О месте LED вне приборостроения

Сегодня наружное освещение достаточно широко представлено всей совокупностью существующих принципиально различных источников света — лампами накаливания, газоразрядными лампами и светодиодами.

Хотя современная наследница разработок Лодыгина и Эдисона (простейшая лампа накаливания — решение, все еще наиболее доступное как большинству граждан, так и большинству хозяйственников-бюджетников), по-видимому, уходит в историю, говорить об абсолютном приоритете того или иного источника все же, пожалуй, не стоит — сегодня все они естественным образом делят соответствующий сектор рынка инженерного оборудования.

Современные светоизлучающие диоды (LED — light emitting diodes) характеризуются высокой яркостью (тысячи кандел на квадратный метр) и высокой эффективностью преобразования электрической энергии в световую (до единиц люмен на ватт), а также высоким внешним квантовым выходом излучения (до 45% в инфракрасном диапазоне), высоким быстродействием (до единиц наносекунд), надежностью и большим сроком службы (до сотен тысяч часов). Вследствие этого сегодня области применения LED столь обширны и многообразны.

Лампы накаливания, в которых излучение света происходит вследствие нагрева тонкой вольфрамовой нити, получили чрезвычайно широкое распространение. Обычные лампы накаливания обладают малой светоотдачей (7-15 лм/Вт); большей (115 лм/Вт) является светоотдача натриевой лампы, которая применяется в городских фонарях и обладает желтоватым светом. Ртутные лампы низкого давления в виде трубок известны как лампы дневного света.

Свет получается в два этапа: на первом ртутные пары под действием тлеющего разряда излучают ультрафиолетовые лучи. Это излучение возбуждает центры люминесценции люминофоров, вызывая их свечение, спектр которого близок к дневному. Лампы, в которых в качестве источника излучения применяются газы, называются газоразрядными. Тот же принцип используется в неоновых трубках, и сегодня широко востребованных рекламной индустрией.

Между двумя электродами на концах трубки, заполненной инертным газом, пропускается разряд, и в трубке вспыхивает свечение, цвет которого завит от природы газа. В светодиодах в качестве источника видимого излучения тоже используются люминофоры, но наносятся они поверх излучающего кристалла наподобие линзы.

В настоящее время светоизлучающие диоды вытеснили лампы накаливания в таких областях, как визуальная индикация и подсветка в устройствах отображения информации. С определенными допущениями можно говорить о наличии конкуренции между неоновыми трубками и светоизлучающими диодами.

Моментом изобретения неоновой трубки, излучающей видимый свет, считается 1910 г. С тех пор данная технология изменилась незначительно, и можно сказать, что неон выдержал проверку временем. Существует, впрочем, определенное ограничение при использовании неон-технологии. Это диаметр трубки, который не может быть меньше определенного размера. Соответственно, малые световые элементы, в том числе светящиеся символы, таким образом созданы быть не могут.

Первый светодиод был изобретен в 1960 г. Он излучал лишь тускло-желтый свет, и лишь в течение нескольких часов. Сегодня светодиоды, организованные в RGB-массивы, отображают мельчайшие оттенки цветов. Цветовой модуль RGB — совокупный модуль, в котором красный, зеленый и синий цвета, часто используемые в световых совокупных модулях, различным образом комбинируются с целью генерирования других цветов. Легко видеть, что и название модуля, и сама аббревиатура RGB происходят от названий трех исходных основных цветов, а именно: red — красный, green — зеленый и blue — синий.

Яркость их можно регулировать в зависимости от освещения, продолжительность же работы достигает 100.000 часов. Несколько лет назад, когда был изобретен белый диод, представители крупнейших инженерных компаний заговорили о возможном переходе на диодную технологию при создании любых экранов (даже экранов мобильных телефонов). Министерство энергетики США говорит о 90-процентном снижении затрат на освещение благодаря внедрению светодиодной технологии.

Многие корпорации инвестируют в развитие светодиодных технологий, поэтому стоит ожидать дальнейших значительных подвижек в их совершенствовании. Светодиодные технологии постепенно занимают лидирующие позиции на рынке внутренней и наружной рекламы, оформления торговых и иных площадей, вывесок и указателей.

