Перейти к содержимому

Срок действия светодиода

Содержание:

Какой срок службы у светодиодов?

Если взять обычную лампу накаливания, то с ней все просто. Ее срок службы считается с момента, когда вы ее вкрутили и до того момента, когда она сгорела и вы выкинули ее в мусорное ведро. Она может сгореть через 15 минут, а может и через 15 лет. Но в среднем, ее срок службы составляет 1000 часов.

Срок службы светодиодов намного больше, чем у ламп

Со светодиодами не все так просто . Если мы включим светодиод и будем ждать, когда он потухнет, то можно потратить на это десятки лет. Теоретически, светодиод - это вечный источник света. И часто, продавцы уверенно заявляют, бери не сомневайся, 100 000 часов проработает стопудово!

Срок службы светодиода 100 000 часов - реальность или рекламный трюк?

Так ли это на самом деле? На самом деле, НЕ так. Светодиод со временем тускнеет. Связано это с тем, что в его кристалле содержатся вредные примеси, от которых невозможно полностью избавиться на этапе производства кристалла.

Вот эти самые примеси, со временем изменяют структуру кристалла и он начинает деградировать. Это приводит к тому, что часть энергии он начинает преобразовывать в тепло, а не в свет. И светодиод начинает тускнеть.

Поэтому, сроком службы светодиода принято считать время, в течении которого он потускнеет на 30% от своего первоначального состояния.

Срок службы светодиодной ленты - это время, в течении которого ее световой поток снизится на 30% от первоначального

И чему равно это время? Точных данных мне найти не удалось. Кто-то утверждает, что 100 000 часов, кто-то 50 000, кто-то 30 000. Проверить практически невозможно.

Исходя из моего личного опыта и опыта людей, которые долго работают со светодиодами, срок службы составляет примерно 25000 часов для красного, синего, зеленого и желтого светодиода.

Срок службы белого светодиода примерно 10 000 часов. (Почему белый служит меньше, я подробно рассказывал в статье Какие бывают виды светодиодных лент).

Т.е. через это время, ваш глаз будет способен ощутить разницу в яркости, если положить рядом новую и старую ленту. Но при этом, она будет работать еще очень долго, постепенно теряя свою яркость.

На самом деле, 10 000 часов, это не так уж и мало. В среднем, бытовое освещение используется 6 часов в сутки. Ваши глаза смогут заметить снижение яркости только через 4 года.

Готовые наборы для подсветки потолков

Соберем подсветку персонально под ваш потолок. Качественно!

Срок жизни белых светодиодов

Абсолютно все источники света со временем теряют световой поток, например, у ламп накаливания световой поток теряется по мере испарения вольфрамовой нити, уже через 1000 часов он падает на 10–15 процентов от первоначального. У люминесцентных ламп снижение светового потока происходит по причине старения фосфора и светопоглощающих элементов. Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ), как правило, теряют более 20% светового потока за свои 10000 часов жизни. Высококачественные линейные люминесцентные лампы типа Т8 и Т5, которые широко используются в офисных и административных помещениях, потеряют около 10% от первоначального светового потока за 10000 часов работы.

Основная причина потери светового потока у светодиодов — перегрев. Они излучают тепло, поэтому необходимо его правильно отводить. Постоянное превышение температуры неизбежно повлечет за собой снижение светового потока, хотя кратковременный перегрев никак не отражается на рабочем состоянии. Отметим, что это отнюдь не обозначает полную потерю работоспособности, светодиоды продолжают работать даже тогда, когда их световой поток снижается до крайне низкого уровня. Так что температурный режим является определяющим фактором именно в полезном сроке жизни светодиодного освещения. Об этом в следующем абзаце.

На графике показана зависимость длины полезного срока службы светодиода от температуры. Обратите внимание, превышение температуры всего на 11 градусов сокращает срок службы на тысячи часов и урезает световой поток почти на 15% уже после 10000 часов работы. Это лишний раз подчеркивает, что светодиодные светильники с некачественно сделанным теплоотводом не смогут конкурировать даже с люминесцентными лампами.

Определение полезного срока службы светодиода

Чтобы определить полезный срок службы, надо для начала определиться, в какой момент уровень освещенности перестанет удовлетворять требованиям пользователя. Ответ зависит, конечно, от сферы применения светильника. Приведем пример: в местах с общим уровнем требований, например, в офисных пространствах, приемлемо снижение светового потока на 30%, особенно, если процесс происходит постепенно. Исходя из этих требований, 70-ти процентный световой поток от первоначального является достаточным для общего освещения. Следуя этому регламенту, Альянс Твердотельных Технологий и Систем Освещения (ASSIST), филиал Центра Исследований Освещения (LRC), рекомендует обозначать полезный срок службы именно до того момента, когда световой поток не упадет до 70% (условное обозначение L70) для помещений общего пользования и до 50% для декоративного освещения (обозначается как L50). Конечно, требования разнятся во всех сферах применения, например, на полиграфической промышленности гораздо более жесткие требования к освещенности, и соответственно, к полезному сроку службы источника света.

На этом графике продемонстрирована взаимозависимость температуры, подаваемого тока и жизни светодиодов. Как мы видим, после 120 градусов каждый градус перегрева выражается в потерянных тысячах часов срока службы.

Как измерить срок жизни источника света

Срок жизни источников света определяется при помощи разнообразных методов. Например, КЛЛ тестируются по стандартам Инженерного Общества Северной Америки (IESNA). Процедура теста достаточно проста: среднестатистический образец лампы помещается в среду с температурой 25 градусов Цельсия, и используется по циклу — 3 часа включен, 20 минут выключен, а момент, к которому половина образцов выходит из строя и считается средним сроком жизни лампы. Для ламп с заявленным сроком жизни 10000 часов процесс занимает примерно 15 месяцев.

Тестировать таким образом срок жизни светодиода — занятие неблагодарное, займет очень много времени, причем включение/выключение — не является определяющим фактором, для светодиодов это не играет никакой роли. В итоге, даже если тестировать светодиоды круглосуточно, и даже у моделей с сроком жизни в 50000 часов этот процесс займет почти 6 лет, а с учетом динамики развития технологий, подопытные безнадежно устареют к истечению срока теста, и все усилия не дадут никакого практического результата.

IESNA разработали метод для измерения светового потока светодиодных устройств (светодиодные массивы и модули), но этот метод нельзя применять к светодиодным светильникам, его возможности пока ограничены — довольно трудно смоделировать потери светового потока всего лишь за 6000 часов тестирования. В настоящее время IESNA работает над сложным комбинированным методом, который будет определять срок жизни и потерю светового потока в рамках 6000 часов тестов, метод основан на сравнении характеристик образцов, проходящих испытания в разных температурных режимах. Обусловлено это в первую очередь тем, что срок жизни потенциально слишком долог для исследования в обычных условиях, и фактически единственная возможность оценить его — моделировать и прогнозировать будущее.

Срок службы светодиодных ламп и светильников: реалии и сказки производителей

Сегодня в магазинах можно увидеть много осветительных приборов на основе светодиодов с заявленным сроком службы в 30, 50 и даже 100 тысяч часов. Это означает, что в режиме непрерывной работы led лампы должны бесперебойно светить не менее 3,5 лет, а в домашних условиях их должно хватить на несколько десятилетий. К сожалению, в преобладающем большинстве реальный срок службы светодиодных ламп не соответствует указанному на упаковке. Почему так происходит, и насколько нас обманывают производители? Попробуем разобраться в этом вопросе.

