Не выбрасывайте перегоревшие лампочки! Ваши внуки смогут оплатить себе высшее образование, продавая их в качестве антиквариата. Электролампы послужили нам больше ста лет, и теперь настал их черед отправляться на свалку истории, вслед за светильниками на китовом жиру. Претендентом на замещение вакантной должности является светодиод (LED). Чаще всего мы сталкиваемся с ним, орудуя пультом дистанционного управления от телевизора — он там на самом кончике.

Lumileds Luxeon изменят привычный внешний вид светильников и будут экономить энергию

Новейшие представители семейства LED, «белые» светодиоды, излучают свет на всех частотах видимого спектра. Это значит, что они могут освещать окружающие нас объекты почти так же, как солнечный свет — естественный источник, находящийся в состоянии белого накала. «Электролампы начали уступать место полупроводникам уже лет пятьдесят назад. Революция примерно такого же масштаба происходит в освещении в наши дни. И это только начало», — говорит ученый Джеймс Ги из Национальной лаборатории Сандиа в Альбукерке (Нью-Мексико). Джеймс Ги специализируется на возобновляемых источниках энергии и методах оценки эффективности энергетических технологий. Он считает, что переход с ламп накаливания на светодиоды происходит не потому, что американцам просто нравятся новые игрушки. Дело в том, что им просто не по душе темнота. На борьбу с темнотой уходит до 20% всей вырабатываемой в США электроэнергии. Но львиная доля этой энергии выделяется в виде тепла, а не света. Для получения белого света, который бы позволил разглядеть естественные оттенки цветов (для того чтобы разглядеть их, совершенно не обязательно получать «чистый» белый свет; например, те же лампы накаливания или их модификация — галогенные дампы — дают хотя и «теплый» свет, но естественные оттенки цветов человеческий глаз отличает благодаря адаптации по, если можно так сказать, балансу белого. — Ред. «ПМ»), требуется раскалить нить лампы накаливания до температуры плавления металла. В результате 100-ваттная лампа 95 Вт испускает в виде тепла. По оценкам специалистов из Сандиа, переход на светодиоды на 10% уменьшит потребление электричества в США. Но куда важнее удобство. Благодаря тому, что в светодиодах ничего не греется (греется, приборы со 100% КПД пока не изобрели; проблема с мощными излучающими светодиодами именно в ограниченных возможностях из-за перегревания. — Ред. «ПМ») и нет вакуума, они исключительно прочны и долговечны. Инженеры из компании Lumileds, расположенной в Сан-Хосе (Калифорния) и изготавливающей самые большие в мире «белые» светодиоды, утверждают, что их флагманский продукт — самый яркий в мире «белый» светодиод Luxeon Star сможет проработать 100 тыс. часов. (И не только Lumileds, практически все изготовители заявляют такой срок службы, это нормальная цифра для светодиодов. — Ред. «ПМ».)

Холодный свет

Есть разные подходы к получению оптического излучения от светодиода. Все они основаны на физическом явлении, называемом излучающей рекомбинацией (или инжекционной электролюминесценцией). При протекании переменного или постоянного электрического тока в некоторых видах полупроводников, образуются пары «электрон — дырка», рекомбинация которых вызывает излучение фотонов света. Природа полупроводникового материала, из которого сделан светодиод, определяет частоту фотонов, то есть цвет получаемого света. Между 1962-м, когда светодиоды были впервые продемонстрированы компанией General Electric, и примерно 1985-м они излучали слишком мало света и использовались только в качестве сигнальных лампочек в электронных приборах. В 1993 году ученые в разных странах смогли построить высокоэффективный синий светодиод.

Путем комбинирования разных цветов и использования светофильтров, сегодня светодиод может быть любого нужного цвета, не хуже лучших ламп накаливания. Но несмотря на значительный прогресс трудности все еще остаются. Светодиоды дороги, и в ближайшие годы они будут стоить дороже, чем лампы накаливания и люминесцентные лампы. Светодиоды уже используются в светофорах на автострадах, железных дорогах и в аэропортах — там, где перегоревшая лампа представляет значительную угрозу и цена не является доминирующим фактором.

Правительство США не так давно выступило с инициативой создания светильников нового поколения. В связи с этим традиционные компании — изготовители осветительных приборов, такие как General Electric, Philips и Osram, скооперировались с изготовителями полупроводников с целью наладить массовое производство светодиодов. По некоторым оценкам, к 2012 году «белые» светодиоды могут занять до четверти рынка искусственного освещения.

Не только лампы

Энергосберегающие свойства светодиодов очевидны, но ими не ограничиваются достоинства нового источника света. В процессе разработки более совершенных светодиодов исследователи из Сандиа столкнулись с необъяснимым феноменом. Если вольфрамовые нити, которые используются в лампах накаливания, расположить в виде решетки, выход света увеличится против расчетного. Почему так происходит — загадка. Одна из гипотез гласит, что по такой структуре свет распространяется с разной скоростью. Точно так же нет единого мнения относительно влияния светодиодов на проблемы освещения. Ги считает, что революция будет столь же стремительной, как и прорыв в микроэлектронике, и новые применения возникнут сами собой, как было с микропроцессорами.

Автопром первым возьмет на вооружение новую технологию. У многих современных автомобилей стоп-сигналы выполнены на светодиодах. Правда, до светодиодной головной оптики пока еще далеко: существуют проблемы с фокусировкой пучка. Да и в автономных источниках света (типа карманных фонарей) через три-пять лет лампы накаливания будут чистым анахронизмом. Уже существуют сотни моделей фонарей на «белых» светодиодах.

От редакции «ПМ»

Согласно Политехническому энциклопедическому словарю 1998 года издания, «СВЕТОИЗЛУЧАЮЩИЙ ДИОД, светодиод, — полупроводниковый прибор… генерирующий (при прохождении через него электрического тока) оптическое излучение, которое в видимой области воспринимается как одноцветное. …Цвет излучения определяется как используемым полупроводниковым материалом, так и легирующими примесями». Выражаясь же практическим языком, светодиод — это прочная полусферическая «капелька» пластмассы размером несколько миллиметров, которая испускает узкий пучок монохроматического (то есть «одноцветного») света. Типичный светодиод потребляет ток 15−20 мА при рабочем напряжении 1,7−4,6 В.

В последнее время получили широкое распространение «белые» светодиоды. Однако выше мы упомянули о том, что светодиоды бывают только монохроматические. Это не ошибка. «Белый» светодиод — на самом деле, своеобразный гибрид светодиода и люминесцентной лампы. Это монохроматический синий светодиод, покрытый слоем люминофора, который под действием синего излучения светодиода излучает в широкой области спектра — от зеленого до красного. При смешении с собственным излучением светодиода получается свет, который человеческим глазом воспринимается как весьма близкий к обычному дневному свету, иногда с небольшим смещением в сторону холодных тонов.

Статья «» опубликована в журнале «Популярная механика» (№1, Январь 2004).