Давно минули часи, коли світлодіоди представляли інтерес
тільки для вчених і виробників радіоелектронної апаратури, які застосовували їх в якості світяться індикаторів включення в мережу. Тепер кожен з нас зустрічається зі світлодіодами по кілька разів
в день, хоча найчастіше навіть не підозрює про це. Незвичайні освітлювальні прилади таять в собі масу можливостей.
Де і з якою метою вони використовуються в квартирі і котеджі?

Не минуло й 130 років з часу винаходу першої лампи розжарювання, як людство відкрило для себе більш дешевий і ефективний освітлювальний прилад – світлодіод. Одними з перших його унікальні можливості оцінили дизайнери, застосувавши світлодіод для підсвічування інтер’єрів, фасадів будівель, фонтанів, басейнів та інших об’єктів.

Що таке світлодіод

Світлодіод – це напівпровідниковий прилад, дія якого заснована на явищі випускання фотонів, що виникає при рекомбінації носіїв різнойменних зарядів в області контакту напівпровідникових матеріалів з різними типами провідності (так званий р-n-перехід).

Явище світіння (виділення фотонів при Нещодавно з’явившись у вільному продажу, світлодіоди сміливо вторглися
у світ штучного освітлення, потіснивши і лампи розжарювання, і навіть Всемогутній у сфері реклами неоновий p-n– переходу) супроводжувало роботу вже самого першого напівпровідникового діода, розробленого для того, щоб пропускати струм в одному напрямку, і використовувався в якості випрямляча. Але воно швидше заважало, ніж допомагало йому виконувати свої основні функції. Ну а з тим, що заважає працювати, як відомо, треба боротися всіма можливими способами. Іборолись. Приблизно до середини 50-х рр. Але вже до кінця цього десятиліття становище змінилося, і були розпочаті роботи по збільшенню яскравості світіння. Ів початку 60-хрр. з’явилися перші діоди, що діють як джерело світла, – світлодіоди. Світилися вони червоним, дуже слабо, але тим не менш досить швидко знайшли собі застосування в якості індикаторів включення в самих різних приладах, змінивши міні-лампи розжарювання. Але далі цього справа досить довго не йшла.

Смертвой точки процес зрушився на початку 90-х, коли створили перший синій світлодіод. Правда, щоб побачити його світіння, необхідно було скористатися потужним збільшувальним склом. Ауж коштував він стільки!.. Але світився. Потім, як стверджують фахівці, відбулася революція, яку здійснив японський професор С.Накамура, створивши яскравий синій світлодіод. Подальші події розвивалися, як у прискореній кінозйомці: з’явилися зелені світлодіоди, за ними жовті і, нарешті, білі. Практично одночасно з розробкою велася підготовка до їх промислового випуску. Іпять-сім років тому вони вперше були використані при створенні зовнішньої реклами. Згодом же рік-півтора світлодіоди стали масовим видом продукції, що випускається виробниками Європи, Південно-Східної Азії, США і Росії.

Як він влаштований

Основу світлодіода (Light Emitting Diode, або LED) становить штучний напівпровідниковий кристалик розміром 0,30,3 мм, в якому реалізований вищезгаданий p-n-перехід. Колір світіння залежить від матеріалу кристалика. Так, червоні і жовті світлодіоди, як правило, виготовляють на основі арсеніду галію, зелені і сині – на галій-нітридної основі. Посилення світіння домагаються різними способами. Водних випадках до складу кристалика вводять спеціальні добавки і присадки, в інших-застосовують багатошарові структури, що дозволяє реалізувати в одному кристаліку відразу кілька р-n– переходів, збільшивши тим самим яскравість його світіння.

