ЖУРНАЛ «СТА» 1/2016

ся самым ярким модулем белого свече- ния со средней эффективностью до 108 лм/Вт. Он представляет собой за- мечательную альтернативу 100-ваттным металлогалоидным лампам с керамиче- ским цоколем для освещения помеще- ний с высокими потолками. Модуль имеет срок жизни порядка 50 000 часов и является единственной на сегодняш- ний день LED-лампой в стандартном форм-факторе с такими параметрами, при этом лампы Cree выпускаются с 5-летней (!) гарантией производителя. Как показано на рис. 4, картина рас- пределения «концептуальных» разрабо- ток, серьёзно двигающих технологиче- ский прогресс вперёд, действительно отличается от распределения числа па- тентов на рис. 3. Интересно также посмотреть на успе- хи ведущих компаний в разрезе основ- ных направлений исследований. Для удобства классификации все разработ- ки в области светодиодного освещения (рис. 5) условно разделим на несколь- ко технологических категорий, вклю- чающих исследования и разработки, а также производство готовых изделий. Генерация излучения. Сердцем любого светодиодного светильника является по- лупроводниковый кристалл, генерирую- щий свет непосредственно из электри- ческого тока. Наиболее широко распро- странённым материалом для производ- ства светодиодных чипов синего свече- ния сегодня является нитрид галлия (GaN). С начала 1990-х годов было сде- лано множество технологических про- рывов в области повышения светоизлу- чающей мощности и КПД светодиодов. К сожалению, наиболее эффективные из ныне известных кристаллов не спо- собны излучать видимый свет комфорт- ного для человека спектра, поэтому для получения белого света чаще всего ис- пользуют кристаллы синего свечения в сочетании с белым фосфором. Похожий принцип, кстати, используется в люми- несцентных лампах, где ультрафиолето- вое излучение электрического разряда в парах ртути преобразуется в видимый белый свет посредством люминофора. Управление светом. Как было отмече- но, свет, производимый непосредствен- но кристаллом, непригоден для нужд освещения. Чаще всего он синий и тре- бует преобразования в белый посред- ством использования фосфора. Но для получения белого света используется также смешение нескольких цветов (RGB) либо гибридные источники бело- го света на основе нескольких кристал- лов разного цвета и разных люминофо- ров. Светодиоды по своей природе яв- ляются точечными источниками света, что для многих применений служит од- нозначным преимуществом. Но именно это их свойство при создании общего освещения на основе LED часто застав- ляет применять специальные отражаю- щие и рассеивающие оптические эле- менты. Теплоотвод. LED являются достаточно эффективными источниками света, тем не менее, их КПД не составляет 100%. Это означает, что в процессе работы они выделяют тепло. И чем выше мощность, снимаемая с одного кристалла, тем острее стоит проблема отвода от него тепла: при значительном превышении допустимой температуры фосфор начи- нает быстро деградировать, вследствие чего светоотдача и срок жизни свето- диода катастрофически снижаются, сводя к нулю одно из главных преиму- ществ LED – долговечность. Вслед- ствие этого весьма важным направле- нием исследований является разработ- ка по возможности дешёвых в про- изводстве структур на основе материа- лов с высокой теплопроводностью, а удельная стоимость отвода тепла в цене LED-источников света на данный мо- мент всё ещё значительна. Электроника. LED-источники света нуждаются в эффективных схемах элек- тропитания и управления: для них не подходит питание переменным током непосредственно из розетки, как для обычной лампы накаливания. В боль- шинстве случаев без AC/DC-преобра- зователя не обойтись, но и это ещё не все сложности. В то время как лампы накаливания представляют собой рези- стивную нагрузку, драйверы LED-ламп, с точки зрения питающей сети пере- менного тока, являются нагрузкой ре- активной (ёмкостной), что заставляет применять специальные схемные реше- ния для коррекции коэффициента мощности. Поскольку мощные импуль- сные преобразователи являются ещё и потенциальными источниками элек- тромагнитных излучений (ЭМИ), перед разработчиками LED-драйверов стоит также и проблема минимизации ЭМИ. Для максимальной «утилизации» всех потенциальных преимуществ свето- диодных ламп надо научиться эффек- тивно диммировать их, уметь изменять цветовую температуру светодиодного светильника, управлять им дистан- ционно. C этими целями помимо аппа- ратных драйверов разрабатываются протоколы и стандарты управления, на- пример, компактные LED-светильники 8 СТА 1/2016 ОБ ЗОР / Т Е Х НОЛОГ ИИ www.cta.ru Рис. 5. Основные области приложения усилий по созданию SSL-источников света 0 5 10 15 20 25 5,04% 7,87% 20,03% 7,93% 8,72% 6,21% 3,51% 15,15% 4,58% 6,51% Samsung LG Philips GE Osram Panasonic Kodak Cree Seiko Sony Тепловыделение и теплоотвод Электро- магнитное излучение Управление светом Оптика Люминофоры Источники питания LED-лампа Рис. 4. Отличие картины анализа «концептуальных» разработок от распределения числа патентов Повышение светоотдачи кристаллов Информационные дисплеи Управление генерацией света Электроника Теплоотведение Освещение Рис. 6. Обобщённая картина распределения разработок по направлениям