То, что обещает производитель

Популяризация светодиодных источников света поспособствовала появлению на российском рынке сразу нескольких десятков торговых марок, основным продуктом которых являются светодиодные лампы. Естественно это привело к резкому росту конкуренции. В ход пошли самые разные способы, позволяющие компаниям удержаться на плаву. Наиболее эффективным оказался метод «Встречают по одёжке…», суть которого состоит в том, чтобы предложить покупателю товар с многообещающей этикеткой за небольшие деньги. В результате светодиодные лампы подешевели, что послужило стимулом для многих россиян. Вот только о второй части пословицы «…а провожают по уму» мало кто задумывался, пока не столкнулся с первой неисправностью. Так где же обещанные 30 тыс. часов безотказной работы? К сожалению, они остались только на упаковке без каких-либо гарантий на возврат или обмен в магазине. Пока ситуация с «нечестными производителями» никак не контролируется Роспотребнадзором, потребитель обязан сам научиться выбирать светодиодную продукцию хорошего качества.

Чтобы наглядно продемонстрировать несоответствие заявленных и реальных технических характеристик светодиодной лампы, приведём один пример. В качестве исследуемого образца возьмём китайскую лампочку ASD- 11 Вт-4000К-Е27. Ниже приведены сначала заявленные параметры, а затем фактически измеренные:

  • мощность потребления: 1 – 11 Вт; 2 – 8,8 Вт;
  • световой поток: 1 – 900 лм; 2 – 815 лм;
  • срок службы: 1 – 30 тыс.ч.; 2 – как повезёт.

Завышенную мощность и световой поток можно отметить и в светодиодных лампах Онлайт, теоретический срок службы которых 30 тыс. часов, а реальная гарантия – всего 1 год. Кстати, это не самые худшие светодиодные лампы, так как имеют встроенный токовый драйвер. В лампочках серии «Эра эконом» в красной упаковке нет даже драйвера, о чём свидетельствует сильное мерцание во время работы и малый вес изделия. Таким нехитрым способом «Эра» вступила в борьбу с конкурентами за долю рынка.

Конечно, неопытный покупатель сделает выбор в пользу лампочки с лучшими характеристиками из одной ценовой категории. Выходит, что даже первоначально зарекомендовавшие себя с хорошей стороны торговые марки вынуждены идти на подобные хитрости, чтобы оставаться конкурентоспособными.

Эффективный и полный срок службы

На каждый стандартный тип светодиодов существует техническая документация (datasheet), где приводится графическая зависимость относительного светового потока (%) от времени работы (ч) при определенной температуре окружающей среды. Примечательно, что данные приводятся только для первых 3000 часов эксплуатации, в течение которых яркость падает как минимум на 5%, а далее зависимость имеет линейный характер. На самом деле кривая имеет больший наклон за счет неидеальных условий эксплуатации. Причём постепенная потеря яркости никак не отображается в технических характеристиках лампочек.

Производителям led ламп и led светильников гораздо выгоднее указывать в спецификации к изделию полный срок службы светодиода, приятно удивляя покупателя числом с четырьмя нулями. На самом деле более корректно указывать эффективный срок службы светодиодных светильников и ламп в соответствии со стандартом IES LM-80 (методы измерений светового потока led источников света). В соответствии с п.3.6 IES LM-80 эффективный срок службы – это время, в течение которого световой поток снизится до 50% или 70% от начального значения и обозначается L50 и L70 соответственно. Кроме этого, на эффективный срок эксплуатации влияет время, за которое выйдет из строя половина светильников по причине:

  • низкой светоотдачи В50;
  • неисправности в электрической цепи F50.

Поэтому полный срок службы – это не более чем теоретический расчёт, предоставленный производителем светодиодов, и к готовым осветительным приборам этот показатель никакого отношения не имеет. Вся светодиодная продукция: лампы, светильники, ленты – это сложная электромеханическая система, состоящая из несколько взаимосвязанных блоков:

  • светодиодов;
  • печатной платы;
  • источника питания;
  • оптики;
  • теплоотвода;
  • корпуса;
  • соединительных проводов.

Перечисленные элементы системы оказывают непосредственное влияние на продолжительность её работы. Сбой в работе одной составляющей спровоцирует поломку всей системы. Это правило касается и UV led-ламп для сушки ногтей. УФ-диоды обладают такими же свойствами, как и обычные светодиоды. Поэтому срок службы светодиодной УФ-лампы для полимеризации геля также зависит от качества применённых деталей.

Непродуманная конструкция – это только первая составляющая, влияющая на продолжительность жизни лампочки. Вторая начинает активно проявлять себя после того, как светильник или лампа попадает в условия эксплуатации, не предусмотренные в спецификации на изделие.

Первое препятствие – это нестабильное напряжение питающей сети. Частые просадки и скачки напряжения негативно влияют на работу драйвера. Поэтому выбирать нужно лампочки с широким диапазоном питающего напряжения. Например, led лампа Онлайт обеспечивает стабильный световой поток независимо от перепадов в сети (176-264В).

Второе – отсутствие естественного теплообмена (конвекции воздуха). Данное препятствие проявляется при установке светодиодных ламп в настенные и потолочные светильники закрытого типа. Слабой конвекцией также обладают светильники, открытая часть которых направлена вниз, а цокольная – не имеет отверстий. В частности, в инструкции по эксплуатации led-лампы TM Feron сказано: «не рекомендуется использовать осветительный прибор в полностью закрытых светильниках, а также в местах с отсутствием конвекции воздуха. Это приведёт к перегреву корпуса и сокращению срока службы светодиодов». Для примера, на фото показан правильный спот-светильник с отверстиями в корпусе, обеспечивающими естественный отвод тёплого воздуха. Третье – эксплуатация в окружающей среде с предельно допустимой температурой. Чересчур низкая температура может оказаться вредной для деталей драйвера. Электрические параметры конденсаторов, транзисторов и прочих элементов изменяются, снижая срок службы изделия в целом. Но больше вреда приносит повышенная температура окружающей среды, препятствуя естественному охлаждению корпуса.

Для большинства китайских лампочек точные значения относительной влажности воздуха указываются только в пункте «Хранение, транспортировка» — не более 80%. Использование светодиодных ламп при больших значениях влажности приведёт к окислению печатных проводников, а затем, к обрыву или закорачиванию участка электрической цепи. В большинстве случаев изготовители ограничиваются указаниями по применению:

  • для интерьерного освещения;
  • при наружном освещении устанавливать в светильники с IP54 и выше.
Читайте так же:  В гражданском браке можно подать на алименты

Скупой платит дважды

В целях экономии многие россияне предпочитают покупать светодиодную продукцию мелким оптом на AliExpress, ориентируясь на оставленные там положительные отзывы. На самом деле большая часть этих отзывов создана в течение первых дней с момента покупки. Но, когда спустя несколько месяцев лампочка перестаёт светить, желания писать отзыв уже нет. Короткий срок службы лампочек с AliExpress объясняется отсутствием радиатора, токового драйвера и крайне низким качеством сборки.

Также следует обращать внимание на длительность гарантийного срока. Гарантия на самые дешёвые светодиодные лампы исчисляется месяцами, так как после года эксплуатации большой процент таких ламп выходит из строя (ASD, SmartBuy). В случае с led лампами высокого качества производитель готов выполнять гарантийные обязательства в течение 3-5 лет (Feron, Osram).

В очередной раз хочется отметить, что дешёвые светодиодные лампы и светильники при активном использовании лишь в редких случаях работают более двух лет. Но даже в этом случае их параметры не совпадают с заявленными, а сами лампы могут приносить вред здоровью.

Срок службы светодиодов

Как оценить срок службы светодиодного светильника?

Многие производители указывают красивые цифры сроков службы светодиодных светильников — 50−100 тыс. часов. При эксплуатации около 12 часов в сутки за год светильник наработает всего 4 тыс. часов. То есть, установив такой светильник, потребитель может не менять его как минимум в течение 12,5 лет? Но почему тогда производители дают гарантию на свою продукцию 2-3 года? В этой статье разберемся подробнее, за счет чего светильник может прослужить долго и как можно понять, какой светильник действительно качественный.