Кристалик ” садять “в металеву поліровану чашечку (мідну або алюмінієву), яка є відбивачем і”катодом” ( -). Ксамому кристалику “приварюють”золоту нитку-“анод” (+). Потім всю конструкцію заливають прозорим компаундом, якому надають певну форму (назвемо це колбою). Від неї залежить кут випромінювання світла, що випускається кристалом. Якщо верх колби плоский, світло виходить широким пучком (кут становить 120-130). Якщо верх опуклий, виходить лінза, що збирає світло в більш вузький пучок (кут 8-60). Чим менше кут випромінювання, тим більш інтенсивний світловий потік дає кристал. Випускаються світлодіоди різних кольорів: червоного, жовтого, зеленого, синього, синьо-зеленого і білого, причому білий з недавніх пір буває декількох відтінків (холодного, теплого, “сонячного” ІТ.Д.). Вартість світлодіодів залежить від кольору і коливається досить істотно. Якщо вибрати для прикладу найбільш прості пристрої з діаметром колби 5мм, то найдешевшими виявляться червоні (від $0,01), а найдорожчими – зелені (від $0,15).

Світлодіодні збірки

Природно, сам по собі світлодіод – пластмасовий балончик з двома тонкими ніжками-висновками – це ще не повноцінний освітлювальний прилад. Щоб такий прилад створити, треба забезпечити стабільну роботу діода. Адля цього його необхідно вбудувати в відповідну електросхему. Справа в тому, що, на відміну від лампи розжарювання, світлодіод потребує Світлодіодні модулі, які використовуються для локального освітлення і підсвічування букв не тільки в певній напрузі, але і в протікає через нього струмі. Тобто для нормального функціонування приладу мало подати на контакти напруга, щоб електрони почали долати той самий p-n– перехід, випускаючи при цьому фотони (наприклад, для спрацьовування червоного світлодіода необхідно 2в, для синього і зеленого – 3-4в). Треба ще забезпечити певну силу струму (для різних діодів його величина коливається від 20 до 150мА), інакше світлодіод швидко згорить. Чому? Особливості дії p-n– переходу такі, що зміна напруги всього на 0,1 В викликає збільшення струму, що проходить через діод, в кілька разів. Спочатку, щоб прилад нормально працював, необхідно застосувати стабілізатор струму або хоча б найпростішу схему на резисторах, що обмежує струм.

Щоб споживач не займався всім цим самостійно, світлодіоди заздалегідь встановлюють на друковану плату з потрібною електронною схемою. У результаті виходить не просто світлодіод, а світлодіодний модуль – в плані квадратний, прямокутний або округлий, забезпечений власними контактами. Це і є найпростіший освітлювальний прилад, який можна зустріти в продажу.

Модулі, в схемі яких є тільки обмежувальні резистори, найбільш дешеві ($0,5-2), але зате вимагають Джерела живлення, стабільно дає, наприклад, 12В. якщо схема являє собою так званий електронний стабілізатор струму, модулі обійдуться дорожче ($1-5). Зате, по-перше, дозволять використовувати джерело живлення з напругою 10-90В, по – друге, не постраждають, навіть якщо при приєднанні переплутати “плюс” з “мінусом”, – в схемі є діодний місток (як жартують фахівці, «дуракоустойчівая» схема).

Відносна новинка ринку-так звані rgb-модулі. Їх збирають або на основі трьох діодів – червоного (Red), зеленого (Green) і синього (Blue), звідси і назва,- або на основі триколірних діодів, всередині кожного з яких заховані кристали трьох кольорів. Останні пристрої трохи дорожче (від $1) і управляються Прожектори на основі RGB-
світлодіодів,
керовані спеціальним контролером спеціальним контролером. Зате завдяки змішанню названих кольорів в різних пропорціях здатні світитися практично всіма відтінками Райдужного спектру.

За допомогою одиничних модулів можна створювати, наприклад, світяться букви для вітальних написів, орнаменти ІТ.п.але треба сказати, що цим шляхом йдуть досить рідко. Куди частіше застосовуються так звані світлодіодні лінійки (джерел світла в них може бути 4-24 шт.), забезпечені загальною контактною групою. Кней залишається лише під’єднати джерело живлення (окремі світлодіоди в ланцюзі включаються послідовно, і в результаті потрібно більш високу сумарну напругу – 12В). Таку систему можуть складати світлодіоди одного або різних кольорів, що дозволяє за допомогою єдиного модуля отримувати найширшу гаму світлових фарб (управляється модуль спеціальним контролером).

