Главная / О светодиодах

Эволюция светодиодов – от индикаторов до источников света

Ни один из источников освещения не может "похвастаться" такой колоритной историей, широким спектром применения и стремительным развитием технологии  как светодиоды.

Первые светодиоды появились в 1962 году, а в 1968 – первая светодиодная лампочка для индикатора Monsanto и первый дисплей от Hewlett-Packard. Световой поток их был слабым, всего 0,001 лм и цвет - только красный.

К 1976 году были получены оранжевые, желтые и желто-зеленые светодиоды, яркие настолько, что их можно было разглядеть и при солнечном свете. До 1985 года они использовались исключительно в качестве индикаторов, со световым потоком всего лишь 0,1лм на одну точку.  С 1985 года их световой поток увеличился до 1-100 лм, и они уже стали применяться в качестве отдельных световых элементов, таких, например, как лампы в автомобилях. 

В 1990 году светоотдача полупроводников достигла уже 10 лм/Вт, что позволило им стать адекватной заменой лампам накаливания. Получение светодиодов со все большей световой эффективностью становится возможным за счет поиска и использования новых материалов с большей светоотдачей и цветовым спектром. Первым появились светодиоды (GaAlInP) с цветами от красного до желто-зеленого и светоотдачей 20 лм/Вт.

В 1993 году японская корпорация Nichia объявила об открытии высокоэффективного материала голубого цвета – нитрида галлия (GaN). Это означало, что теперь светодиоды освоили практически весь видимый цветовой спектр. Это существенно расширяло области их применения и делало возможным создание белого света путем комбинирования красных, зеленых и голубых светодиодов.

Источники света: сравнительный анализ

Существуют два основных вида электрических источников света – лампы накаливания и газоразрядные лампы, среди которых главное место занимают люминесцентные лампы. В быту традиционно наиболее распространены лампы накаливания в которых свет испускает металлическая проволочка (нить), раскаленная добела проходящим по ней током. В бытовых осветительных приборах применяются лампы накаливания мощностью от 15 до 300 Вт, рассчитанные на напряжение 220 или 127 В. Срок службы ламп накаливания любого назначения около 750 - 1000 часов, при условии, что напряжение в электрической сети не превосходит указанного на лампе (220 или 127 В). Если же напряжение в сети в силу каких-то причин является повышенным или время от времени повышается даже на короткие промежутки времени, лампа может быстро выйти из строя. С учетом этих обстоятельств, промышленность выпускает, наряду с обычными, также лампы, рассчитанные на повышенное напряжение. Его величина тоже указывается на колбе лампы, например, 235—245 В.

Лампа накаливания общего назначения

Типичная бытовая лампа накаливания (общего назначения) состоит из следующих частей): нити накала в виде спирали из вольфрамовой проволочки, стеклянного баллона (который откачивается и заполняется инертным газом) и цоколя, который является объединяющей и силовой деталью лампы и имеет контакты для подключения нити накала к электропитанию.

Достоинства лампы накаливания:

- низкая начальная стоимость лампы и необходимого для нее оборудования
- компактность, благодаря которой она хорошо подходит для регулирования светового потока
- надежная работа при низких температурах и довольно высокий при ее размерах световой выход

К недостаткам же, способным при некоторых обстоятельствах"перевесить" достоинства, относятся:

- низкий световой КПД, только 5% энергии преобразуется в свет, остальные 95% - в тепло
- высокая рабочая температура
- заметные колебания светового выхода при изменениях напряжения питания
- недолговечность

Люминесцентные лампы

применяются для освещения общественных и производственных помещений, таких, как медицинские, образовательные учреждения, вокзалы, учреждения, цеха и т.д.

Люминесцентные лампы состоят из следующих основных деталей: стеклянного баллона, двух цоколей (с выводными контактами) на обоих концах баллона и двух подогревных катодов (электронных эмиттеров) из вольфрамовой нити или стальной трубки. Баллон наполнен парами ртути и инертным газом (аргоном); на внутренние стенки баллона нанесено люминофорное покрытие, преобразующее ультрафиолетовое излучение газового разряда в видимый свет. Лампа действует следующим образом. Электрод на одном из концов лампы испускает электроны, которые с большой скоростью летят вдоль лампы, пока не произойдет столкновение со встретившимся атомом ртути. При этом они выбивают электроны атома на более высокую орбиту. Когда выбитый электрон возвращается на прежнюю орбиту, атом испускает ультрафиолетовое излучение. Последнее, проходя через люминофор, преобразуется в видимый свет.

Достоинства люминесцентных ламп:

- высокая световая отдача (до 80 лм/Вт)
- большая долговечность.

Недостатки люминесцентных ламп:

- относительная громоздкость
- необходимость в специальном пускорегулирующем устройстве (стартере и дросселе)
- чувствительность к температуре окружающего воздуха (при температуре ниже +10°С лампа может не зажечься)
- наличие стробоскопического эффекта; - обязательная утилизация ламп как ртутьсодержащие отходы после использования.

Светодиод (СИД) - это полупроводник. Его принцип работы основан на явлении электролюминесценции-холодного свечения возникающего при протекании тока. Состав материалов, образующих p-n переход определяет тип излучения.

К преимуществам светодиодов можно отнести:

- низкое энергопотребление – не более 10% от потребления при использовании ламп накаливания;
- долгий срок службы – до 80 000 часов;
- высокий ресурс прочности – ударная и вибрационная устойчивость;
- долгий срок службы – до 80 000 часов;
- чистота и разнообразие цветов, направленность излучения;
- регулируемая интенсивность;
- низкое рабочее напряжение;
- экологическая и противопожарная безопасность;

.