Светодиодный светильник, как и любой другой осветительный прибор, имеет стандартный набор характеристик, по которым можно его классифицировать. Во-первых, это световые характеристики прибора — световой поток, светораспределение, световая отдача, спектральные характеристики. Во-вторых, эксплуатационные характеристики — диапазон рабочих температур, пыле- и влагозащищенность корпуса, устойчивость к механическим нагрузкам, ударам и вибрациям. Все это в совокупности определяет область применения светильника. Ну и конечно, важнейшей для потребителя характеристикой при выборе светильника является его срок службы. Поэтому так заманчиво выглядят именно светодиодные светильники, особенно те, которые стоят недорого. Ведь на бумаге заявленный срок службы дешевого и качественного светодиодного светильника зачастую совпадают, и на первый взгляд никакой разницы кроме цены нет.

Срок службы с научной точки зрения.

Разберемся в терминологии и уточним, что же должен понимать рядовой потребитель под словами «срок службы». Срок службы светодиодного светильника — это способность сохранять свои светотехнические и эксплуатационные характеристики с течением времени. Физически светодиодный светильник при определенных условиях может проработать до 7 лет, но насколько снизятся его основные характеристики за этот период времени? Сохранится ли за это время, например, его световой поток? Изменится ли потребляемая мощность, как будут изменяться другие электрические и световые характеристики? На все эти вопросы большинство производителей до сих пор не имеют однозначного ответа. Светодиодные светильники не так давно начали пользоваться широким спросом, поэтому достоверная статистика просто отсутствует.

Факторы, влияющие на срок службы светодиодного светильника.

Светодиодный светильник, как и любой другой продукт современных высоких технологий, является сложным электротехническим прибором. Светильник состоит из оптической и электрической частей. Каждая из этих частей имеет свой срок службы, заявленный производителем. Срок службы оптической части, в которую входят светодиоды, вторичная оптика, отражатели и рассеиватели, достаточно велик и может достигать тех самых 100 тыс. часов (с ухудшением световых характеристик на 40% и более). Срок службы электрической части, в которую входят драйверы и системы управления, чаще всего ниже, чем оптической части. Можно однозначно сказать, что срок службы светодиодного осветительного прибора характеризуется минимальным сроком службы одной из этих частей.

Рассмотрим светодиодный светильник и его компоненты с точки зрения срока службы. Для примера возьмем уличный светодиодный светильник Shine® SMD 150 Вт.

При создании оптической части данного светодиодного светильника использовались светодиоды производства компании Cree, одного из ведущих мировых производителей светодиодов на сегодняшний день. В Cree лабораторным путем провели исследования и представили график падения светового потока единичного светодиода (при различных температурах на кристалле) в течение срока службы.

Из графика видно, что даже при перегреве кристалла светодиода, приемлемое падение светотехнических характеристик (10%) происходит через 30 тыс. часов эксплуатации. Конструкция светильника Shine® SMD 150 Вт обеспечивает качественный отвод тепла от светодиодных модулей, исключая сильный перегрев светодиодов.

Сердцем электрической части светодиодного светильника SMD 150 Вт является драйвер производства компании Philips.

На данный драйвер компания Philips гарантирует высочайшую степень пыле- и влагозащищенности IP66. То есть даже при повреждении корпуса светодиодного светильника, драйвер не пострадает от воздействия внешних факторов. Это дополнительно влияет на срок службы осветительного прибора в целом. Кроме того, производитель драйвера заявляет, что падение выходных характеристик не превышает 10% по истечении 80 тыс. часов.

Необходимо отметить, что эти данные приведены для идеальной работы драйвера (стабильное питающее напряжение, отсутствие перепадов температур, отсутствие внешних воздействующих факторов, идеальная нагрузка и т.д.). Разумеется, идеальные условия работы драйвера возможно обеспечить только в лабораторных условиях.

Соответствие электрической и оптической частей друг другу.

Отдельно стоит отметить, что на качество светодиодного светильника влияет коэффициент загрузки драйвера. Коэффициент загрузки драйвера показывает, насколько загружен драйвер от расчетной мощности. Например: драйвер рассчитан на 150 Вт, а светодиодный модуль, подключенный к нему, потребляет 75 Вт, т.е. драйвер работает в «недогрузе» и коэффициент его загрузки равен 50%. Если к такому драйверу подсоединить светодиодный модуль, потребляющий 150 Вт, то загрузка драйвера будет полной, и он будет работать в оптимальном режиме (с коэффициентом загрузки, равным 100%). Реально стопроцентную загрузку обеспечить практически невозможно, но стремиться к этому необходимо, чтобы получить максимум от используемого драйвера.

В уличных светодиодных светильниках Shine мы реализовали коэффициент загрузки драйвера Philips от предельной мощности не менее 85%, тем самым обеспечив качественные входные электрические характеристики для светодиодных модулей и не позволив работать драйверу «в холостую».

Последствия недогруза драйвера, внешне не заметные, могут быть плачевными. Из-за недогруза ухудшается коэффициент мощности (о том, что это такое, мы писали в статье Что такое коэффициент мощности?). Как следствие — больше энергии "гуляет" по сети и портит проводку. Могут происходить внезапные отключения питания из-за перегрузки сети. В худшем случае при групповом включении приборов с низким коэффициентом мощности может произойти короткое замыкание.

Что еще может повлиять на срок службы светодиодного светильника?

Современные светодиодные светильники не только экономичны сами по себе, они позволяют добиться еще большей экономии за счет возможности управления ими, в том числе удаленной. Существующие системы диммирования Teliko, Dali и др. чаще всего положительно сказываются на сроке службы оптической части (светодиодов), но могут снизить надежность электрической — появляется больше элементов в электронной схеме, которые могут выйти из строя при эксплуатации. Поэтому, если Вы решили сделать выбор в пользу систем управления, то необходимо вдвойне тщательно изучить «начинку» светильника.

Подведем итог нашего примера: для светодиодного светильника Shine® SMD 150 Вт заявлен срок службы 50 тыс. часов, т.е. в течение данного срока службы светильник обеспечит необходимые светотехнические и эксплуатационные характеристики. Исходя из приведенного выше мини-анализа компонентов это вполне реально при соблюдении правил эксплуатации прибора.

Как проверить достоверность заявленного срока службы светодиодного светильника?

На сегодняшний день четкие практические методики проверки срока службы светодиодного светильника как целого прибора отсутствуют. Поэтому при выборе светодиодного прибора, особенно дорогостоящего, такого, как уличный светодиодный светильник, желательно знать производителей его основных компонентов, а также то, как обеспечивается защита этих компонентов от внешних воздействий. Если компания-производитель сможет продемонстрировать уже реализованную и работающую осветительную установку в течение заявленного срока службы осветительных приборов — это будет весомым аргументом в выборе продукции данной компании. Лучшим доказательством заявленного срока службы является осветительный прибор, уже проработавший этот срок в реальных рабочих условиях без претензий со стороны потребителя.

Срок службы светодиодной лампы, светильника, ленты

Современная светотехника стала сложной и разнообразной, конструкция значительно усложнилась и состоит из множества комплектующих.

Диодный рынок активно растет и за большими доходами туда отправились множество компаний, нагнетая конкуренцию. Чтобы занять существенную часть рынка, требуется выпускать хорошую продукцию или дешевую. Эти две крупные категории товаров всегда пользуются большим спросом и покупателей достаточно.

  • 1. Производители светотехники
  • 2. Что такое ширпотреб?
  • 3. Способы обмана
  • 4. Эффективный и полный срок службы
  • 5. Светодиодная лента

Производители светотехники

Рассмотрим категорию дешевых светодиодных ламп, диодных прожекторов, led лент. В этой сфере за прилавки магазинов борются 20 популярных торговых марок, которые перечислены в разделе Производители.

