Введение.

Современная наука наперегонки бежит с современными же технологиями. Обыватель зачастую не успевает удивляться техническим и технологическим чудесам, отмечая, что будущее уже наступило…
Например, всего чуть более ста лет прошло с момента изобретения первой лампы накаливания, достойной массового производства и применения.

А сегодня ночные города сияют электрическими иллюминациями, одна краше другой. Этой красотой, как и возможностям искусственного освещения, мы обязаны достижениям науки в области создания электрических источников света, а также разработчикам и производителям. Сегодня наиболее перспективными разработками в этой области являются полупроводниковые светодиоды, возможности которых далеко превосходят привычные источники света. Эта статья посвящена светодиодам, принципам работы светодиодных светильников, истории создания светодиодов и перспективам твердотельных источников света.

История создания светодиодов.

Еще в двадцатых годах прошлого столетия русский ученый и инженер О. В. Лосев в ходе радиотехнических экспериментов с детекторным приемником, обнаружил малозаметный, но странный побочный эффект – при приложении небольшого прямого напряжения к детектору (фактически детектором был кристалл карбида кремния, один из первых полупроводников) некоторые области кристалла начинали излучать слабый голубоватый свет. При обратном напряжении эффект не повторялся, интенсивность свечения немного зависела от проходящего через детектор (диод) тока, но была все же весьма низкой, едва фиксируемой глазом. При этом кристалл-диод нисколько не нагревался, было очевидно, что свечение является результатом каких-то неведомых доселе процессов, рождающихся при взаимодействии полупроводника и электрического тока.
Открытие этого таинственного явления прошло практически незамеченным, ведь практической ценности оно, как казалось, не имело, да и подводить научную базу под полученные факты тогда было признано бесперспективным занятием. Лишь в начале шестидесятых годов двадцатого века ученые вплотную занялись исследованиями странной способности некоторых полупроводников испускать свет при прохождении электрического тока. Начинался рассвет новой эпохи в области искусственного освещения - эпохи твердотельных источников света – светодиодов.

Сегодня физика работы светодиода кажется весьма простой: при подаче «прямого» напряжения на p- и n- области кристалла полупроводника, через p-n переход носителями положительных и отрицательных зарядов начинает создаваться электрический ток. В процессе передачи тока происходит так называемая рекомбинация – слияние и взаимная компенсация электронов (отрицательных зарядов) и «дырок» (положительных зарядов). Но рекомбинация, как явление энергетических превращений, обязательно сопровождается излучением какого-либо кванта. В обычных полупроводниках высвобожденная энергия рекомбинации превращается в тепло. Но изменяя состав полупроводникового кристалла, возможно достичь эффекта, когда «свободным» квантом рекомбинации будет фотон. А фотон, как известно – квант света. Таким образом, свечение светодиода есть следствие рекомбинации зарядов в p-n переходе полупроводника специального состава. Очевидно, что если практически вся энергия рекомбинации переходит в световую, на тепловую ничего не остается. Этим объясняется отсутствие нагрева работающего светодиода. Точнее, небольшой нагрев рабочего тела имеет совсем другую природу, нежели рождение света.

Цвет излучаемого светодиодом света не монохроматичен, как у лазера, но имеет довольно узкий спектр, что долгое время определяло область применения светодиодов как индикаторных приборов. Но в зависимости от состава полупроводника, оказалось возможным создавать светодиоды, излучающие от средне-инфракрасного до жесткого ультрафиолетового спектры. Эта особенность светодиодов сильно расширила горизонты применения приборов, от медицинских до научно-исследовательских лабораторий. Легкий, надежный, эффективный и стабильный источник излучения нашел применение в тысячах и тысячах отраслях.

Но, до последнего времени, не в области искусственного освещения. Все дело именно в узком спектре излучаемого светодиодом света, который может служить аварийной подсветкой, индикатором, но никак не комфортным источником освещения. Но, как сказано во введении, наука не стоит на месте и в последние несколько лет ученые создали новое поколение светодиодов, вплотную подошедших к спектральным параметрам самых лучших ламп освещения, а по многим другим критериям – далеко обогнавшим своих газонаполненных собратьев. Сверхяркие, всех возможных цветов и мощностей, экономичные, легкие и миниатюрные источники засияли как маленькие звезды, грозя полностью вытеснить лампы накаливания и прочие обыденные электрические источники света.

Сверхяркие светодиоды.Современный светодиод представляет собой двухвыводной прибор в прозрачном или полупрозрачном пластиковом литом корпусе различных цветов. В глубине пластика запаян непосредственно кристалл светодиода, корпус совмещает роли линзы и защитного покрытия. Размеры светодиодов, в зависимости от назначения и мощности, колеблются от десятых долей миллиметра до нескольких сантиметров. Питается светодиод постоянным или пульсирующим стабильным током, управляя которым, можно в широких пределах менять яркость свечения светодиода. Современная электроника создала целое направление устройств – источников питания для светодиодных ламп и одиночных светодиодов. Таким образом, питать светодиодную лампу можно практически от любого источника электроэнергии, необходим только дешевый электронный преобразователь нужного типа, дающий стабильный ток необходимой величины. Как правило, такой преобразователь встроен в цоколь наиболее распространенных светодиодных ламп под сеть напряжением 220 Вольт.

Обзор искусственных источников света.