Зустрічаються лінійки як без захисту (Довга друкована плата з відкрито встановленими діодами), так і в спеціальному корпусі. При використанні перших про їх безпеку вам доведеться подбати самому (наприклад, можна заховати пристрій під матовим оргсклом). Зате вони гнучкі (плата тонка і легко гнеться), що дозволяє при створенні підсвічування без проблем “обтікати” складні геометричні поверхні (колони ІТ.п.). У другому випадку система надійно оберігається від механічних пошкоджень (наприклад, американська фірма SUPER VISION INTERNATIONAL пропонує пристрої, які можна сміливо монтувати в подступенники сходів). Крім цього може бути передбачений захист таких моделей від вологи (IP65), що дозволяє застосовувати їх для садової та архітектурної підсвічування. Недарма PHILIPS (Нідерланди) називає свої вироби LEDline2 не інакше як прожекторами. Зрозуміло, що ціна лінійок залежить від кількості світлодіодів і їх кольору ($8-25), а також наявності корпусу і ступеня його захищеності (до$1600). До речі, з подібних систем, як і з модулів, можна збирати різноманітні геометричні фігури і візерунки.

Наступні за складністю-збірки у формі галогенних (МР11-МР16), а також звичних ламп розжарювання (зі стандартним цоколем 27). Ваналогах галогенок від 19 до 33 світлодіодів (ціна- $12-30), в “лампах розжарювання”- 32-132 світлодіода (ціна- $12-150). Ів ті і в інші вбудована система стабілізації струму. Вобщем, бери і встановлюй на місце старої лампи нову, світлодіодну. Правда, світла вона стільки ж, скільки Стара, не дасть – світлодіодну лампу потужністю 1-1,5 Вт можна прирівняти до лампи розжарювання потужністю 10-20Вт (проте вже з’явилися світлодіодні лампи і з більшою світловіддачею).

Готові конструкції

Стельовий світильник Origami (PHILIPS)почнемо з того, що світлодіоди стали широко використовуватися в якості підсвічування в побутовій техніці, наприклад холодильниках. На основі світлодіодів і світлодіодних збірок виробники випускають широкий спектр готових виробів. Наприклад, PHILIPS пропонує вбудовані в стелю rgb-світильники Origami (від 200), прожектори для архітектурного підсвічування LEDflood (від 200), вуличні світильники на опорі Equinox (від 600), вбудовану в підлогу або стіни модель LEDuplight. Вассортіменте компанії SUPER VISION INTERNATIONAL – великий вибір прожекторів як для архітектурного підсвічування (Savi Flood), так і підводних (savi Spot). Але не треба думати, що на ринку присутні тільки іноземні виробники. Так, досить широкий спектр прожекторів для архітектурної (серії Smart-RGB і «Москва») і підводного (серія «Орел») підсвічування, Набори для створення «зоряного неба» і багато іншого пропонує, наприклад, «лабораторія «світловод». До речі, її захищені (IP68) підводні прожектори цілком можуть використовуватися і в умовах саду.

Прожектор
(DECO NEON)
зі спіральним розташуванням светодиодоводнак перерахованими приладами пропозиції ринку не обмежуються. Впродаже зараз є величезна кількість ліхтариків, від кишенькових до наголовних ($1,5-100), ялинкових (і не тільки) гірлянд, садових світильників, які не потребують підключення електроенергії (маючи вбудовану сонячну батарею, вдень вони заряджаються від сонця), плаваючих ліхтарів-кульок для басейну (вони теж заряджаються від сонця) і святково підморгує покупцям чи не з кожної вітрини дюралайта – прозорих “трубок”, всередині яких світяться ті ж самі діоди ($3-15 за 1м довжини). Всі ці вироби надходять до нас з Китаю і країн Південно-Східної Азії. Говорячи про китайську продукцію, ми повинні відзначити, що серед них є і якісні пристрої (їх випускають фірми NEON KING, G-NOR, SANLIGHT, NEON-NEON, DECO NEON, GENIOR NEON KING), забезпечені як мінімум річною гарантією, і не дуже якісні (продавці намагаються навіть не згадувати назв їх дрібних виробників).

