Детские болезни светодиодного освещения

После вала оптимистичных прогнозов о скором вытеснении светодиодами ламп накаливания, наступило затишье. Первые образцы светодиодных ламп вызвали не восторг, а скорее недоумение. Неужели эти жалкие, слепящие глаза источники света призваны заменить привычные лампочки с нитью накала?

Попробуем ответить на этот, и несколько других вопросов. Появление в 1998 году синих светодиодов открыло путь к созданию твердотельных источников белого света. После этого сфера применения светодиодов стала стремительно расширяться: от традиционной подсветки приборных панелей до замены люминесцентных ламп в телевизорах и мониторах с жидкокристаллическими панелями.

Но впечатляющий прогресс полупроводниковых источников не коснулся бытового освещения. По одной из версий, светодиодные лампы слишком дороги, поэтому не пользуются популярностью у покупателей. Постараемся разобраться, только ли эта причина тормозит спрос на новейшие источники света.

Разнообразие конструкций светодиодных ламп отражает не популярность источника в бытовых применениях, а, скорее, попытки преодолеть трудности, с которыми столкнулась светотехника на пути внедрения твердотельных источников света.

Эти трудности связаны с особенностями светодиодов: они являются «истинно» точечными источниками и излучают свет в узком телесном (пространственном) угле с яркостью, сравнимой с дугой сварочного аппарата.

До этого мы имели дело с лампами, которые светят в широком телесном угле, близком к 360 градусам. В светильниках, за счет различных ухищрений, световой поток ламп перераспределяется в нужном направлении, при этом теряется 20-25% света.

Слепящее действие «точечных» нитей накала подавляется применением рассеивателей, которые, в свою очередь, опять «забирают» часть светового потока. Так обстояли дела до появления светодиодов.

Светодиоды имеют излучающую зону полупроводникового перехода действительно точечную, с микронными размерами. После сбора излучения внутренними оптическими элементами, мы получаем непривычную картину яркого, слепящего источника с узкой, подобной лепестку ромашки, диаграммой излучения света. Расширить ее до получения привычного распределения светового потока без серьезных его потерь пока не удается.

Еще одной проблемой светодиодов, особенно мощных, является деградация излучающего кристалла при повышении температуры. Читая о фантастических сроках службы светодиодных ламп, удивляешься лукавству продавцов. Они указывают значения, которые получены при испытании светодиодов в лабораториях производителя, при фиксированной температуре кристалла.

В этих условиях срок службы действительно составляет до 100 тыс. часов и более. Вообще, если бы удалось поддерживать температуру полупроводникового перехода при минусовых температурах, то светодиоды работали “вечно”.

На практике в мощных диодах температура перехода может достигать 100-120 градусов, при этом легирующие добавки за счет диффузии “уходят” из зоны перехода и световой поток, а значит, эффективность резко падают.

Мощные светодиоды, имеющие токи свыше 100 мА, требуют специальных устройств питания, которые «жестко» поддерживают номинальное значение тока через диод. Отклонение рабочего тока в любую сторону резко уменьшают эффективность светодиода, причем превышение чревато выходом из строя излучающего кристалла.

Теперь о сроке службы. Для ламп с групповым, последовательным включением диодов надежность падает пропорционально числу диодов. При нескольких десятках элементов ожидать срок службы более 5-10 тыс. часов не приходится.

Мощные светодиоды служат дольше, до 50 тыс. часов. Но они требуют применения специального блока питания: одно или многоканального драйвера (преобразователя переменного тока в постоянный ток со стабилизацией). Необходим и громоздкий радиатор для отвода тепла. Поэтому такие лампы значительно дороже.

Что же мы имеем на практике? Непривычный свет, неравномерное освещение помещения с яркими пятнами в одном месте и тенями в другом – это самые безобидные последствия замены традиционных ламп на светодиодные. Сразу становится очевидным, что мощности твердотельных источников для получения привычной освещенности не хватает. Нужны более мощные светодиодные лампы. Но и они будут смотреться инородными чужаками, создавая ту же самую неравномерность освещения.

Есть ли выход из подобной тупиковой ситуации? Разумеется, есть! Для этого конечному потребителю должна предлагаться не отдельная лампа, а комплект светильник – лампа, в котором светотехнические параметры новых источников света оптимизированы под привычную световую среду помещений. Можно уже сегодня предложить несколько решений.

Первое из них – это использование световодов. Популярные некогда системы освещения, они в последние годы практически не применяются в силу сложности фокусировки и ввода света в системы. Но светодиоды идеально подходят для подобных систем распределенного освещения. Введенный с торцов узкий световой поток рассеивается по длине световода, обеспечивая мягкое равномерное освещение помещения. При этом слепящее действие светодиодов полностью устраняется.

Современные материалы, используемые для ленточных (линейных) систем декоративного светодиодного освещения типа дюралайт, вполне могут стать основой для светильников необычной формы с приемлемой мощностью.

Обычный диск из подходящего полимерного материала, с размещенными по ободу современными светодиодами (аналог подсветки жидкокристаллических матриц), выглядит гораздо привлекательней, чем светодиодные лампы в традиционных люстрах.

Ситуация со светодиодными лампами и их применением сейчас настолько сложна, что из ведущих светотехнических фирм только Philips рискнул выпустить в широкую продажу несколько своих моделей ламп. Остальные «гранды» светотехники или выжидают, или без лишнего шума разрабатывают источники, которые действительно смогут найти широкое применение в быту.

Пока же рынок захвачен множеством китайских фирм, которые продают множество ламп небольшой мощности, перекладывая проблему их адаптации к условиям домашнего освещения на покупателей. Для тех, кто уже сегодня хочет перейти от слов к делу и на практике убедиться в реальности перечисленных выше проблем, можно рекомендовать параметры нескольких моделей ламп, доступных на рынке.

Из моделей ламп с групповым соединением светодиодов подойдут лампы конструкции «кукурузный початок», которые имеют круговую диаграмму излучения света. Например, модель Maxsus A60 мощностью 12 Вт, световым потоком 1100 люмен и ценой около 20 долларов за лампу. Из более известных производителей подойдет изделие фирмы Philips мощностью 10,5 Вт, 900 люмен по цене 50 долларов. Для комплектации 3-х рожковой люстры затраты составят от 50 до 150 долларов.

Но и в этом случае нужно быть готовым к тому, что освещенность вашей комнаты будет недостаточна. Дело в том, что мы опустили еще одну неприятную особенность светодиодного освещения – физиологическое восприятие света от подобных источников. Поэтому необходима освещенность на 25-30% выше, чем при применении ламп накаливания.

Значительный успех в разработке и производстве светодиодов и светодиодных модулей мощностью вплоть до 100 Вт неизбежно приведет к появлению осветительных систем, удобных для использования в быту. Пока же светодиодных ламп, пригодных для домашнего освещения, к сожалению, нет.

22.04.2013

Другие статьи про светодиодное освещение:

Параметры светодиодных источников света, характеристики светодиодных ламп

Как выбрать светодиодную лампу

Применение светодиодных лент

Отличие светодиодных ламп от компактных люминесцентных