Применение светодиодов является одним из самых перспективных направлений в освещении. Разработками этого направления в рамках госпрограмм занимаются в Соединенных Штатах, Китае, Японии, Корее, Австралии, на Тайване.
Согласно расчету аналитиков, рынок диодных источников света увеличивается в среднем на 52% в год и к 2010 году составит 875 млн долларов.
Белый и цветной
Светодиод – это полупроводниковый прибор, генерирующий (при прохождении через него электрического тока) оптическое излучение, которое в видимой области воспринимается как одноцветное (монохромное). Цвет излучения определяется как используемыми полупроводниковыми материалами, так и легирующими примесями.
В последнее время получили широкое распространение «белые светодиоды». Белый светодиод, на самом деле, своеобразный гибрид светодиода и люминесцентной лампы. Это монохроматический синий диод, покрытый слоем люминофора, который излучает цвет в широкой области спектра – от зеленого до красного. При смешении с собственным излучением светодиода получается свет, который человеческим глазом воспринимается как весьма близкий к дневному свету, иногда с небольшим смещением в сторону холодных тонов.

К 2012 году «белые светодиоды» могут занять до четверти рынка искусственного освещения в мире. При этом переход на светодиоды может уменьшить потребление электричества на 10%.
Альтернатива белым светодиодам – полноцветные системы, основанные на смешении цветов. Управляя светильником с тремя светодиодными каналами – красным, зеленым, синим, – можно получить любой из 16 млн цветов, включая белый. Светодиодные цветодинамические системы, легко программируемые с пульта или с персонального компьютера, применяются в архитектурном и ландшафтном освещении.

Оборотная сторона
Современные светоизлучающие диоды отличаются высокими техническими характеристиками яркости (тысячи кандел на кв. метр) и эффективности преобразования электрической энергии в световую. А также значительным внешним квантовым выходом излучения (до 45% в инфракрасном диапазоне); быстродействием (до единиц наносекунд); надежностью и большим сроком службы (до сотен тыс. часов). Поэтому они имеют обширные и многообразные области применения.
За последние годы эффективность светодиодов существенно возросла. Сейчас она достигает в зависимости от цвета 30 лм/Вт и более (для сравнения, лучшая светоотдача у ламп может достигать 200 лм/Вт). В среднем светодиод потребляет ток 15–20 мА при рабочем напряжении 1,7–4,6 В. Цветопередача находится в районе Ra>80.
Сверхминиатюрность и встроенное светораспределение определяют другие, не менее важные достоинства. На основе светодиодов производятся компактные и удобные в установке световые приборы.
Получили распространение светодиодные модули при устройстве световой рекламы, оформлении интерьеров, создании декоративных и встроенных светильников, наружного освещения.

– Использование светодиодов – одно из перспективных направлений в светотехнике, – уверен представитель «ОСРАМ» в Санкт-Петербурге Роман Бабыкин.

Однако, по оценке специалистов ООО «Колайн», несмотря на плюсы светодиодов, до сих пор процент перехода на новые источники света в России невелик и составляет менее 10%.
Основная причина этого – слишком высокая цена. Отношение доллар/люмен для обычной лампы накаливания – приблизительно 0,001. А сверхъяркие светодиоды в настоящее время могут достигать лишь отношения 0,1–0,05 доллара за люмен.
Кроме того, световой поток, который испускает обычный 5-миллиметровый светодиод, работающий на 20 мА, всего 1–3 люмена. Существует много вариантов использования ламп накаливания или «галогенок», для которых необходимо несколько сотен или даже тысяч люменов. Для этого требуются десятки или сотни мощных светодиодов, а общий размер светильника был бы слишком велик, чтобы вписаться в систему.
Еще одна причина малого использования светодиодов – сомнения в их качестве. В то время как лампы накаливания имеют срок службы около 1 тыс. часов, производители сверхъярких светодиодов декларируют 100 тыс. часов, то есть более 11 лет непрерывной работы. На самом деле это число вводит потребителя в заблуждение: как и у всех других источников света, параметры светодиодов ухудшаются с течением времени, и эта деградация связана с такими факторами, как величина прямого тока, теплоотвод, тип и качество используемых чипов. На сегодня нет стандарта, определяющего срок службы для светодиодов, хотя существуют предложения считать таковым сроком время, в течение которого световой поток уменьшается до некоторого значения (до 70% или 50%) от начальной величины.

