1.5 Области применения светоизлучающих диодов
Ключевым моментом замены традиционных ламп накаливания, на светодиодные источники света является существенная экономия электроэнергии, а также светодиоды имеют ряд преимуществ перед лампами:
— малое тепловыделение и низкое питающее напряжение (гарантирует высокий уровень безопасности);
— отсутствие стеклянной колбы (определяет очень высокую механическую прочность и надежность);
— отсутствие разогрева или высоких пусковых напряжений при включении;
— безынерционность включения/выключения (время задержки срабатывания < 100 нс);
— не требуется преобразователь постоянного/переменного тока;
— абсолютный контроль, то есть регулировка яркости и цвета в полном динамическом диапазоне);
— полный спектр излучаемого света (или, если требуется, специализированный спектр);
— лучшая четкость освещения объектов;
— встроенное светораспределение;
— компактность и удобство в установке;
— отсутствие ультрафиолетового и иных вредных для здоровья излучений;
— не применяется никаких опасных веществ, типа ртути.
— пожаробезопасность;
— экономия энергопотребления.
В большинстве европейских автомобилей СИД активно используются в указателях поворота, а в недалеком будущем найдут применение и в фарах головного света. Светодиодной подсветкой оснащаются высококачественные жидкокристаллические телевизоры и компьютеры. Высокоэффективные СИД AlInGaP и InGaN используются в светофорах и стационарных и мобильных информационных щитах на автомагистралях. Во время спортивных состязаний на одноцветных или многоцветных панелях выводятся счет и результаты состязаний, при этом используются тысячи высокоэффективных СИД овальной формы. Те же СИД используются в гигантских видеоэкранах с высокой разрешающей способностью. Кроме этого, СИД применяются в медицинском и промышленном оборудовании и, конечно же, в производстве игрушек.
Области применения СИД различны. Наиболее перспективными направлениями можно считать: жилищно–коммунальное хозяйство, интерьерная подсветка, архитектурный и ландшафтный дизайн, автомобили и дорожные указатели, реклама и передача информации.
Всем известно, что светодинамика – отличный способ повышения эффективности световой рекламы. Статическая световая реклама: вывески, щиты, световые короба и панель–кронштейны – это привычная городская картина, представлена в соответствии с рисунком 11
Рисунок 11 – Светодиодный щит магазин
Привычная, следовательно не останавливает на себе взгляд. Выделяется из общего фона только такая реклама, которая обращает на себя внимание динамичностью, игрой света. Такая реклама невольно притягивает к себе взгляд и не остается незамеченной.
В ассортименте изготовителей светодинамической рекламы не слишком широкий выбор источников света: БЭЛТ–лайт, дюралайты, неон. Первые два – самые традиционные и распространенные. Они сравнительно дешевы, но имеют целый ряд недостатков:
— низкая наработка на отказ;
— частое "перегорание" ламп. При этом даже несколько перегоревших из десятков работающих ламп в гирлянде заметно портят впечатление от рекламы – требуется частая замена ламп;
— большое энергопотребление;
— ощутимые затраты на оплату электроэнергии;
— большое тепловыделение;
— сложность в получении чистых цветовых тонов. Это связано с тем, что спектр излучения нити накаливания смещен в красную сторону, что делает проблематично получение ярких и чистых цветов в верхней, ближе к синей, части видимого спектра.
Новейшим направлением в световой рекламе на сегодняшний день становится применение полупроводниковых источников света – сверхъярких светодиодов.
СИД уже сейчас наиболее активно используются для обеспечения подсветки жидко–кристаллических индикаторов и панелей управления в автомагнитолах ведущих компаний мира, также СИД широко используются для тюнинга – например, подсветки днища автомобиля, в соответствии с рисунком 12.
Рисунок 12 – Светодиодная подсветка днища автомобиля
Практически неограниченный срок службы, в 10 раз меньший разогрев корпуса светодиодной лампы по сравнению с лампой накаливания, а также двадцатикратное снижение потребляемой электрической энергии привели к полной победе твердотельных полупроводниковых ламп.
