся к группе перспектив-ных разработок, поскольку их применение в отдельных областях планируется освоить в ближайшие 15 лет. В настоящее время ОСД широко применяются в сегменте дисплеев и телевизоров. Наличие таких недостатков, как сравнительно небольшой срок службы, сложность получения светодиодного белого света и высокая стоимость, не позволяют запустить их серийное производство.
В основном, СД сегодня используются в производстве мобильных устройств (40 %), но в среднесрочной перспективе данный сегмент будет расширяться за счет других моделей – смартфонов, МРЗ–плееров, портативных компьютеров, цифровых камер, GPS-навигаторов.
Кроме этого, во всех устройствах, требующих передачи информации знаками определенного цвета, цветовые характеристики СД таковы, что не требуют цветных светофильтров, они лучше различимы глазом, поскольку близки к монохроматическим источникам света.
Таким образом, выполнив сравнительный анализ преимуществ и недостатков полупроводниковых источников света, можно сделать вывод о том, наряду с указанными выше достоинствами, необходимо указать их незаменимость в условиях высокого быстродействия, а сверхминиатюрность и встроенное светораспределение позволяют на основе СД изготавливать компактные и удобные в установке световые приборы. Кроме этого, всем потребителям следует не забывать об экологичности и отсутствии электромагнитных излучений и помех в таких источниках света.