Производители в России делятся на 2 группы:

  1. торговые марки — выбирают китайские товары, лепят на них свой бренд, затем импортируют в Россию, относится к категории ширпотреб;
  2. «отечественные» производители — самостоятельно проектируют светотехнику и затем изготавливают на заводах в Китае. Светотехника высокого качества, которая соответствуют требуемым стандартам. Цена соответствует качеству.

Что такое ширпотреб?

Наверняка вы замечали, что одна и та же лампочка продается у нескольких производителей под разными названиями и маркировками. Зачастую такие светодиодные лампы закупаются на одном заводе, у которого несколько производственных линий.

Благодаря повышению курса доллара, борьбы за рынки сбыта усилилась, а покупательская способность населения снизилась. За жизнеспособность бизнеса приходится бороться любыми способами, включая не честные. Производители используют различные варианты удешевления:

  1. завышение характеристик;
  2. установка светодиодов похуже, ниже ресурс и качество;
  3. уменьшение количества металла на радиатор;
  4. пластик низкого качества, иногда сильно воняет пластмассой;
  5. упрощается драйвер.

Пример обмана, прожектор работает только 10,000. часов, а не 65,000

Самый популярный и эффективный, это завышение параметров, по которым обычно выбирают светодиодные лампы и светильники:

  • мощность;
  • световой поток;
  • срок службы;
  • указание завышенного эквивалента лампочки накаливания.

Самый лучший и популярный способ продать лампочку, которая одинаковая у разных торговых марок, это завысить параметры.

Рассмотрим на примере светодиодной лампы ASD, которую тестировал и писал обзор. Реальный световой поток лампочки составляет 700 Люмен и мощность 8,5W. Производитель для неё на упаковке указывает 900лм и 11вт. При одинаковой цене, конечно купят лампочку у которой написано 11вт и 900лм. Получается продаст тот, кто лучше обманет покупателя. Этим должен заниматься Роспотребнадзор, без хорошего оборудования покупателю не разобраться и не узнать, что его обманули.

Эффективный и полный срок службы

Угадайте, на какой коробке срок работы завышен?

Хорошие изготовители светодиодного освещения в характеристиках указывают, что срок службы соответствует общепринятому стандарту L70 или LM70. Если световой поток по стандарту L70 равен 30000 часов, значит через 30 т.ч яркость составит 70% от первоначального. Так указывают производители, которые ставят хорошие комплектующие, тем самым гарантируя световой поток.

Для низкокачественной продукции (ширпотреба) не очень добросовестные изготовители указывают полный срок службы. То есть период времени, в течение которого светодиодный прожектор будет светить, пока полностью не потухнет.

Например, для прожектора IEK СДО01-50 на 50W указали срок в 65000ч. Конечно, он не проживет эти 65 тыс.ч, потухнет на 35000ч. А по общепринятому стандарту L70, этот прожектор проработает только 10.000ч. А это в 3 раза меньше, чем у качественного изделия.

Получается светильник с периодом эксплуатации в 30 тыс.ч, по сравнению с 10 тыс.ч ,будет привлекательней для покупателя. Чтобы превратить этот недостаток в достоинство, и указывается полный срок службы. Полный исчисляется до тех пор, когда светильник будет светить как керосинка. Покупатели этого не знают этой особенности указания срока службы и при равной мощности купят тот, у которого указано больше часов. Таким образом нам впаривают китайский ширпотреб, часто по цене качественной светотехники.

При круглосуточной работе:

  • 1г. равен 9000ч.;
  • 2г. это 18.000ч.;
  • 3г. это 27.000ч.

Гарантия от X-Flash 5 лет

Но обратите внимание на гарантийный период, это косвенный показатель:

  1. для совсем низкого качества он устанавливается 1 год, чтобы избежать массового гарантийного обмена;
  2. при среднем качестве дают 2 года;
  3. если изготовитель уверен в своей продукции, то даст от 3 до 5 лет.

Светодиодная лента

Особо хочу выделить светодиодную ленту. Чтобы она вышла из строя, не обязательно должна работать. Некоторые участки диодной ленты могут перестать светится просто полежав полгода в не размотанном виде в стандартной катушке. Продавать её можно хоть по метражу, хоть на развес. При этом никакой маркировки и характеристик вам не предоставят, кроме размера диода, например SMD 5050, SMD 3528, СМД 5630. Продавец ограничится словами «яркая и мощная» и вы ему поверите. Для того чтобы удостовериться в словах продавца, вы посмотрите спецификации на эти светодиоды, информацию по ним публикуют только именитые бренды Samsung, Philips, Osram. Но цифры, например 5630, всего лишь обозначают размер корпуса светодиода, а у него существует более 100 модификаций мощность от 0,07W до 0,5W. Мощность отличается в 7 раз.

Хитрый продавец с радостью подсунет вам китайское барахло, и светодиодная лента начнет тухнуть у вас через 3-5 тыс.ч. грубо говоря проработав 1-2 года. Везде обычно пишут мифические 30.000ч. которые может проработать дорогой и фирменный светодиод, который к вашей ленте не имеет никакого отношения.

Здравствуйте Сергей Какие светильники LED потолочные «Амстронги»вы бы посоветовали (производитель,фирма) для магазина чтоб хотя бы проработали 3 года.При 12 часовом режиме работы в сутки. ,Спасибо.

Почитайте обзор армстронгов от Галад у меня на сайте, оптимальные модели разной ценовой категории.

Здравствуйте. Я недавно задавала вопрос. Стоит ли покупать стиральную машину хаер HW80-B14686, так как в дверце люка повидимому вмонтирована светодиодная лента. Как объяснил продавец, что при стирке люк дверцы светится одним цветом, а при отжиме дугим. Хотелось бы выяснить на сколько надежно во всех случаях — безопасности и сроке службы светодиодов. Большое спасибо.

Светодиодов хватит на 500 лет работы вашей стиральной машины.

Статья хорошая, а народ удивляет- рук совсем нет. Сделал во всей квартире светодиодные лампы сам под встраевыемые светильники из точечные светодиодов на 1 ватт после того, как из купленных 15 галогенок Navigator на 220в 10 перегорели в первый же месяц ( а цена каждой 50 р.) Где надо посветлее поставил 3 штуки в светильник, где яркасть особая не нужна- по одному. Цена получилась от 5 до 15 р. за лампу. Время изготовления каждой не более 10 мин.Светить будут по времени срока службы светодиодов. Еднственно, что денег может стоить — это низковольтные блоки питания, но думаю в каждом доме полно их от старых зарядок от телефонов и планшетов. Если кому будет интересно, напишу подробнее.

Это если уже совсем денег нет, можно готовые блоки купить.

Здравствуйте Сергей.Объясните,пожалуйста,зачем изготовители ламп используют светодиоды с большим выделением тепла (это потери энергии,необходимость мощных радиаторов),не проще ли эксплуатировать диоды в щадящем режиме,а увеличение светового потока достичь количеством светодиодов,увеличивается ресурс лампы,в чем производитель не особо заинтересован.Я для себя могу объяснить это только разницей качества светового потока.Спасибо за ответ.

Комплектующие и светодиоды стоят денежку. Больше диодов, выше цена. Чем больше светодиодов, тем больше корпус и больше расход материалов. В итоге лампа будет стоить в 2 раза дороже.

Сергей, а какие лампочки стоят у вас дома? Если можно, ответе поподробней.

А вам зачем? можно поподробней. Лампы разные, 10 видов, тестируются и постоянно меняются.

Как долго может прослужить светодиодная лампа на самом деле

Светодиодные лампы дороже других типов лампочек, но при этом служат дольше и потребляют меньше электроэнергии. Однако не стоит полагаться на слова производителей об их долговечности.