Наиболее серьезным и наиболее обоснованным направлением замены ламп накаливания на светодиодные лампы является изготовление всех внешних красных и желтых фонарей автомобиля.
Первым шагом на этом пути стали повторители СТОП–сигнала, собранные на СИД. Как правило, они изготавливаются в виде полоски, в которой установлены от 60 до 80 СИД.
Специальные исследования подтверждают, что использование светодиодных ламп в повторителях СТОП–сигнала автомобиля – это объективная необходимость. Время включения до полной световой мощности лампы с нитью накала составляет (200–300) мсек, а у повторителей СТОП–сигнала на светодиодных лампах (50–70) нс. При движении по автостраде со скоростью 100 км/час за счет разницы во втором случае водитель получает дополнительные 5–6 метров для экстренного торможения или маневра. Учитывая эти результаты с 1996 года на всех новых автомобилях в Европе устанавливаются повторители СТОП–сигнала на светодиодных лампах.
Кроме того, в последнее время все более серьезно обсуждается вопрос замены ламп накаливания в задних фонарях автомобиля: габаритных огнях, стоп–сигналах, указателях поворота. Такая замена становится наиболее актуальной в случае установки этих фонарей на электромобилях.
Так же твердотельные лампы бесспорно выгодны при размещении боковых сигнальных огней на большегрузных автомобилях и крупногабаритных прицепах (автопоездах). Постоянная вибрация и механические удары значительно сокращают срок службы ламп накаливания, но, практически, не влияют на световые параметры полупроводниковых ламп.
Из объектов жилищно–коммунального хозяйства перспективными с точки зрения использования светильников с СИД в настоящее время могут быть те, в которых действующими нормативными документами установлены сравнительно низкие уровни освещенности при отсутствии требований к качеству цветопередачи или невысоком уровне этих требований. К таким объектам можно отнести:
— лестничные клетки (площадки, пролеты, марши);
— лифты;
— номерные знаки домов и указатели названий улиц.
Освещение квартир, парадных вестибюлей и фойе, комнат для консьерж, контор и других помещений с постоянным или длительным пребыванием людей могут представлять интерес с точки зрения использования СИД, по–видимому, лишь в отдаленной перспективе.
В настоящее время для освещения лестничных клеток применяются только два вида источников света – лампы накаливания (ЛН) и линейные люминесцентные лампы (ЛЛ), установленные, как правило, в примитивную осветительную арматуру, в соответствии с рисунком 13.
Рисунок 13 – Освещение лестничных клеток
Люминесцентные лампы применяются для освещения лестничных клеток в домах–новостройках последних лет, и их доля в общем объеме светильников для этих целей слишком мала, менее 10 %. Световая отдача ЛЛ заметно выше, чем СИД, но если учесть КПД светильников, а это не более 75%, коэффициент использования светового потока и практически постоянную запыленность и загрязненность деталей светильников из–за полного отсутствия ухода, то это преимущество сводится к нулю.
Наиболее слабое место всех светильников, применяемых в настоящее время для освещения лестничных клеток (как с ЛН, так и ЛЛ), – их неустойчивость против разрушения, приводящая к тому, что даже в домах, оборудованных кодовыми замками и домофонами, больше половины светильников разбиты, и лестничные клетки вообще не освещены. В случае применения ЛЛ разрушение светильников, кроме житейских неудобств, ведет к серьезным экологическим проблемам, т.к. содержащаяся в лампах ртуть является сильнодействующим ядовитым веществом.
Для освещения кабин лифтов отечественного производства в жилых домах в настоящее время используются исключительно светильники с ЛН мощностью (40–60) Вт.
В лифтах ЛН работают в режиме частых включений, что приводит к сокращению их срока службы, который реально не превышает 500 часов.
В настоящее время в Москве указатели номеров домов и названий улиц делаются в виде коробов из молочного полиметилметакрилата с наклеенными на них цифрами и буквами, сделанными из непрозрачного материала и подсвечиваемыми изнутри ЛН или ЛЛ, в соответствии с рисунком 14.