Однако в дальнейшем специалисты прогнозируют рост спроса на светодиодную продукцию.
По данным ledz.org, основной сегмент рынка светодиодов используется в мобильной технике, примерно поровну (15 и 14% соответственно) приходится на дисплеи и вывески и использование в автопроме. Светотехника занимает весьма скромный сегмент рынка, но это наиболее динамично развивающаяся область применения светодиодов.
Предполагается, что развитие потребностей в использовании энергосберегающих технологий освещения увеличит светодиодный рынок до 9 млрд долларов в 2011 году.
На российском рынке представлена осветительная техника на основе светодиодов как зарубежных компаний (Cree, Osram, General Electric, Phillips EVB Electronic и др.), так и отечественных («Светлана-Оптоэлектроника», «Кавер Лайт»).

Освещение будущего
– Недостаточное применение светодиодов в освещении – проблема глобальная, имеющая научное обоснование; ее решение будет иметь не только экономические, но и социальные последствия, – рассказал доктор физико-математических наук, профессор МГУ Александр Юнович в своем докладе на конференции LED Forum. – Часть электрической энергии, расходуемой на освещение, составляет в мире около 21% от общего количества потребляемой электроэнергии.
Новые источники света – светодиоды – позволят сэкономить электроэнергию, оцениваемую миллиардами долларов, и решить часть экологических проблем, связанных с глобальным потеплением.

Крупные капиталовложения в фундаментальные научные исследования светодиодных наноструктур были сделаны в США, Японии, Европе. В конце 90-х годов эти вложения начали окупаться – была создана светодиодная промышленность, выпускающая миллионы светодиодов. С началом промышленного производства последовательно встали вопросы совершенствования светодиодных разработок.
Исследования коснулись и внутреннего квантового выхода излучения в активном слое, и методов вывода излучения из кристалла. Решались и продолжают решаться задачи увеличения тока через один диод и уменьшения нагрева диодов, чтобы получить от одной светодиодной лампочки возможно больший световой поток. Рекордные значения коэффициента полезного действия – преобразования электрической энергии в световую энергию – достигли в лабораториях 60%.

Еще одна задача, стоящая перед учеными и инженерами, – получить при помощи светодиодов белый свет, воспринимаемый человеческим глазом. Восприятие света человеческим зрением характеризуется световой отдачей, измеряемой в люменах (единицах светового потока) на ватт электрической мощности.
Лампы накаливания имеют световую отдачу около 18 лм/Вт. Светодиоды белого свечения в промышленности достигли сейчас значений порядка 80 лм/Вт, т. е. уровня экономичных люминесцентных ламп. В лабораториях получены значения световой отдачи до 150 лм/Вт. И когда эти значения будут достигнуты в массовом производстве, белые светодиоды вытеснят обычные лампы.

– Почти 70 лет отрабатывались люминесцентные лампы для того, чтобы их можно было широко применять, тем не менее до сих пор большинство предпочитает дома использовать лампы накаливания, – напоминает Александр Юнович. – Как будет со светодиодами? Они имеют колоссальные возможности, но для массового их применения необходимы научные исследования и новые технологические разработки.

Настоящие светотехнические устройства на основе светодиодов не будут похожи на наши лампы накаливания. Не обязательно ввинчивать светодиодную лампу в тот же цоколь, что и лампы накаливания, должны быть принципиально другие светотехнические устройства: и потолочные осветители, и настольные лампы, и внешние фонари.

– Но в целом реальные достижения в области светодиодов опережают прогнозы на 5–6 лет, что добавляет уверенности в их успехе, – отмечает профессор МГУ. – Компании, вложившие несколько лет назад большие средства в научные исследования, сейчас начинают получать прибыли от массового производства светодиодов. Когда общее освещение перейдет на светодиоды, эти прибыли увеличатся в сотни раз.
Вложенный в 2002–2007 годах в производство светодиодов капитал принесет ожидаемый результат в 2011–2012 годах.

Однако не все специалисты уверены в активном развитии рынка светодиодов.
– Сомневаюсь, что это направление будет столь активно развиваться, как прогнозируют ученые, – говорит генеральный директор ООО «Энергосберегающие технологии» Алексей Лебедев. – Для этого просто не хватает производственных мощностей. По крайней мере, российская промышленность пока что не готова к тому, чтобы обеспечить рынок светодиодной продукцией.

По мнению же Александра Юновича, для развития производства светодиодов и создания светодиодного освещения недостаточно усилий отдельных фирм, необходима координация усилий и связей между различными институтами и компаниями, необходима государственная поддержка, которая осуществляется в Соединенных Штатах, Китае, Японии, Корее, Австралии, на Тайване.
– Для успешной реализации заложенного в светодиодах потенциала необходимо создание государственной программы научных исследований, технических и технологических разработок светотехнических устройств и продвижения их на рынок. В России есть все возможности, чтобы создать и провести в жизнь программу светодиодного освещения, но без федеральных вложений и без государственного организационного участия в этой программе она не будет эффективна, – убежден Александр Юнович.

вернуться на страницу "статьи"