Гигантские экраны в крупных аэропортах и на улицах городов, электронные табло, бегущие строки в торговых центрах, на станциях метрополитена, в салонах общественного транспорта, информационные табло в кинотеатрах, светодинамические вывески и видеополосы везде, где требуется донести информацию или привлечь внимание людей, — это работа маленьких LED.

Помимо высокой световой отдачи, малого энергопотребления и возможности получения любого цвета излучения, светодиоды обладают целым рядом других замечательных свойств. Отсутствие нити накала благодаря нетепловой природе излучения светодиодов и обусловливает тот срок службы, о котором говорилось выше.

Производители светодиодов действительно декларируют срок службы до 100 тыс. часов (11 лет непрерывной работы). Данный срок сравним с жизненным циклом многих осветительных установок. Отсутствие же стеклянной колбы определяет очень высокую механическую прочность и надежность. Малое тепловыделение и низкое питающее напряжение гарантируют высокий уровень безопасности, а безынерционность делает светодиоды незаменимыми, когда требуется высокое быстродействие (например, для стоп-сигналов). Сверхминиатюрность и встроенное светораспределение определяют другие, не менее важные достоинства. Световые приборы на основе светодиодов оказываются неожиданно компактными, плоскими и удобными в установке.

Пожалуй, самое интересное — это процесс вторжения светодиодных технологий в традиционное освещение. Начался он с установок, где не требуется высокого уровня освещенности (дежурное и аварийное освещение, ночное интерьерное освещение, знаки и таблички, маркировочное освещение). Насыщенный цвет светодиодных световых маркеров позволяет использовать светодиоды для цветового зонирования пространства, создания цветовых акцентов.

Сочетание светопрозрачных конструкций (окна, стеновые панели, стеклянная мебель) с гибкими линейными светодиодными модулями позволяет создавать светящиеся и меняющие цвет формы. Применение сверхминиатюрных источников света позволяет создать альтернативные яркие световые образы для привычных предметов интерьера. С ростом световой отдачи и удешевлением приборов светодиодная экспансия распространяется не только на локальное, но и на общее освещение, в котором лидирующее положение пока занимают традиционные и галогенные лампы накаливания (жилые помещения) и люминесцентные лампы (офисные помещения).

То, что в ходе реализации того или иного спецпроекта предпочтение отдается именно светодиодам, разработчики-светодизайнеры объясняют целым рядом соображений.

Прежде всего, это интенсивность цветных световых потоков, излучаемых специально сконструированными под конкретный проект светодиодными светильниками, существенно превышает яркость галогенных ламп с цветными фильтрами.

К тому же, цветовая гамма таких фильтров весьма ограничена, в то время как различные комбинации основных цветов в светодиодной матрице позволяют получить до 16 млн всевозможных оттенков (это оказывается возможным благодаря цифровому управлению световыми установками на базе RGB-диодов). Кроме того, цветные фильтры не выдерживают воздействия мощного излучения галогенных ламп и довольно быстро выцветают. Явно на стороне светодиодов преимущество и с точки зрения чистоты излучаемого ими света. Еще одним аргументом в пользу светодиодов стала их абсолютная устойчивость к многократным включениям и выключениям, за счет которых, собственно, и создается светодинамический эффект.

Аналогичный режим работы галогенных ламп существенно сокращает срок их службы. Да и при постоянной нагрузке эти лампы выходят из строя как минимум в 10 раз быстрее, чем светодиоды. В отличие от мощных галогенных ламп, низковольтные, слаботочные светодиоды (потребляемая мощность — 6 Вт) практически не представляют опасности при эксплуатации в воде, что имеет значение при светодизайне фонтанов, мостов, набережных. Вообще говоря, светодиодная система подсветки — достаточно дорогой вариант по сравнению с той же галогенной альтернативой. Впрочем, это касается только единовременных затрат на производство и монтаж. По оценкам специалистов, светодиодный вариант неминуемо оправдает себя в ходе эксплуатации и даст практически пятнадцатикратную экономию.

