Светодиоды

Начиная с 30-х годов прошлого столетия, искусственное освещение является одним из ключевых элементов наружной и интерьерной рекламы. Разнообразие электрифицированных светильников, встречающихся сегодня в оформлении магазинов, развлекательных центров, ресторанов и гостиничных комплексов, да и просто в подстветке, огромно. 

В последние годы все большее распространение получают светодиоды, активно укрепляющие свои позиции на рынке светотехники.

Светодиод (LED - light-emitting diode) - полупроводниковый элемент, который при подаче напряжения в «прямом смещении» («плюс» источника питания подаётся на анод, «минус» - на катод) излучает монохроматический, некогеррентный свет. Цвет свечения зависит от применяемого при производстве светодиода полупроводника (в большей степени - от используемых примесей при их производстве) и сегодня охватывает весь видимый спектр, захватывая инфракрасный, а в последних разработках - даже ультрафиолетовый. Если яркость первых светодиодов позволяла использовать их только в качестве индикаторов, то сегодня уже говорят о светодиодном «законе Мура» - удвоении их яркости каждые 18 месяцев. 

История создания светодиодов уходит в далекие 20-е годы прошлого века, когда наш соотечественник, радиофизик Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиолаборатории проводил опытные исследования электролюминесценции полупроводникового перехода. Выяснилось, что свечение не связано ни с разогревом, ни с электрическими разрядами, оно идет из кристалла и представляет собой «холодный свет»- люминесценцию. Открытие «свечения Лосева» ("Lossev Licht") стало мировой сенсацией. Но свечение было очень слабым и практического значения не имело, тем не менее, оно стало физической базой для создания светодиодов в будущем. 

Первые промышленные образцы светодиодов были созданы только в начале 60-х годов в лабораториях Иллинойского Университета группой, которой руководил Ник Холоньяк. Это были фосфидо-галлиевые светодиоды красного свечения. Их серийный выпуск начался примерно в эти же годы. Позже появились карбидокремниевые диоды со свечением жёлтого цвета. Затем увидели свет зелёный и оранжевый светодиоды. И только в восьмидесятых годах был получен светодиод со свечением синего цвета. Важность последнего события становится очевидной, если вспомнить, как формируется полноцветное изображение на телевидении - триадами красного, зелёного и синего цветов. Смешивая в необходимых пропорциях эти три цвета, можно получить полную цветовую палитру со всеми оттенками - более 16 миллионов цветов для современных светодиодных дисплеев. В период между 1962-м, когда светодиоды были впервые продемонстрированы компанией General Electric, и примерно до 1985-го они излучали слишком мало света и использовались только в качестве сигнальных лампочек в электронных приборах. Появившиеся в начале 1990-х годов яркие светодиоды сделали реальной мечту об их использовании вместо лампочки Эдисона. В настоящее время белые светодиоды, используемые для задач освещения, по объему потребления превысили 50% от общего потребления ярких светодиодов. Кроме того, появилось много новых применений светодиодов, как высокоэффективных источников света: световая реклама, светофоры и активные дорожные знаки, автомобили, подсветка сотовых телефонов, полноцветные светодиодные дисплеи, архитектура и многое другое. С появлением суперъярких светодиодов стало возможным создание гигантских рекламных экранов, подобных тому, что занимает весь фасад 10-этажного торгово-развлекательного комплекса на центральной улице Токио в Японии.

Светодиоды не имеют никаких стеклянных колб и нитей накаливания, что обеспечивает высокую механическую прочность и надежность. Отсутствие разогрева и высоких напряжений гарантирует высокий уровень электро- и пожаробезопасности, а безинерционность делает светодиоды незаменимыми, когда требуется высокое быстродействие. Сверхминиатюрность и встроенное в светодиод светораспределение позволяют создавать плоские, компактные и удобные в установке осветительные приборы. Комбинация современных светодиодных модулей (а в особенности их RGB-разновидности) с цифровыми технологиями управления позволяет реализовывать всевозможные светодинамические эффекты. Технология RGB основана на изменении свечения трех цветов: красный - R, зеленый - G, синий - B. Управляя этим изменением, возможно получать весь цветовой спектр.

Светодиодные модули, или как еще их называют - светодиодные кластеры применяются в изготовлении наружной рекламы для внутренней подсветки объемных букв, контражурной и торцевой засветки. Компактные размеры светодиодных модулей позволяют применять их в ограниченных пространствах. Они легко монтируются и закрепляется на поверхности . Применение светодиодных модулей в световой рекламе позволяет значительно снизить вес конструкции, повысить безопасность изделия и свести к минимуму затраты на обслуживание рекламных объектов. 

Светодиодная модульная система представляет собой герметичные модули, выполненные из ударопрочного полистирола, с расположенными внутри модуля и залитыми компаундом светодиодами. Светодиодные модули могут быть различными : монохромные и полноцветные, модули на мощных светодиодах, модули на широкоградусных 5-ти миллиметровых светодиодах. Сфера применения светодиодных модулей чрезвычайно широка — это практически все виды локальной подсветки.

Светодиодные линейки, в отличие от светодиодных модулей, используются в случаях, когда необходимо создать более равномерную подсветку больших областей. Особенно часто это имеет значение при создании интерьерной декоративной подсветки и при монтаже светового шоу-оборудования. Так же широко светодиодные линейки применяются при изготовлении рекламных и POS-материалов. Высококачественный эластичный материал изделия позволяет изгибать линейку с минимальным радиусом, сохраняя при этом высокую прочность.

Светодиодные ленты представляют собой последовательность светодиодов, смонтированных на гибкой монтажной плате на некотором расстоянии друг от друга. Благодаря своей миниатюрности и гибкости светодиодные ленты позволяют осуществлять подсветку малых рекламных и декоративных объектов, отлично подходят для торцевой подсветки акрилайтов сложной формы. 

Гибкий неон представляет собой гибкий прозрачный пластиковый шнур, внутри которого расположены светодиоды. Основными преимуществами этого продукта являются его гибкость и возможность отрезать и подключить шнур любой длины. Светодиодный дюралайт может быть как монохромным, так и полноцветным. Задать сценарий изменения цвета полноцветного дюралайта можно с помощью контроллера управления светом.

Светодиодные блоки представляют собой готовые к подключению светодиодные матрицы различной формы. Светоблоки применяются при монтаже нестандартных светильников, в интерьерной и ландшафтной подсветке, при создании светодинамических шоу, то есть везде, где рационально использовать светодиодные матрицы данных размеров.

Рост спроса на энергосберегающие источники света все чаще становится определяющим в выборе светодиодной системы освещения в рекламе. Яркий тому пример - проект по замене газосветных трубок светодиодными модулями в самой известной имиджевой конструкции SAMSUNG в России, которая расположена на одном из корпусов Российской государственной библиотеки напротив Кремля. Если прежняя система подсветки крышной установки на основе газосветных трубок потребляла около 92 кВт, то теперь расход электроэнергии составляет 12-15 кВт при свечении, например, зеленым светом и до 36 кВт- при работе всех кристаллов одновременно.

Какую экономическую выгоду принесет всеобщий переход на светодиоды? Американские специалисты подошли к вопросу достаточно скрупулезно и подсчитали, что за счет перехода на светодиодные источники света будет ежегодно экономиться 167 млрд кВт*час электроэнергии, или 11,8 млрд. долларов потребителей. Совокупная экономия составит к 2025 году 86,9 млрд. долларов, а сэкономленная мощность — 17,2 ГВт, что эквивалентно 29 новым электростанциям по 600 МВт.

Несмотря на вышеперечисленные "плюсы" светодиодов, до сих пор процент перехода на светодиодные лампы невелик.

Главная причина — слишком высокая цена. Отношение доллар/люмен для обычной лампы накаливания — приблизительно 0,001.В настоящее время светодиоды могут достичь отношения 0.1-0.05 долларов за люмен, что гораздо выше величины для обычных ламп. Качественные изделия известных производителей стоят дорого, и, во многих случаях, их применение экономически не оправданно.

Вторая причина в том, что световой поток, который испускает обычный 5мм светодиод, работающий на 20 мА , всего 1-3 люмена. Существует множество объектов, нуждающихся в нескольких сотнях или нескольких тысячах люменов. Для этого необходимы десятки и даже сотни мощных светодиодов, и общий размер светильника был бы слишком велик, чтобы вписаться в место установки.

Третья причина – качество светодиодов. Нетепловая природа излучения и отсутствие нити накала должны обеспечивать фантастический срок службы. В то время , как лампы накаливания имеют срок службы около 1000 часов, производители сверхярких светодиодов декларируют 100000 часов, то есть более 11 лет непрерывной работы! На самом деле, они вводят потребителей в заблуждение: как и у всех других источников света, параметры светодиодов ухудшаются с течением времени. В настоящее время нет никакого стандарта, определяющего срок службы светодиодов, хотя существуют предложения от авторитетных организаций считать таковым сроком время, в течение которого световой поток уменьшается до некоторого значения - до 70% или до 50% от начальной величины. Модели светодиодов, выпускаемые в массовых количествах, в основном азиатскими производителями, и широко распространенные на рынке, не выдерживают и двух месяцев выше уровня 50% от начальной яркости. Мощные светодиоды так же имеют очень высокий уровень деградации. Более качественные изделия известных производителей тоже пока несовершенны. 

Вместе с тем, следует отметить, что темпы, с которыми улучшаются качественные характеристики и потребительские свойства LED-устройств, просто феноменальны. Ученые и инженеры-разработчики продолжают работать и уже добились значительных успехов в этой области и, конечно же, полученные результаты-еще не предел. Так, в результате совместных исследований компаний PHILIPS и NOVALED удалось получить высокояркие органические светодиоды со свечением белого цвета, которые обладают отличной комбинацией светоотдачи и срока службы. Созданный специалистами этих компаний источник света дает 32 люмена на ватт при яркости 1000 канделл/кв.м. и имеет срок службы 20 000 часов. Инженерам-разработчикам компании OSRAM Opto Semiconductors удалось получить энергосберегающие светодиоды со светоотдачей 46 люменов на Ватт при яркости 1000 канделл/кв.м. и сроком службы 5000 часов. Любопытной разработкой компании ATG Electronics стали LED-светильники, выполненные в форме люминесцентных ламп, которые можно использовать как при освещении помещений, так и в рекламных целях-в дисплеях с внутренней подсветкой на местах продаж и в световых коробах, расположенных вне помещений. Использование таких ламп позволит сэкономить до 80% электроэнергии по сравнению с обычными люминесцентными лампами. В октябре 2008 года компания Lumination выпустила светодиодную ситему Tetra Power White нового поколения, специально предназначенную для внутренней подсветки объемных букв и вывесок. Каждый из модулей новой системы потребляет 1 Ватт, выдает 66 люменов яркого белого света и расчитан на срок службы 50 000 часов. 

Исследования в области получения более эффективных светодиодов не прекращаются и служат убедительным доказательством большого потенциала LED-систем.

Еще одним фактором, препятствующим более массовому применению светодиодов во внутренней подсветке объемных элементов, является так называваемый эффект "точечности"-образование ярких световых точек на лицевой поверхности вывесок. Этот нюанс в последние годы устраняется производителями листовых пластиков, которые выпускают материалы, эффективно рассеивающие свечение, образуемое светодиодами внутри светового короба, и обеспечивающие ровную заливку светом лицевой поверхности.

Светодиодная технология получения искусственного света в настоящее время по праву считается перспективной, потенциал которой, по мнению специалистов, полностью реализовать удасться весьма не скоро. Вполне возможно, что светильники на основе светодиодов в будущем заменят собой неоновые, люминесцентные, галогенные лампы и обычные лампочки накаливания.