Рисунок 14 – Номерной знак на доме
Короба легко разбиваются камнями или палками, вместе с коробами разбиваются и установленные в них ЛЛ, загрязняя окружающее пространство ядовитой ртутью.
Применение СИД в уличных и домовых указателях существующей конструкции позволит снизить потребление электроэнергии.
Еще большую экономию электроэнергии при одновременном удешевлении самих знаков можно получить, отказавшись от существующей конструкции.
Наиболее эффективная подсветка витрин и стеллажей, грамотно выполненное освещение торгового зала преображают облик магазина и привлекают в него многочисленных покупателей, в соответствии с рисунком 15.
Рисунок 15 – Освещение торгового зала
Одним из видов освещения, играющего в подаче товара важную роль, является освещение закрытых стеллажей и витрин, где демонстрируются продукты питания или промышленные товары. Основной характеристикой освещения витрин, является их яркость. Специалисты рекомендуют использовать свет в витринах в 4–6 раз ярче общего освещения в зале.
Лампы накаливания – самый дешевый вариант светильников. Их срок службы составляет в среднем около одного года, кроме того, такие лампы имеют высокое энергопотребление.
Галогенные лампы имеют вдвое меньшее потребление энергии, а также втрое более длительный срок службы в сравнении с лампами накаливания, что обусловило их широкое применение в неохлаждаемых витринах. При установке галогенных ламп нужно учесть, что они выделяют много тепла.
Абсолютным же лидером в критериях свойств света, энергопотребления и безопасности является светодиодное освещение. В отличие от ламп накаливания и люминесцентных ламп, светодиоды не имеют нитей накаливания, которые могут перегореть, не содержат ртути и других вредных для здоровья веществ. Компактные размеры светодиодных источников света позволяют встроить их практически в любую витрину или стеллаж. Предоставляя широкий выбор угла свечения, светодиоды позволяют подать товар в выгодном свете, обеспечить точечный или рассеянный характер освещения.
Точечный свет применяют в тех случаях, когда необходимо акцентировать внимание на товарах, таких как ювелирные изделия, часы, другие дорогие изделия. Для этой цели прекрасно подходят светодиодные лампы.
Рассеянный свет применяется для подсветки витрин, в которых выставлен целый ряд товаров, из которых не нужно выделять какие–либо особенные, в соответствии с рисунком 16.
Рисунок 16 – Подсветка витрин
Компактные светодиодные линейки–светильники, толщиной всего несколько миллиметров, прекрасно справляются с этой задачей.
Еще одно преимущество СИД, это эффектность зрительного восприятия, ввиду особенностей света, излучаемого светодиодными светильниками, стекло и хрусталь начинают сиять и искриться.
Наконец, светодиодные светильники предлагают широкий диапазон цветовых оттенков, что обеспечивает цветопередачу, наиболее выгодную для демонстрируемого товара.
Дороги, улицы и площади требуют достаточного, равномерного освещения для пешеходов и автомобилей, в соответствии с рисунком 17.
Светильники уличного освещения обычно монтируются на опорах или на закрепленных на опорах кронштейнах. К 2008 г. в США и Европе в 65 % всех светофоров и фонарей для освещения тротуаров лампы накаливания были заменены на СИД. Как и в прожекторном освещении, светодиодные источники света обеспечивают значительную экономию электроэнергии в сфере сигнального освещения: светофильтры ламп накаливания могут блокировать до 90 % светового потока светильника. В сфере сигнального освещения особенно критичны высокая надежность и длительный срок службы светодиодов, ведь замена ламп обходится дорого, а неисправные светофоры повышают риск возникновения аварийных ситуаций. Однако СИД могут быть не только альтернативным решением для освещения тротуаров, улиц и дорог, но и способны изменить сами принципы ночного освещения. Так, СИД могут быть интегрированы в дорожные покрытия, бордюры и защитные ограждения.
Рисунок 17 – Светодиодное освещение автомобильной дороги