Анатомия светодиодной лампочки

Революция светодиодного освещения идет полным ходом. Светодиодные лампы быстро увеличивают производительность и снижают цены. Еще год назад невозможно было найти бытовую LED лампочку формата A19 ценой менее $20, причем цена лампы сильно зависела от качества. В этом году топовые лампы производства LG можно купить вдвое дешевле.

Эффективность светодиодных ламп сегодня почти такая же, как и люминесцентных, от 50 до 60 лм/Вт. Тем не менее, светодиодная технология продолжает совершенствоваться, в то время как люминесцентная стабилизировалась.

l

Светодиодная лампа LG мощностью 7,5 Вт излучает световой поток 485 лм, что соответствует отдаче 65 лм/Вт. Такой же поток излучает лампа накаливания мощностью 40 Вт, эффективность которой всего 12 лм/Вт, или в пять раз меньше.

Установленные вертикально в обычную настольную лампу, светодиодные лампочки, в том числе и упомянутая LG, максимум излучения направляет вверх, что связано с расположением светодиодных излучателей внутри лампочки. Для смягчения этой проблемы «луковицы» Philips используют три светодиодные панели расположенные вертикально. Тем не менее, выше уровня плеч лампа освещает равномерно и не излучает тепла в освещаемую область.

Конструкция привычных для всех настольных ламп разработана под лампочку накаливания, излучающую свет равномерно во все стороны. Шпиндель скрывает электрошнур для подачи питания на лампочку, абажур играет роль диффузора. Открытое нижнее и верхнее пространство обеспечивает циркуляцию воздуха, отводящего лишнее тепло. Такая конструкция, кроме прочего, удобна для быстрой замены лампочек с ограниченным сроком службы.

Подобно тому, как конструкция светильников изменилась по мере замены керосиновых лам лампочками Эдисона, вероятно, ее ждут дальнейшие изменения и приспособление под особенности светодиодных лампочек.

Когда жизненный цикл LED лампочек измеряется десятилетиями, нет необходимости задумываться о сложностях их замены в светильниках. В то же время современная тенденция помещать светодиодные излучатели в форму привычной лампочки Эдисона напоминает попытки продеть квадратный колышек через круглое отверстие.

Тем не менее, у людей в домах громадное количество традиционных светильников. По прогнозам объем рынка светодиодных лампочек для замены традиционных возрастет с $2,2 млрд. в 2011 году до $3,7 млрд. в 2016 году. Светодиодные лампы будут приняты потребителями с нетерпением, ведь они обеспечивают куда более приятное освещение, чем люминесцентные. Кроме того, LED лампочки не содержат ртути и служат значительно дольше. Еще одна особенность – они зажигаются мгновенно, им не нужно время на разогрев газа.

l

Светодиодные лампы – сложные электронные приборы. Сами по себе светодиоды – это обычные полупроводниковые диоды, требующие низкого постоянно напряжения, как правило, около 3 вольт. В то же время напряжение сети переменного тока колеблется от 110 до 220 вольт в зависимости от стандартов страны и особенностей местного энергоснабжения.

Поэтому внутри цоколя светодиодной лампы, так же как и внутри люминесцентной находится небольшая плата с элементами электрической схемы, необходимой для питания диодов. Светодиодная лампочка LG не регулируемая. В более дорогих моделях есть возможность изменения светового потока.

Размеры светодиоды чрезвычайно малы, особенно учитывая высокое значение излучаемого ими светового потока. Светодиодная лампа LG использует 32 светодиодных чипа, каждый размером 0,5х0,5 мм. По сравнению с ними рисовое зернышко размером 5х2 мм просто громадина.

Светодиоды сгруппированы в два квадратных излучателя, на каждом из которых по 16 полупроводниковых приборов. Излучатели накрыты куполом, тонированным желтым флуоресцентным веществом, необходимым для преобразования синего света диодов на основе нитрида галлия в белый свет.

Обычно все, что флюоресцирует, люди называют фосфором, даже если в составе вещества его нет на самом деле. Флуоресцентный слой купола светодиодного излучателя состоит из иттрий-алюминиевого состава, с добавками бария, стронция и силиката кальция. Для того, чтобы получить разные оттенки света лампочки, могут применяться и другие материалы.

Каждая светодиодная матрица очень мала, и ей требуется устойчивая подложка. На сапфировой подложке толщиной 0,1 мм максимальная толщина слоя нитрида галлия составляет всего лишь 7 мкм, из которых 6 мкм практически не используются. При этом размеры области непосредственно излучающей свет на порядок ниже и измеряется нанометрами. Она расположена примерно в 100 нм от верхнего края поверхности. В процессе работы сапфировая подложка обеспечивает механическую прочность светодиода и отводит лишнее тепло.

Светодиодные лампы нижнего ценового диапазона преобразуют синий цвет диодов из нитрида галлия в приятный свет цветовой температурой 3000К, что очень близко к видимому диапазону солнечного света. Однако в этом свечении отсутствует инфракрасное излучение.

Некоторые производители дополнительно к синим светодиодам устанавливают красные. Это обогащает спектр излучения, но усложняет схему управления, так как она должна управлять в таком случае не одной, а двумя группами разных светодиодов с разными значениями рабочего напряжения.

С одной стороны усложнение схемы нежелательно, так как электронная схема управления – самое слабое звено светодиодной лампочки. Но одновременно с введением дополнительных диодов увеличивается энергетическая эффективность лампочки, обеспечивается большее количество люменов на ватт.

Светодиодная лампа LG A19 не имеет красных светодиодов.

По материалам EE Times

Комментарии: