Свет далеких диодов

СВЕТ ДАЛЕКИХ ДИОДОВ

]

ТЕХНИКА

ТЕХНОЛОГИИ

СВЕТ ДАЛЕКИХ ДИОДОВ

Что нужно заменить

в настоящем, чтобы получить будущее? Инженеры-светотехники считают — лампочку.

Денис БОРОВИЦКИЙ

Когда-то электричество вывело из обихода стеариновую свечу, раскалив тугоплавкую нить лампы накаливания. Позже в дело включился ионизированный газ газоразрядных ламп, а его, в свою очередь, стали теснить еще более современные и перспективные — светодиоды. Правда, до начала 90-х годов об их использовании в качестве «светильников» и не задумывались: слишком ничтожной была величина светового потока — сотые доли люмена (0,025–0,05 лм). Но с появлением «суперярких» светодиодов ситуация кардинально изменилась. Инженеры-светотехники американской фирмы «Хьюлетт Паккард» и японской «Ничиа Кемикал Индастриз», можно сказать, совершили революцию в оптоэлектронике, создав высокоэффективные и долговечные светодиоды красного, желтого, зеленого и синего цветов с осевой силой света более 1 канделы (раньше у нас эту единицу называли свеча). Они уже могли заменить лампу и вскоре были внедрены в производство.

Внешне устройство светодиода кажется предельно простым: два электрода (анод и катод), корпус-линза, отлитый из эпоксидной смолы, и главный элемент конструкции — кристалл (см. табл.). Все остальное, не считая золотого проводника (см. рис.), выполнено из распространенных и дешевых материалов.

Принцип работы здесь следующий: проходящий через кристалл электрический ток возбуждает излучение (свет) строго определенного спектра, а линза фокусирует его в световой поток заданной геометрии. Поэтому КПД светодиода выше, чем у традиционных источников света. Скажем, лампы накаливания характеризуются светоотдачей широкополосного излучения 8–15 люмен на ватт потребляемой электрической мощности, однако после прохождения через цветное стекло светоотдача уменьшается почти на порядок. Светодиоды же, излучая 8 лм/Вт, никаких цветных фильтров и рассеивателей не требуют. Еще одно их преимущество — высокая механическая прочность. Конечно, они поддаются разрушению, но небольшие удары держат лучше традиционной лампочки. Например, светодиоды американской фирмы «Хьюлетт Паккард» не боятся падения с высоты 75 см, а к контактным выводам можно подвесить груз в один килограмм. Пожалуй, редкая лампа может продемонстрировать такую «твердость духа».

Но, как оказалось, изготовить «суперяркий» светодиод не такая уж легкая задача. Ни ведущие инофирмы, ни питерское объединение «Светлана», недавно освоившее массовый выпуск, не могут похвастать низкими ценами на свою продукцию: стоимость одного светодиода приблизительно равна стоимости привычной автомобильной лампы накаливания. А теперь посчитаем: в заднем фонаре, скажем, шестой модели ВАЗа четыре лампы, а светодиодов для такого же фонаря потребуется несколько десятков.

Нужна ли такая дорогая светотехника, спросит читатель, чем, собственно, не угодила старая добрая лампа? Дело в том, что традиционные источники света — лампы накаливания и газоразрядные — служат в среднем 1–2 тыс. часов (в зависимости от режимов нагрузки), то есть в 30 раз меньше, чем светодиоды (100 тыс. часов). Можно заметить, что в автомобиле столь продолжительный срок службы обычно просто не нужен — сами машины менее долговечны. Все это так, но отменное долголетие и высокая стойкость к механическим воздействиям не исчерпывают достоинств светодиодов. Не стоит забывать и про их малые размеры: диаметр от 3 до 5 мм, высота цилиндрической части 10–15 мм. Такие значения дают возможность сделать фонари почти плоскими, что, в свою очередь, позволит увеличить внутренний объем багажника, не изменяя габарит автомобиля. Светодиоды могут крепиться не только к жесткой основе (стандартной печатной плате), но и к эластичной металлической ленте, что позволит дизайнерам создавать плоские сигнальные секции самой замысловатой формы. Практически везде, кроме фар головного света, светодиоды способны стать альтернативой лампам накаливания. Напомним, что их уже широко используют в дополнительных стоп-сигналах и повторителях, встроенных в спойлеры, в освещении приборной панели и т. д. Появились и «диодные» фары-искатели, существенно отличающиеся от обычных геометрией светового луча.