Срок службы 10 лет — это очень приблизительная цифра

Часто даже для самых недорогих светодиодных ламп производители указывают продолжительность работы до 10 лет, но стоит отметить, что такой срок основан на очень скромном потреблении электроэнергии.

Читайте так же:  Бухгалтерская отчетность как основной источник анализа

Светодиодная лампа может прослужить 10 лет, если будет работать максимум по три часа каждый день. Настолько скромный объём потребления для жилого помещения сегодня встречается редко.

Таким образом, срок службы LED-лампы должен составлять примерно 11 000 часов. Если каждый день мы включаем лампу на восемь часов (на час утром и семь часов вечером), то эта лампа прослужит чуть больше трёх с половиной лет.

По сравнению с лампами накаливания, срок службы которых в среднем составляет 1 000 часов, показатели светодиодных ламп всё равно выглядят впечатляюще. Но на продолжительность работы LED-ламп влияет множество факторов, которые следует принять во внимание.

Главная проблема светодиодных ламп — схема и её компоненты

Если взглянуть на внутренности лампы накаливания, то станет понятно, насколько проста её схема работы: два электрода соединены нитью накаливания, которая нагревается при протекании через неё электрического тока. Это проверенная более чем сотней лет технология.

Устройство лампы накаливания

Светодиодная лампа намного сложнее. В ней вы найдёте резисторы, индукторы, конденсаторы и светодиоды.

Светоизлучающие диоды действительно могут работать очень долго, но остальные компоненты схемы могут подвести гораздо быстрее, особенно в лампах с регулируемой яркостью. Если ваша лампа сгорела гораздо раньше 10 000 часов, скорее всего, причина не в самих светодиодах.

Устройство светодиодной лампы

Светодиодные лампы постепенно угасают

В отличие от ламп накаливания, светодиоды не просто перегорают и перестают работать, а их интенсивность свечения снижается постепенно. Яркость таких ламп заметно изменяется к концу срока их эксплуатации. Производители светодиодных ламп включают в общую продолжительность службы время, за которое яркость снижается до 70% от максимально возможной.

Например, если лампа излучает световой поток 800 люменов, то её деградация до 570 люменов будет считаться нормой в рамках 10 000 часов службы. Яркость ниже 70% от максимального показателя лампы считается недопустимой для исправной работы.

Высокие температуры сокращают срок службы лампы

Электронные приборы выделяют тепло, поэтому приходится использовать вентиляторы, радиаторы или водяные системы охлаждения. Электронику нужно защищать от перегрева, и светодиодные лампы не исключение.

Светодиоды могут перегреваться, но чаще это происходит с остальными компонентами схемы, зажатыми в очень узком пространстве. В конструкции лампы тепловыделение учитывается, но если вставить её в закрытый светильник, то лампа, скорее всего, перегреется и выйдет из строя гораздо раньше заявленного срока.

Лампы прослужат дольше, если вы будете правильно их использовать

Светодиодные лампы существуют на рынке не так долго, чтобы можно было успеть проверить все существующие сценарии их работы и сроки службы. Но можно создать благоприятные условия для их функционирования и избежать неприятных сюрпризов.

  • Не доводите лампы до перегрева. Не закрывайте их полностью, оставляйте отверстия для вентиляции.
  • Помните, что в светодиодных лампах с очень низкой ценой компоненты схемы будут соответствующими.
  • Не смешивайте разные типы ламп в одном светильнике или люстре, например LED-лампы и лампы накаливания. Это может привести к перегреву.
  • Выключайте светильники, когда они вам не нужны. Светодиодные лампы потребляют мало электричества, но бессмысленно создавать себе дополнительные расходы.

Светодиод: устройство, принцип работы, преимущества

Светодиод: устройство, принцип работы, преимущества

Интерес к светодиодам растет быстрее, чем территория их применения в светотехнике. Производители и потребители, продавцы и покупатели - все как будто замерли на старте, боясь отстать от других. И только дизайнеры уже вовсю пользуются уникальными возможностями светодиодов. Давно прошло то время, когда светодиоды были интересны одним лишь ученым. Теперь светодиодная тема у всех на слуху. Говорят, за ними будущее.

Светодиоды излучают не только уникальный по своим характеристикам свет, но и завидный оптимизм по поводу своего места на рынке светотехники. Особенно активно экспансия LED разворачивается в области интерьерного оформления и светодизайна.

Настоящая публикация не случайно построена в форме вопросов и ответов (FAQ, frequently asked questions - часто задаваемые вопросы). Именно так заинтересованный человек подходит к новому для него объекту, с тем чтобы «пощупать» его с разных сторон и уж потом решить: нужен - не нужен. А мне задавать правильные вопросы и находить на них верные ответы помогал профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович, один из ведущих российских специалистов по светодиодам.

1. Что такое светодиод?

Светодиод - это полупроводниковый прибор, преобразующий электрический ток непосредственно в световое излучение. Кстати, по-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.

2. Из чего состоит светодиод?

Из полупроводникового кристалла на подложке, корпуса с контактными выводами и оптической системы. Современные светодиоды мало похожи на первые корпусные светодиоды, применявшиеся для индикации.

Рис. 1. Конструкция светодиода Luxeon фирмы Lumileds lighting.

3. Как работает светодиод?

Свечение возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Значит, прежде всего нужен p-n-переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую - донорскими.

Но не всякий p-n-переход излучает свет. Почему? Во-первых, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электронно-дырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Эти условия в той или иной степени противоречат друг другу.

Реально, чтобы соблюсти оба условия, одного р-п-перехода в кристалле оказывается недостаточно, и приходится изготавливать многослойные полупроводниковые структуры, так называемые гетероструктуры, за изучение которых российский физик академик Жорес Алферов получил Нобелевскую премию 2000 года.

4. Означает ли это, что чем больший ток проходит через светодиод, тем он светит ярче?

Разумеется, да. Ведь чем больше ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя.

5. Чем хорош светодиод?

В светодиоде, в отличие от лампы накаливания или люминесцентной лампы, электрический ток преобразуется непосредственно в световое излучение, и, теоретически, это можно сделать почти без потерь. Действительно, светодиод (при должном теплоотводе) мало нагревается, что делает его незаменимым для некоторых приложений. Далее, светодиод излучает в узкой части спектра, его цвет чист, что особенно ценят дизайнеры, а УФ- и ИК-излучения, как правило, отсутствуют. Светодиод механически прочен и исключительно надежен, его срок службы достигает 100 тысяч часов, что в 100 раз больше, чем у лампочки накаливания, и в 10 раз больше, чем у люминесцентной лампы. Наконец, светодиод - низковольтный электроприбор, а стало быть, безопасный.

6. Чем плох светодиод?

Только одним - ценой. Пока что цена одного люмена, излученного светодиодом, в 100 раз выше, чем галогенной лампой. Но специалисты утверждают, что в ближайшие 2-3 года этот показатель будет снижен в 10 раз.

7. Когда светодиоды начали применяться для освещения?

Первоначально светодиоды применялись исключительно для индикации. Чтобы сделать их пригодными для освещения, необходимо было прежде всего научиться изготавливать белые светодиоды, а также увеличить их яркость, а точнее светоотдачу, то есть отношение светового потока к потребляемой энергии.

В 60-х и 70-х годах были созданы светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации. По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Одно было плохо - не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

К концу 80-х годов в СССР выпускалось более 100 млн светодиодов в год, а мировое производство составляло несколько десятков миллиардов.

8. От чего зависит цвет светодиода?

Исключительно от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника, и от легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

9. Какие трудности пришлось преодолеть ученым, чтобы изготовить голубой светодиод?

Голубые светодиоды можно сделать на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны - карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. (Помните таблицу Менделеева?)

У светодиодов на основе SiC оказался слишком мал КПД и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару). У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и служили недолго. Оставалась надежда на нитриды.