Как источник света светодиоды применяются отдельно (в качестве точечной подсветки) или объединяются в модули самых различных форм и размеров — от линеек до кластеров, встраиваемых в светильники. Отдельное размещение светодиодов обусловлено их использованием в качестве миниатюрных источников света, чаще всего в декоративных целях. Сегодня это и световое декорирование предметов интерьера (мебели, зеркальных стен, подвесных потолков), и акцентирование архитектурных элементов из различных материалов, и оформление рекламной и сувенирной продукции.

Отдельное размещение светодиодов может играть и функциональную роль (например, при внутренней подсветке информационных указателей). Светодиодные модули — это выход из многих проблемных ситуаций, так или иначе связанных с компактностью, нестандартными формами осветительных установок и посадочной глубиной. Под каждую конкретную задачу, практически под любой элемент, требующий подсветки, возможно изготовить модуль требуемой определенной формы и размеров, с определенным количеством и типом светодиодов, определенной конфигурацией их размещения на плате. И тогда те или иные архитектурные особенности объекта перестанут быть препятствием для художника по свету.

Например, габариты светодиодной линейки позволяют встроить ее в любую конструкцию — от металлической трубы (скажем, поручня лестницы) до узкой потолочной ниши. А вот габариты лампы нужной мощности нередко ставят дизайнера перед выбором: или кардинально менять конструкцию и размеры подсвечиваемого элемента, или вообще отказаться от света. Многие предметы интерьера просто получают новую жизнь при грамотной подсветке.

Лестница в стиле high tech может выглядеть следующим образом: желтая подсветка ступеней изнутри, поручни из хромированной трубы и исходящий изнутри этой трубы через овальные прорези насыщенный синий свет. В такой конструкции гораздо проще применить узкую линейку, нежели встраивать какой бы то ни было другой источник света, даже самый компактный. Кстати, в Европе обязательное условие при проектировании и строительстве лестниц — световая маркировка ступеней. Органично вытекающий вопрос замены перегоревших ламп в труднодоступных местах перестает быть проблемой при применении светодиодов: они просто не перегорают.

Например, при освещении моста в Дуйсбурге (Германия) были использованы светодиодные модули, вмонтированные в герметичные металлические столбы ограды. Игра света и цвета — наиболее эффективный способ создания живой и органичной среды в дизайне жилого пространства и архитектурной подсветке. Для получения цветного света применяются цветные лампы или светофильтры, пленочные и дихроичные.

Однако цветные лампы (а также дихроика) зачастую не обеспечивают нужной передачи цвета, его четкости и насыщенности, а пленочные светофильтры имеют особенность со временем выгорать или мутнеть. Благодаря насыщенности и четкости цвета светодиод решает и такие проблемы, при этом красный цвет оказывается красным, а не алым, а зеленый — зеленым, а не бледно-салатовым.

Имеет место, правда, следующее наблюдение. Некоторые торговые центры, попытавшиеся применить светодиодное освещение для объемных букв, вернулись к неону. При сроке работы вне помещений, приближающемся к полутора годам, выделение света светодиодными вывесками этих центров деградировало к недопустимому значению. Доказано, что температуры эксплуатации (даже краткосрочной) выше 65°С разрушают светодиоды, в итоге в течение нескольких недель интенсивность световыделения падает на 70%. Это говорит о том, что окончательное решение в пользу неона либо светодиодов должно быть продуманным во всех отношениях в каждом конкретном случае.

В течение последних полутора веков появился целый ряд различных видов источников электрического света. Многие из этих решений еще используются на рынке. И сопоставить их не всегда бывает просто. В частности, сложно получить сопоставимые характеристики для изделий, не относящихся напрямую к освещению, тем более получить их непосредственно от производителей светодиодов. Так или иначе, понятно, что светящаяся поверхность может быть очень яркой и при этом очень маленькой. Но крошечная яркая поверхность не выделяет огромное количество света — каждому свое. Поэтому не стоит пахать на «Мерседесах».

Сергей ЗОЛОТОВ