До речі, про дюралайт. Він застосовується не тільки для вітрин магазинів. Цього допомогою можна прикрасити до свята фасад будинку, створивши на ньому малюнок, або просто виділити контури або окремі елементи будівлі. Не хочеться робити малюнок самому-купіть готову декоративну композицію. Велика їх різноманітність пропонує, наприклад, вітчизняна фірма “підсумок” (Ціна – від $9 до $400).

Світлодіоди і освітленість

Світлодіод діаметром 5мм дає 1-5люменов світла.

Для порівняння: лампа розжарювання потужністю 100Вт-це приблизно 1000люменов, тобто щоб замінити одну таку лампу, треба зібрати в одну конструкцію близько 500 світлодіодів. Але, на жаль, таким чином порівнювати світлодіоди зі звичайними лампами не зовсім правомірно: лампа дає світло розсіяне, світлодіод – спрямований.

Різні конструкції світлодіодів порівнюють між собою по силі випускається ними світла, вимірюваної в канделах. Але при такому порівнянні важливо враховувати і кут розкриття випромінюваного діодом світлового пучка. Наприклад, якщо взяти дві конструкції з однаковим кутом випромінювання в 30, але володіють різною силою світла, наприклад в 20 і 30 кандел, то другий діод виявиться в 1,5 рази могутніше першого. Ну а якщо з пристроєм в 20 кандел і кутом в 30 порівняти джерело в 30 кандел з кутом в 60, то виявиться, що створюють вони приблизно однаковий світловий потік. Кчему всі ці складнощі?

Існують нормативи освітленості. Для роботи за письмовим столом потрібно освітленість не менше 300люкс (для порівняння: лампа розжарювання в 100Вт, висвітлюючи 10м2 площі, забезпечує близько 100люкс). Вимірюють освітленість саме в люксах, а для здійснення цього використовують прилади, які так і називаються – люксометри. Ні в канделах, ні в люменах ніхто нічого не міряє.

І якщо ви вирішили, наприклад, висвітлити свій робочий стіл світлодіодним настільною лампою, то, почувши, що пропонований прилад дає 100кандел, не поспішайте його купувати. Дуже може бути, що ці самі 100кандел забезпечуються при куті випромінювання в 1-5 і нормальну освітленість лампа дасть тільки на невеликому п’ятачку.

Наш довідник

Кандела– одиниця сили світла. 1кандела дорівнює силі світла, що випускається в заданому напрямку ділянкою певної величини еталонного джерела світла.

Люкс– одиниця освітленості. 1люкс-це освітленість, створювана світловим потоком 1ЛМ, рівномірно розподіленим по поверхні площею 1м2.

Люмен– одиниця світлового потоку. 1люмен-світловий потік, що випускається точковим джерелом силою світла 1 кандела в тілесному куті величиною 1стерадіан.

Аргументи  “за” і “проти”

Акумулятор
на 55Ач забезпечує
до 12 діб роботи прожектора потужністю
4,5 Втяк і всякі прилади, світлодіоди мають плюси і мінуси. Кнесомненным плюсів відноситься те, що перетворення електроенергії в світло відбувається практично без втрат і при мінімальному споживанні енергії (нагадаємо: для роботи діоду необхідні напруга порядку 2в і струм 20мА). Це вигідно відрізняє такі прилади і від люмінесцентних ламп, і від ламп розжарювання. Та ще світлове випромінювання спостерігається в досить вузькій частині спектра (світло близьке до монохроматичного), що особливо цінується дизайнерами. Аглавное-світлодіод практично не нагрівається (виняток становлять потужні моделі останнього покоління, але і ті гріються на порядок менше ламп розжарювання), а термін його служби досягає 100тис.ч. тобто майже в 100 разів більше, ніж у лампи розжарювання, і в п’ять-десять разів більше, ніж у люмінесцентної лампи. Котому слід додати високу механічну міцність і виняткову надійність. Інакше, якщо врахувати, що світлодіод-прилад низьковольтний, отже, безпечний, ми отримуємо майже ідеальне джерело світла!