Нитрид галлия GaN плавится при 2000 °С, при этом равновесное давление паров азота составляет 40 атмосфер; ясно, что растить такие кристаллы непросто. Аналогичные соединения - нитрилы алюминия и индия - тоже полупроводники. Их соединения образуют тройные твердые растворы с шириной запрещенной зоны, зависящей от состава, который можно подобрать так, чтобы генерировать свет нужной длины волны, в том числе и синий. Но. проблему не удавалось решить до конца 80-х годов.

Первым, еще в 70-х, голубой светодиод на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке удалось получить профессору Жаку Панкову (Якову Исаевичу Панчечникову) из фирмы IBM (США). Квантовый выход был достаточен для практических применений, однако руководство сказало: «Ну, это ж на сапфире - дорого и не так уж ярко, к тому же p-n-переход нехорош. » - и работы Панкова не поддержали.

Между тем группа Сапарина и Чукичева из МГУ обнаружила, что под действием электронного пучка GaN с примесью цинка становится ярким люминофором, и даже запатентовала устройство оптической памяти. Но тогда загадочное явление объяснить не удалось.

Это сделали японцы - профессор И. Акасаки и доктор X. Амано из университета Нагоя. Обработав пленку GaN с примесью магния электронным пучком со сканированием, они получили ярко люминесцирующий слой р-типа с высокой концентрацией дырок. Однако разработчики светодиодов не обратили должного внимания на их публикации.

Лишь в 1989 году доктор Ш. Накамура из фирмы Nichia Chemical, исследуя пленки нитридов элементов III группы, сумел воспользоваться результатами профессора Акасаки. Он так подобрал легирование (Мд, Zn) и термообработку, заменив ею электронное сканирование, что смог получить эффективно инжектирующие слои р-типа в GaN-гетероструктурах. Вот как был получен голубой светодиод.

Фирма Nichia запатентовала ключевые этапы технологии и к концу 1997 года выпускала уже 10-20 млн голубых и зеленых светодиодов в месяц, а в январе 1998 года приступила к выпуску белых светодиодов.

10. Что такое квантовый выход светодиода?

Квантовый выход - это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электроннодырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний - в самом p-n-переходе, внешний - для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» - поглощаться, рассеиваться). Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим теплоотводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а для синих - 35%.

Внешний квантовый выход - одна из основных характеристик эффективности светодиода.

11. Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый - смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

12. Какой из трех способов лучше?

У каждого способа есть свои достоинства и недостатки. Технология RGB в принципе позволяет не только получить белый цвет, но и перемещаться по цветовой диаграмме при изменении тока через разные светодиоды. Этим процессом можно управлять вручную или посредством программы, можно также получать различные цветовые температуры. Поэтому RGB-матрицы широко используются в светодинамических системах. Кроме того, большое количество светодиодов в матрице обеспечивает высокий суммарный световой поток и большую осевую силу света. Но световое пятно из-за аберраций оптической системы имеет неодинаковый цвет в центре и по краям, а главное, из-за неравномерного отвода тепла с краев матрицы и из ее середины светодиоды нагреваются по-разному, и, соответственно, по-разному изменяется их цвет в процессе старения - суммарные цветовая температура и цвет «плывут» за время эксплуатации. Это неприятное явление достаточно сложно и дорого скомпенсировать.

Белые светодиоды с люминофорами существенно дешевле, чем светодиодные RGB-матрицы (в пересчете на единицу светового потока), и позволяют получить хороший белый цвет. И для них в принципе не проблема попасть в точку с координатами (0.33, 0.33) на цветовой диаграмме МКО. Недостатки же таковы: во-первых, у них меньше, чем у RGB-матриц, светоотдача из-за преобразования света в слое люминофора; во-вторых, достаточно трудно точно проконтролировать равномерность нанесения люминофора в технологическом процессе и, следовательно, цветовую температуру; и наконец в-третьих - люминофор тоже стареет, причем быстрее, чем сам светодиод. Промышленность выпускает как светодиоды с люминофором, так и RGB-матрицы - у них разные области применения.

13. Каковы электрические и оптические характеристики светодиодов?

Светодиод - низковольтный прибор. Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА. Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше - от нескольких сотен мА до 1А в проекте. В светодиодном модуле отдельные светодиоды могут быть включены последовательно, и суммарное напряжение оказывается более высоким (обычно 12 или 24 В).

При подключении светодиода необходимо соблюдать полярность, иначе прибор может выйти из строя. Напряжение пробоя указывается изготовителем и обычно составляет более 5В для одного светодиода. Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают в телесном угле от 4 до 140 градусов. Цвет, как обычно, определяется координатами цветности и цветовой температурой, а также длиной волны излучения.

Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется светоотдача: величина светового потока на один ватт электрической мощности. Также интересной маркетинговой характеристикой оказывается цена одного люмена.

14. Как реагирует светодиод на повышение температуры?

Говоря о температуре светодиода, необходимо различать температуру на поверхности кристалла и в области p-n-перехода. От первой зависит срок службы, от второй - световой выход. В целом с повышением температуры p-n-перехода яркость светодиода падает, потому что уменьшается внутренний квантовый выход из-за влияния колебаний кристаллической решетки. Поэтому так важен хороший теплоотвод.

Падение яркости с повышением температуры не одинаково у светодиодов разных цветов. Оно больше у AlGalnP- и AeGaAs-светодиодов, то есть у красных и желтых, и меньше у InGaN, то есть у зеленых, синих и белых.

15. Почему нужно стабилизировать ток через светодиод?

Как видно из рисунка 2, в рабочих режимах ток экспоненциально зависит от напряжения и незначительные изменения напряжения приводят к большим изменениям тока. Поскольку световой выход прямо пропорционален току, то и яркость светодиода оказывается нестабильной. Поэтому ток необходимо стабилизировать. Кроме того, если ток превысит допустимый предел, то перегрев светодиода может привести к его ускоренному старению.

16. Для чего светодиоду требуется конвертор?

Конвертор (в англоязычной терминологии driver) для светодиода - то же, что балласт для лампы. Он стабилизирует ток, протекающий через светодиод.

Читайте так же:  Трудовой кодекс при работе на компьютере

17. Можно ли регулировать яркость светодиода?

Яркость светодиодов очень хорошо поддается регулированию, но не за счет снижения напряжения питания - этого-то как раз делать нельзя, - а так называемым методом широтно-импульсной модуляции (ШИМ), для чего необходим специальный управляющий блок (реально он может быть совмещен с блоком питания и конвертором, а также с контроллером управления цветом RGB-матрицы). Метод ШИМ заключается в том, что на светодиод подается не постоянный, а импульсно-модулированный ток, причем частота сигнала должна составлять сотни или тысячи герц, а ширина импульсов и пауз между ними может изменяться. Средняя яркость светодиода становится управляемой, в то же время светодиод не гаснет. Небольшое изменение цветовой температуры светодиода при диммировании несравнимо с аналогичным смещением для ламп накаливания.

18. Чем определяется срок службы светодиода?

Считается, что светодиоды исключительно долговечны. Но это не совсем так. Чем больший ток пропускается через светодиод в процессе его службы, тем выше его температура и тем быстрее наступает старение. Поэтому срок службы у мощных светодиодов короче, чем у маломощных сигнальных, и составляет в настоящее время 20-50 тысяч часов. Старение выражается в первую очередь в уменьшении яркости. Когда яркость снижается на 30% или наполовину, светодиод надо менять.

19. «Портится» ли цвет светодиода с течением времени?

Старение светодиода связано не только со снижением его яркости, но и с изменением цвета. В настоящее время нет стандартов, которые позволили бы выразить количественно изменение цвета светодиодов в процессе старения и сравнить с другими источниками.

20. Не вреден ли светодиод для человеческого глаза?