Одним из первых сигнальных приборов, куда «вживили» светодиоды, стал дорожный светофор. И это помогло избавиться от существенного недостатка этого устройства. Известно, что закат и восход солнца способствуют возникновению «фантомного» эффекта, который вот уже не один десяток лет портит кровь водителям во всем мире. Суть его в следующем: солнечные лучи, падающие под прямым углом на стекло фонаря светофора, проходят через него, попадают на отражатель и... создают впечатление, что все три сигнала включены одновременно. Что особенно опасно — наибольший коэффициент отражения имеет зеленый свет. В такой ситуации его нередко принимают за действительный. Светофор на светодиодах этого недостатка лишен — он не имеет отражателей в сигнальных секциях. Вдобавок, монтажную плату покрывают специальным составом, поглощающим солнечные лучи.

В новых светофорах практически исключена вероятность «мгновенного» выхода из строя целой секции, поскольку в каждой из них одновременно работают несколько десятков светодиодов. Повреждение одного и даже нескольких не означает, что откажет вся секция.

Как долго подобная техника сможет функционировать в российских условиях? Срок службы аппаратуры на светодиодах — 15–25 лет. Полная совместимость с первичными источниками электропитания, высокая надежность и долговечность, а также резкое снижение расходов на обслуживание и ремонт экономически полностью оправдывают применение таких светофоров, хотя они и дороже ламповых в три-четыре раза. Кроме того, испытания показали, что новый светофор потребляет электроэнергии в 3–4 раза меньше обычного, а это значительно увеличивает срок службы его вспомогательного оборудования. По данным производителей, приборы окупят себя не более чем за 4–5 лет. Только в Москве за прошедший год было установлено больше тысячи светофоров нового поколения, десятки — на перекрестках Нижнего Новгорода, Волгограда, Тюмени, Перми.

В России разработкой и изготовлением светосигнальной аппаратуры нового поколения занимаются фирма «Свеча» из Зеленограда, которая использует импортные светодиоды, и ОАО «ЛОМО» из Петербурга, ориентированное на отечественного поставщика — объединение «Светлана». Одну из разработок, воплотившуюся в практике, стоит назвать особо. Чтобы удешевить свою продукцию и одновременно повысить ее светотехнические характеристики, наши производители монтируют в сигнальные секции специальные стекла, состоящие из сотен крохотных линз. Такое решение позволяет значительно улучшить формирование светового потока, излучаемого светодиодами, и сократить их число. Заключенная в корпус из алюминиевого сплава электронная начинка надежно защищена не только от капризов погоды. «Стекло» из специального пластика (поликарбоната) выдерживает ударные нагрузки и способно защитить секции от дорожных вандалов.

Светодиоды нашли применение и при создании дорожных знаков и информационных щитов. «Установить и забыть» — так можно сформулировать основные требования к подобной продукции. Световые приборы на основе светодиодов полностью отвечают им. Оставалось только решить проблему «цветовой палитры»: для реализации многокрасочного изображения необходима громадная гамма светодиодов. Однако создание трех основных эффективных светодиодов — синего, зеленого и красного позволило получать желаемый цвет путем «смешения» исходных (примерно как в телевизоре).

Светодиодный повторитель сигнала «стоп».

Элементы светодиода.

Светофор нового поколения на московском перекрестке.

Спойлеры со светодиодными повторителями.

Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Комментарии