РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Освещаем будущее: Технологии завтрашнего дня

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.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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».)

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

Загрузка статьи...