Спектр излучения светодиода близок к монохроматическому, в чем его кардинальное отличие от спектра солнца или лампы накаливания. Хорошо это или плохо - доподлинно не известно, потому что, насколько я знаю, серьезных исследований в этой области нигде не проводилось. Какие-либо данные о вредном воздействии светодиодов на человеческий глаз отсутствуют.

Есть надежда, что вскоре влияние светодиодов на зрение будет изучено досконально. Проблемой заинтересовался академик Михаил Аркадьевич Островский - крупный специалист в области цветного зрения. Тема, за решение которой он взялся, называется так: «Психофизическое восприятие светодиодного освещения системой зрения человека».

21. Когда и как сверхъяркие светодиоды появились в России?

Об этом лучше всех расскажет профессор Юнович.

Люминесценцию карбида кремния впервые наблюдал Олег Владимирович Лосев в Нижегородской радиотехнической лаборатории в 1923 г. и показал, что она возникает вблизи p-n-перехода. Первая научная статья о кристаллах нитрида галлия была опубликована профессором МГУ Г.С. Ждановым в 30-х гг. Люминесценцию в гетероструктурах на основе арсенида галлия впервые исследовали в лаборатории Ж.И. Алферова в 60-х гг. и показали, что можно создать структуры с внутренним квантовым выходом близким к 100%. Разработки структур и светодиодов на основе нитрида галлия велись в ленинградских Политехническом и Электротехническом институтах, в Калуге, в Зеленограде в 70-х гг., но они тогда не привели к созданию эффективных голубых светодиодов.

В 1995 году я прочел первые статьи Накамуры и понял, что «голубая проблема» в принципе решена. Тогда же я получил грант соросовского фонда. В декабре на эти деньги я смог поехать на конференцию в США, и там профессор Жак Панков познакомил меня с Ш. Накамурой. Я забросил наживку: мол, хочу приобщить студентов Московского университета к передовым достижениям в области голубых светодиодов и рассказать им о столь замечательном изобретении. Рыбка клюнула, и в феврале я получил от д-ра Ш. Накамуры из Японии бандеролью 10 светодиодов от фиолетового до зеленого. Все потом оказалось просто - фирма Nichia Chemical начинала выпуск светодиодов на рынок и была заинтересована в научной рекламе. В лаборатории МГУ мы их досконально исследовали, сняли все характеристики и получили новые научные результаты. Д-р Ш. Накамура дал любезное согласие на совместную публикацию наших первых статей.

Одновременно специалисты из группы Бориса Ферапонтовича Тринчука в Зеленограде продемонстрировали образцы зеленых светодиодов начальникам из ГАИ и получили положительный отзыв. Все дело в том, что эта группа сделала опытный образец светодиодного светофора, но у них не было хороших зеленых светодиодов. Светофоры с новыми сверхъяркими зелеными светодиодами намного превосходили светофоры с лампами, и московское правительство сделало заказ на 1000 светодиодных светофоров к 850-летию Москвы. Такое везение!

Как раз тогда у нас гостила киргизская скрипачка Райкан Карагулова - выпускница Московской консерватории, ученица моей жены, которая работала в Японии первым концертмейстером симфонического оркестра в Осаке. Выяснилось, что место ее работы находится неподалеку от фирмы Nichia Chemical! Б.Ф. Тринчук дал ей тысячу долларов и попросил купить на них и прислать на мой адрес 200 зеленых светодиодов. Из них были изготовлены первые светофоры из той юбилейной тысячи. Москва стала первым в мире городом с массовым применением светодиодных светофоров.

Наши ученые и инженеры в НИИ «Сапфир» пытались повторить достижение японцев и изготовить структуры на основе нитридов для голубых и зеленых светодиодов на старой эпитаксиальной установке, которую пришлось модернизировать, чтобы достичь более высоких температур и давлений. Но инициатива заглохла из-за отсутствия денег и интереса руководства.

22. Какие на сегодняшний день существуют технологии изготовления светодиодов и светодиодных модулей?

Что касается выращивания кристаллов, то основная технология - металлоорганическая эпитаксия. Для этого процесса необходимы особо чистые газы. В современных установках предусмотрены автоматизация и контроль состава газов, их раздельные потоки, точная регулировка температуры газов и подложек. Толщины выращиваемых слоев измеряются и контролируются в пределах от десятков ангстрем до нескольких микрон. Разные слои необходимо легировать примесями, донорами или акцепторами, чтобы создать p-n-переход с большой концентрацией электронов в n-области и дырок - в р-области.

За один процесс, который длится несколько часов, можно вырастить структуры на 6-12 подложках диаметром 50-75 мм. Очень важно обеспечить и проконтролировать однородность структур на поверхности подложек. Стоимость установок для эпитаксиального роста полупроводниковых нитридов, разработанных в Европе (фирмы Aixtron и Thomas Swan) и США (Emcore), достигает 1,5-2 млн долларов. Опыт разных фирм показал, что научиться получать на такой установке конкурентоспособные структуры с необходимыми параметрами можно за время от одного года до трех лет. Это технология, требующая высокой культуры.

Важным этапом технологии является планарная обработка пленок: их травление, создание контактов к n- и р-слоям, покрытие металлическими пленками для контактных выводов. Пленку, выращенную на одной подложке, можно разрезать на несколько тысяч чипов размерами от 0,24 x 0,24 до 1 x 1 мм2/.

Следующим шагом является создание светодиодов из этих чипов. Необходимо смонтировать кристалл в корпусе, сделать контактные выводы, изготовить оптические покрытия, просветляющие поверхность для вывода излучения или отражающие его. Если это белый светодиод, то нужно равномерно нанести люминофор. Надо обеспечить теплоотвод от кристалла и корпуса, сделать пластиковый купол, фокусирующий излучение в нужный телесный угол. Около половины стоимости светодиода определяется этими этапами высокой технологии.

Необходимость повышения мощности для увеличения светового потока привела к тому, что традиционная форма корпусного светодиода перестала удовлетворять производителей из-за недостаточного теплоотвода. Надо было максимально приблизить чип к теплопроводящей поверхности. В связи с этим на смену традиционной технологии и несколько более совершенной SMD-технологии (surface montage details - поверхностный монтаж деталей) приходит наиболее передовая технология СОВ (chip on board). Светодиод, изготовленный по технологии СОВ, схематически изображен на рисунке.

Светодиоды, выполненные по SMD- и СОВ-технологии, монтируются (приклеиваются) непосредственно на общую подложку, которая может исполнять роль радиатора - в этом случае она делается из металла. Так создаются светодиодные модули, которые могут иметь линейную, прямоугольную или круглую форму, быть жесткими или гибкими, короче, призваны удовлетворить любую прихоть дизайнера. Появляются и светодиодные лампы с таким же цоколем, как у низковольтных галогенных, призванные им на замену. А для мощных светильников и прожекторов изготавливаются светодиодные сборки на круглом массивном радиаторе.

Раньше в светодиодных сборках было очень много светодиодов. Сейчас, по мере увеличения мощности, светодиодов становится меньше, зато оптическая система, направляющая световой поток в нужный телесный угол, играет все большую роль.

23. Кто в мире сегодня производит светодиоды?

Чтобы делать качественные светодиоды в нужном количестве, понадобилось слияние двух отраслей - электронной и светотехнической. Все западные гиганты, производящие светодиоды для светотехники по полному циклу, начиная с производства чипов и заканчивая различными светодиодными модулями и сборками, а также светильниками на их основе, идут по этому пути. General Electric заключила союз с производителем полупроводниковых приборов Emcore, создав компанию GEL Core. Philips Lighting совместно с Agilent, дочерней компанией Hewlett-Packard, создали предприятие LumiLeds. Osram объединяет усилия с полупроводниковыми предприятиями своей материнской компании Siemens. Как заметил Макаранд Чипалкатти, менеджер по маркетингу из подразделения Opto Semiconductors компании Osram Sylvania, специализирующемуся на устройствах LED, производители светотехники сами уничтожают свой бизнес. Но если сегодня не «наступить на горло собственной песне», то завтра придут другие и сделают это куда более жестко.