Мінусів два, але досить істотних. По-перше, як уже говорилося, діоди дають не багато світла. По-друге, вони досить дорогі. На сьогодні ціна освітлювального приладу, зібраного на світлодіодах, в 10-50 разів вище, ніж виготовленого зі звичними лампами розжарювання (природно, при однаковому світловому потоці, створюваному обома приладами). Правда, фахівці стверджують, що в найближчі два-три роки ціни впадуть приблизно в десять разів – мабуть, тоді-то і почнеться обіцяна фахівцями «революція» в світлотехніці.

Терміни експлуатації

Плитка Light Tile (VILLEROYBOCH) забезпечена світлодіодними світильниками з ресурсом безперервної роботи 100тис.ч. як мінімум 10років вони не будуть вимагати технічного обслуживанияТеоретически світлодіод може працювати без перерви від 10 до 100тис.ч (перший термін називають китайські виробники, другий – європейські та американські). Якщо врахувати, що включатися він буде тільки у вечірній та зрідка в нічний час, можна вважати, що світити йому належить 40-50років. Але це теоретично. На практиці слід взяти до уваги, що в конструкції використовується не тільки власне світлодіод, але і безліч допоміжних елементів, що мають власні слабкі місця: мікросхеми з неякісною пайкою і окислюються доріжками, корпуси, в які просочується вода, ІТ.Д. Врезультате, наприклад, для виробів з Китаю гарантувати можна п’ять років експлуатації.

Західними виробниками картина принципово інша-вони дають гарантію не на світлодіоди, а на весь виріб цілком. Спочатку, прослужить воно істотно довше. Правда, і обійдеться в два-три рази дорожче китайського. Що робити – за якість доводиться платити.

Чим забезпечується така якість? У кожної фірми секрет свій, і розголошують вони його з великим небажанням. Наприклад, одна з нідерландських компаній проводить так званий Відпал світлодіодів: їх витримують в печі при температурі 60с приблизно три доби. Після цього діод більш стабільний в роботі і забезпечує стійкий спектр світіння. Правда, лінійка таких приладів коштує 85.

Тепер про те, що трапиться після закінчення гарантійного терміну. Ні-ні, діод не “помре”, як звичайна лампа розжарювання. За цей час рівень його яскравості впаде не більше ніж на 50% (відбудеться так звана деградація кристала), але він буде продовжувати працювати. В залежності від якості виготовлення кристали деградують по-різному: одні поступово втрачають в рік 3-5% яскравості, інші роблять це різко, ледь наблизиться призначений термін. Але тьмяніють неминуче як ті, так і інші.

Зауважимо, що на швидкість деградації величезний вплив роблять температурні умови експлуатації (Нормативи вказані в паспорті приладу і зазвичай знаходяться в межах від -40 до +40С). Чим нижче температура, тим довше живе світлодіод. Наприклад, десь на півночі (при -20…- 40С) він зможе працювати майже вічно (при такій температурі кристал практично не деградує). Авот якщо встановити його на пічній трубі, де температура постійно висока (60 – 80С), то проживе він приблизно рік. Всауне ж, де температура доходить до 120С, його вистачить всього на кілька діб. Іжалуватися на неякісний товар марно – виробник за станом кристала легко визначить, що Умови експлуатації порушені.

Де застосовувати світлодіоди

Вбудовані
в стелю світильники
на світлодіодах покликані
замінити аналогічні галогенныеСветодиоды використовуються практично у всіх областях світлотехніки, за винятком хіба що квартирного освітлення. Хоча ідея прямої заміни ламп розжарювання світлодіодними давно не сприймається як фантастична.

Проте в домашніх умовах їх цілком можна застосовувати вже зараз. Наприклад, для аварійного освітлення. Оскільки світлодіоди споживають дуже мало електроенергії, ємності звичайного автомобільного акумулятора (55аг), використовуваного в якості джерела резервного живлення, вистачить для роботи системи аварійного освітлення невеликого заміського будинку (15-18 світильників) протягом тижня. Незамінні вони і для підсвічування інтер’єрів, архітектурних деталей будівель і ландшафту. Вжилище можуть використовуватися для створення:

чергового або нічного освітлення;

світяться знаків і візерунків на дверях, стінах або стелі, а також системи «зоряне небо”;

світлового і колірного зонування простору;

підсвічування сходинок;

меблевої підсвічування, що дозволяє надати звичним предметам інтер’єру нові яскраві образи;

підсвічування колекції, що зберігається на стелажах.