До изобретения сверхярких светодиодов белого цвета (то есть с широким спектром излучения), человечество, казалось бы, располагало широчайшим арсеналом электрических источников света. Самые распространенные – лампы накаливания. Простые, дешевые, неприхотливые, они долгое время являлись абсолютным чемпионом по распространенности, попутно эволюционировав в еще один подвид – галогенные лампы, самые мощные по световому потоку. Но при всех своих достоинствах, лампы накаливания обладали и рядом существенных недостатков: низкий КПД, требовательность к питающему напряжению, конструктивную непрочность и хрупкость, подверженность выходу из строя от вибрации и перегрузок. Не говоря уже о том, что создать лампу накаливания, скажем, синего цвета практически нереально – чтобы получить синий цвет, нить нужно раскалить до десятка тысяч градусов по Цельсию – ни один из известных металлов или сплавов не может выдержать такую температуру. Поэтому различные цвета свечения получались путем применения световых фильтров, конечно же, на порядки снижая световой поток. В общем – неэффективно. Да и сильный нагрев ламп накаливания постоянно приводил к проблемам установки и размещения.

Более интересными казались газонаполненные люминесцентные лампы. Там источником света служило покрытие-люминофор, нанесенное на внутреннюю сторону колбы лампы. Светиться люминофор заставляло ультрафиолетовое излучение, получаемое путем прохождения высоковольтного разряда через газ внутри колбы. Лампы этого типа имеют более высокий КПД, комфортный спектр видимого света. Но они более дороги, менее надежны, требуют сложного высоковольтного источника питания. Не говоря уж о том, что помимо видимого света излучают еще ультрафиолет вплоть до рентгеновского спектра. Немного, но излучают – а это может нанести вред здоровью человека.

Существует еще множество специальных типов ламп. Это индукционные, ртутные, дуговые лампы, неоновые источники света, ксеноновая дуговая лампа, различные виды газоразрядных ламп. Но все они имеют ряд недостатков и пригодны только для узкой области применения. Светодиоды же, даже на сегодняшнем технологическом уровне, обладают настолько широким потенциалом применения, что вполне возможным становится предположение о скором вытеснении светодиодами практически всех прочих видов электрических источников света. Давайте поближе рассмотрим достоинства и недостатки светодиодных ламп. Да-да, недостатки у светодиодов тоже имеются. Но об этом ниже.

Достоинства и недостатки современных светодиодов как источников искусственного освещения.

Из вышеизложенного у читателя могло создаться впечатление, что светодиодные источники света – верх совершенства. Увы, это не так, хоть и достоинства с лихвой перевешивают недостатки. Итак, начнем с достоинств светодиодного источника света:

- Высокий КПД. Светодиодные лампы наиболее экономично используют электроэнергию, позволяя получить соотношение (сила света/ватт энергии) на два порядка (в сто раз!) лучшее, чем у самых совершенных ламп накаливания. То есть для той же освещенности требуется в сто раз меньше электроэнергии.

- Практически нулевая инертность светодиодов.

- Срок службы светодиодных ламп как минимум в 25 раз больше, чем у традиционной лампочки накаливания.

- В отличие от обычных ламп, возможность получить любой цвет излучения в видимом и невидимых спектрах, от инфракрасного до жесткого ультрафиолета.

- Безопасность использования. Нет ни существенного нагрева, ни побочных излучений, не нужно опасно высокое напряжение, не используются ядовитые материалы, нет опасности получить травму из-за взрыва или разрушения осветительного прибора.

- Простота создания направленных источников света.

К недостаткам можно отнести пока что весьма высокую цену. Светодиодные лампы пока не получили массовой распространенности (хотя понятно, что это дело времени), что обуславливает высокую стоимость. Второй недостаток сродни первому - требуется специальный источник питания – стабильного тока. Недостатки хоть и временные, но пока довольно серьезные. Все-таки деньги считают все, и кому-то может оказаться удобней платить понемногу за лишние киловатты, чем разом потратиться на современные светодиодные лампы, ожидая экономии в дальнейшем.

Перспективы и заключение.

Светодиодные источники света уже завоевали популярность во всем мире и продолжают стремительное наступление на рынок. Пусть пока несколько более дорогие, но обладающие целым рядом несомненных достоинств, они, без всякого сомнения, в ближайшие годы полностью заменят привычные лампочки накаливания во всех областях человеческой деятельности.

Сегодня светодиоды уже практически заменили неоновые лампы в рекламе, широко применяются для декоративного и дизайнерского освещения. И уже давно не используется ничто другое для индикации и подсветки во всех областях техники и быта. Это не говоря о специальных областях, где нужны компактные и надежные источники инфракрасного или ультрафиолетового излучения – там светодиодам просто нет реальных альтернатив.

Искусственное светодиодное освещение уже сегодня применяют наиболее прогрессивные и развитые страны. Светодиоды еще далеко не исчерпали заложенный в них потенциал, в ближайшем будущем, автор уверен, мы увидим еще более захватывающие результаты развития светодиодных технологий. А через десяток лет уже мало кто будет вспоминать «старые добрые лампы накаливания», как сегодня никто не вспомнит о керосиновой лампе или лучинке…

Следует отметить, что массовое внедрение светодиодов позволит еще на какое-то время отсрочить энергетический кризис планеты, ведь на искусственное освещение тратится до половины всей вырабатываемой на Земле электроэнергии. Сокращение энергозатрат на свет за счет повсеместного применения светодиодных ламп составит до 40 процентов!Если вас интересует асфальтовая крошка ,рекомендуем обратиться по вышеуказанной ссылке.

Давайте дружно скажем новым светодиодным лампам – добро пожаловать!