Впрочем, существуют компании, специализирующиеся только на производстве чипов. Это предприятия радиоэлектронной промышленности, и они не занимаются светотехникой. К их числу относится Nichia Corporation.

24. Каковы основные производители светодиодных модулей и сборок и представленные ими модельные ряды?

Чипы и отдельные светодиоды производят компании Nichia Corporation, Сгее, LumiLeds Lighting, Opto Technology, Osram Opto Semiconductors, GEL Core. Массовое производство структур и чипов для светодиодов ведут тайваньские фирмы Lite-On, Taiwan Oasis и др.

В России светодиоды производят компании Корвет Лайт, Светлана Оптоэлектроника, Оптэл, Оптоника. По конструкции и технологическому исполнению наши светодиоды не уступают зарубежным, специалисты перечисленных компаний имеют соответствующие патенты. В Москве и Санкт-Петербурге есть возможность выращивать собственные чипы - например, эпитаксиальная установка имеется в Санкт-Петербургском физтехе, - но для промышленного производства необходимо крупное финансирование, и пока наши компании используют зарубежные чипы.

25. Где сегодня целесообразно применять светодиоды?

Светодиоды находят применение практически во всех областях светотехники, за исключением освещения производственных площадей, да и там могут использоваться в аварийном освещении. Светодиоды оказываются незаменимы в дизайнерском освещении благодаря их чистому цвету, а также в светодинамических системах. Выгодно же их применять там, где дорого обходится частое обслуживание, где необходимо жестко экономить электроэнергию, и где высоки требования по электробезопасности.

26. Возможности и применение

Изобретение первых светодиодов - полупроводниковых диодов в эпоксидной оболочке, выделяющих монохроматический свет при подключении к электротоку - относится к 1960-м годам. Однако до 1980-х низкая яркость, отсутствие светодиодов синего и белого цветов, а также высокие затраты на их производство ограничивали их массовое применение в качестве источников света. Поэтому светодиоды в основном использовали в наружных электронных табло, ими оборудовали системы регулирования дорожного движения, применяли в оптоволоконных системах передачи данных и медицинском оборудовании.

Появление сверх ярких, а также синих (в середине 1990-х годов) и белых диодов (в начале XXI века) и постоянное снижение их рыночной стоимости привлекли внимание многих производителей к данным источникам света. Светодиоды стали использовать в качестве индикаторов режимов работы электронных устройств, в подсветке жидкокристаллических экранов различных приборов, в том числе - мобильных телефонов и пр. Впоследствии применение светодиодов основных цветов (красного, синего и зеленого) позволило получать цвета вывесок фактически любых оттенков, а также конструировать из них дисплеи с выводом полноцветной графики и анимации.

Светодиоды, за счет их малой потребности в электроэнергии, - оптимальный выбор декоративного освещения в местах, где существуют проблемы с энергетикой.

Срок службы светодиодов, превышающий в 6-8 раз долговечность люминесцентных ламп, относительная простота в работе с ними на этапе сборки изделий, отсутствие необходимости в регулярном обслуживании и их антивандальные качества делают эти источники света конкурентоспособными с более традиционными газоразрядными, люминесцентными лампами и лампами накаливания. Одним из немногих и существенных аспектов, за счет которого неон удерживает свои позиции в сегменте подсветки вывесок, является пока еще более высокая стоимость светодиодов.

27. Преимущества

Экономично.

Одним из достоинств светодиодов является их долговечность. Данные источники света обладают ресурсом использования 100 000 часов, а ведь это 10-12 лет непрерывной работы. Для сравнения - максимальный срок работы неоновых и люминесцентных ламп составляет 10 тыс. часов.

За это же время в световом модуле, использующем люминесцентные лампы, их нужно будет сменить 8-10 раз, а лампы накаливания придется заново «вкручивать» от 30 до 40 раз. Использование светодиодных модулей позволяет снизить затраты на электроэнергию до 87%!

Удобно.

Светодиодный модуль - многокомпонентная структура с неприхотливой схемой подключения. В цепочке, скажем, из полусотни светодиодов один-два неисправных не только не выводят рекламный фрагмент из строя, но даже не влияют на суммарное световое излучение. Гигантский ресурс работы светодиодов практически решает проблемы, связанные с необходимостью их замены. Кроме того, светоизлучающие диоды способны надежно функционировать в самом широком диапазоне рабочих температур.

Надежно.

Есть надежность совершенно особого рода - та, от которой порою зависят человеческие жизни. Применение светодиодов в устройствах отображения информации (дорожные знаки, светофоры, информационные табло и т.д.) ведет к значительному увеличению расстояния их восприятия человеческим глазом. Неслучайно во многих крупных городах развитых стран уже нет обычных светофоров, а светодиодные схемы используются в воздушных и надводных навигационных системах.

Другим аспектом, благодаря которому светодиодам некоторыми заказчиками отдается предпочтение, являются их прочность и антивандальные качества. В отличие от стеклянных трубок данные источники света изготовлены из пластика. За счет этого их нелегко вывести из строя посредством механических повреждений. Характерное напряжение, необходимое для работы одного светодиода, - 3-4 вольта. Поэтому в условиях, когда требуется соблюдение повышенных мер безопасности или нет возможности использовать высокие напряжения, светодиоды являются оптимальным выбором. Рабочее напряжение светодиодных модулей, как упоминалось ранее, составляет 10-12 В. Очевидно, что при низком напряжении не требуется применять провода большого сечения с сильной изоляцией. Это также облегчает подключение светодиодов к электросети. У газоразрядных трубок, в отличие от светодиодов, есть порог срабатывания: чтобы источник света загорелся, в начале необходимо подать на разряд необходимое напряжение. Светодиоды же начинают излучать свет сразу при подключении к электросети, и их яркость легко регулировать наращиванием или снижением напряжения практически сразу после включения. Одним из важных преимуществ светодиодов является устойчивость к воздействию низких температур. Известно, что на морозе внутри газоразрядных источников света происходит вымерзание ртути, и это приводит к снижению яркости свечения. При отрицательных температурах также возникают проблемы с включением неона. Светодиоды лишены этих минусов.

Красиво.

Если бы LED-технологии не изобрели светотехники, их бы создали дизайнеры. Светодиоды, в отличие от ламп с неоном, имеют практически неограниченные возможности для «игры» со спектрами, цепочки которых можно выстроить таким образом, чтобы световые акценты точно работали на образ. Плавные, почти незаметные для глаза световые переходы от пика к пику в плане выразительности, конечно, уступают живописи, но оставляют далеко позади другие источники света. Изощренная цветодинамика, характерная для светодиодных модулей, способна удовлетворить требования самого требовательного дизайнера. Интересно, что игра со спектрами имеет и экологическое значение. Ведь кривые чувствительности, скажем, растений и человеческого глаза не совпадают: те спектры, которые комфортны для нашего глаза, часто дискомфортны для растений, и наоборот. Зональное использование различных светодиодных «цепочек» в тех интерьерах, где одновременно пребывают и растения, и человек, снимают эту проблему.

Представительно.

Светодиодные модули необычайно компактны. Различные сувениры, миниатюрные стенды и компактные табло, украшенные светодиодной символикой компании, смотрятся на удивление выразительно и необычно. Доля рынка светотехнических изделий, занимаемая светодиодами, составляет ничтожную долю. В развитых странах, особенно в крупных городах и столицах, она медленно, но верно возрастает. Своеобразным символом этой нежной и неизбежной революции стало гигантское 500-метровое полотно из светодиодов, непрерывно протянувшееся над главной улицей Лас-Вегаса.