У двох випадках їх використання представляється особливо актуальним. Невеликі за розміром не б’ються світлодіодні модулі можуть вбудовуватися не тільки в знову виготовлену, але і в давно експлуатовану меблі. Хочете організувати, наприклад, підсвічування стійки домашнього бару – немає проблем! Закріпіть (за допомогою саморізів, клею та іншими способами) під стільницею необхідну кількість невеликих лінійок-модулів бажаних кольорів, поміщених в захисний корпус,- і все. Хіба що тонкі дроти, що тягнуться до світлодіодів, потрібно захистити мініатюрним кабель-каналом.

Для підсвічування колекцій світлодіоди взагалі незамінні. По-перше, вони дозволяють створити індивідуальний варіант освітлення для кожного предмета (а самі майже не видно). По-друге, не нагрівають освітлюваний «раритет», як би близько від нього не розташовувалися.

  тепер про архітектурне підсвічування. Звичайно, світлодіодні модулі поки ще не в змозі випускати світловий потік, який би осяяв, подібно прожектору, відразу весь фасад. Але підкреслити окремі архітектурні деталі і елементи цього фасаду вони цілком дозволяють. Так, за допомогою світлодіодних лінійок можна заливати їх світлом або виділяти окремі поверхні, Герметичний світиться куля
з вбудованою сонячною батареєю, акумулятором
і автоматичним вимикачем підсвічування прикрасить як басейн, так і альпійську гірку створювати світлові карнизи ІТ.Д.при цьому підсвічування буває як білою, так і кольоровий, і навіть змінюється, наприклад в залежності від погодних умов і температури на вулиці (саме таке завдання свого часу намагався вирішити знаменитий італійський дизайнер Карло Пазоліні, що вдалося йому з найбільшою працею). Аможно міняти колір фасаду за власним бажанням. Використовуючи світлодіодні модулі в трубчастих корпусах, ви створите на фасаді практично будь-який малюнок. Окремі деталі споруди підкреслюють і світлодіодними прожекторами. Єдине, що треба враховувати при установці світлодіодних світильників, – що їх холодне світло не в змозі розтопити сніг.Азначіт, краще розташовувати їх так, щоб світиться поверхня була звернена вниз.

І наконец, про підсвічування водойми і саду. При зануренні у воду світлодіоди насичених кольорів   дозволять домогтися просто фантастичних ефектів, забезпечивши при цьому абсолютну електробезпека (IP68). Крім того, улюблений ставок або басейн можна «заселити» плаваючими світяться предметами (наприклад, кулями), які не вимагають електроживлення.

При оформленні ландшафту світлодіоди можуть бути вбудовані в доріжки (в тому числі під’їзні), газони, використані для підсвічування кущів і елементів садової архітектури, а також для позначення габаритів відкритих в’їзних воріт і гаражів. Але це влітку. Азімой, засипаний снігом, весь названий “ексклюзив”, на жаль, не буде видно. Зате в зимовий час світлодіоди з успіхом застосовуються для прикраси дерев, а також підсвічування крижаних скульптур і того ж замерзлого ставка. Причому не просто висвітлюють їх, а підсвічують зсередини – з-під льоду!

Де ще вигідно використовувати світлодіоди? Перш за все там, де неможливо або занадто дорого обслуговувати освітлювальні прилади (важкодоступна підсвічування сходових ступенів, прихована під захисним склом підсвічування стіни за кухонною стільницею, вбудовані в зовнішні стіни будівель світильники ІТ.п.). Аеще там, де потрібно жорстко економити електроенергію (наприклад, якщо на ваш котедж виділено всього 3кВт електричної потужності, а підсвітити його фасад і навколишній ландшафт дуже хочеться) або важлива висока вандалостійкість (світильники в спеціальному виконанні в під’їздах, на ліфтових майданчиках, над в’їзними воротами). Втім, всього і не перерахувати.