Полупроводниковая электроника уже успела подарить нам персональные компьютеры, мобильные телефоны, цифровые фотоаппараты и прочие блага цивилизации. Однако полупроводники лишь недавно начали входить в важнейший элемент нашей жизни -
освещение помещений. Для начала разберем существующие способы освещения в темное время суток.
Открывает парад обычная лампочка накаливания - изобретение Томаса Эдисона имеет самый низкий КПД - только 10% получаемой энергии излучает в виде полезного света, и то не белого, а желтого. Остальные 90% тратятся на нагрев. Почему это
так?
В "лампочке Ильича" светится раскаленная спираль, а спектр свечения нагретого тела зависит в основном от его температуры. Естественным освещением для нашего глаза является выдаваемое поверхностью Солнца, которая раскалена до 6000
градусов. Соответственно излучение в таком спектре лучше всего воспринимается человеком. Из-за существенно более низкой температуры нагрева спирали лампа накаливания светит в основном в другом спектральном диапазоне (инфракрасном), и на
видимую часть спектра приходится самый минимум.
Соответственно для увеличения яркости нужно повышать температуру накала. Для этого колбу заполняют газом под высоким давлением, чтобы нить не испарялась при более высокой температуре, — получается галогенная лампа. При этом галогенка
излучает в видимом диапазоне до 15% затраченной мощности. И вот это уже потолок для технологии предусматривающей получение света от нагретой спирали. Для повышения КПД необходимо перебираться на принципиально другие технологии сейчас это
люминесцентные лампы и светодиоды.
Итак, начнем с люминисцентных лампочек - они светятся, когда в них загорается электрический разряд: в заполняющем трубку газе некоторое количество электронов отрывается от своих атомов и движется с ускорением в электрическом поле. Когда
такой ускоренный электрон сталкивается с атомом, он отдает энергию в виде ультрафиолетового излучения. Трубка покрыта изнутри люминофором, который поглощает этот ультрафиолетовый свет и переизлучает его уже как видимый свет. Таким
образом теоретически весь ультрафиолет и переводится в видимый свет. На практике люминесцентные лампы примерно в 4 раза эффективнее ламп накаливания. Несомненным преимуществом энергосберегающих люминисцентных ламп является их
долговечность и относительно низкая цена. Раньше недостатком являлась "температура" света, однако сейчас выпускаются лампочки не отличимые от привычного диапазона лампы накаливания. Таким образом основной проблемой на сегодняшний день
является утилизация перегоревших лампочек - из-за содержания ртути их нельзя выбрасывать в мусор. Одна разбитая на свалке люминисцентная лампа отравляет 27 литров воды!
К счастью есть более интересная и безопасная с точки зрения экологии альтернатива — светодиоды. Судите сами: светодиод излучает непосредственно видимый свет, светит втечение нескольких лет непрерывной работы, не содержит ртути и прочих
вредных веществ, не перегорает при включении/выключении, не требует высоковольтного питания. Светодиодные лампочки компактны и работают в мороз или жару одинаково эффективно. Как всегда есть ложка дегтя - цена, которая впрочем
стремительно снижается с годами.
Давайте разберем принцип работы светодиода и почему он так хорош. По сути, это тот же самый полупроводниковый диод, который применяется в электрических схемах как выпрямитель, только сделан он не из кремния, а из «прямозонных»
полупроводников.Цвет излучения зависит от энергии фотонов: увеличивая энергию, мы движемся от красного цвета к фиолетовому.
Проще говоря светодиод — это маленький кусочек полупроводникового кристалла встроенный в прозрачный корпус, который служит заодно и линзой для собирания света, не имеющий раскаленных, газообразных, агрессивных составных частей. В теории
КПД светодиода составляет до 100%. он излучает практически чистый спектральный цвет, который можно подобрать, выбирая в качестве основы полупроводниковый материал с нужной шириной запрещенной зоны.
Первыми были получены зеленые и красные светодиоды, которые весьма быстро нашли применение вкачестве индикаторов на бытовой технике и в... светофорах. Почему? Во-первых, нужный цвет без всяких цветофильтров, во-вторых около 20 Ватт
потребления, в-третьих, у Вас хоть раз лампочна на мониторе перегорала)?
Не меньшую популярность приобрели светодиоды и для подсветки архитектурных сооружений, создания световых композиций, в ландшафтном дизайне. Вспомним - всетемпературность, всепогодность, не чему разбиваться и вдобавок постоянное
переключение питания им не страшно.
Однако применять цветные светодиоды для помещений явно не подходит. На получение белых светодиодов ушло больше всего времени, ведь белый цвет - составной. Варианта получения белого цвета два — это смешать красный, зеленый и синий (как
это происходит в ЭЛТ телевизоре) или, что применимо именно для освещения - берется синий светодиод, на него наносится слой люминофора, который преобразует часть синего света в желтый — в результате получается белый цвет. Именно по
второму методу и работают светодиоды в лампах.
Лет семь назад стоимость белого светодиода была буквально заоблачной, однако производство сверхъярких светодиодов возрастает на 30—40% в год. Вполне естественным на этом фоне является постоянное вложение денег в разработку, благодаря
чему уже сейчас цена упала до приемлемого уровня. Более того она будет снижаться примерно в 10 раз каждые 10 лет.
Учитывая нынешние цены разумным подходом можно считать покупку люминисцентных лампочек для "общего" освещения и светодиодных для "местного" - настольных ламп и т.п. Упрощает этот переход, то, что как люминисцентные, так и светодиодные
лампочки выпускаются со стандартными цоколями. Срок гарантии на люминисцентные лампы 1-3 года, для светодиодных этот показатель может быть еще выше.
пока нет ни одного комментария, ваш будет первым