Тенденции развития светодиодов и светодиодного освещения
На днях все новостные агенства сообщили, что президент США Джордж Буш подписал закон, согласно которому обычные бытовые лампочки будут практически полностью заменены на энергосберегающие в 2014 году. Но по мнению российских ученых, одним из самых перспективных направлений в освещении является внедрение светодиодов. Разработками этого направления в рамках госпрограмм занимаются в Соединенных Штатах, в Китае, в Японии, Корее, Австралии, на Тайване.
В России необходимо создание программы развития светодиодной промышленности, светотехнических устройств на основе светодиодов и применения этих устройств в общем освещении, считает доктор физико-технических наук, профессор МГУ Александр Эммануилович Юнович. По мнению профессора, светодиодное освещение - проблема глобальная, имеющая научное обоснование; ее решение будет иметь не только экономические, но и социальные последствия. Этой проблеме был посвящен его доклад "Современное состояние и тенденции развития светодиодов и светодиодного освещения" на выставке "Интерлайт 2007".
Стенды выставки демонстрировали как готовую светотехническую продукцию (уличные светильники, светодиодные лампы с цоколем, гирлянды), так и светодиоды и компоненты для их изготовления. Больше половины участников выставки составили отечественные компании - больше половины выставленной ими продукции оказалась импортной.
Часть электрической энергии, расходуемой на освещение, составляет в мире около 21% от общего количества потребляемой электроэнергии. Светодиод - это прибор, который с высоким коэффициентом полезного действия преобразует электрическую энергию в световую. Новые источники света, светодиоды, позволят сэкономить электроэнергию, оцениваемую миллиардами долларов, и решить часть экологических проблем, связанных с глобальным потеплением.
Исследования в области светодиодов проводились еще в начале 20 века: в 1907 году Дж. Раунд в Америке наблюдал электролюминесценцию в карбиде кремния, а позже, независимо от него, в 20-е годы Олег Владимирович Лосев открыл "эффект Лосева". В 1939 году О.В.Лосев написал, что это явление возникает на границе р и n областей. Эта статья опережала работы 1949 г. о р-n переходах и основанных на них транзисторах, за которые В.Шокли, Дж.Бардин и У.Браттейн получили нобелевскую премию.
Следующим важнейшим шагом в истории светодиодов стало открытие Жоресом Ивановичем Алферовым и его школой свойств гетеропереходов (Нобелевская премия 2000 г.). Гетеропереход - контакт двух различных по химическому составу полупроводников. Полупроводниковые структуры, имеющие несколько гетеропереходов, называются гетероструктурами.
В 90-е годы японские ученые, И.Акасаки, Х.Амано, Ш.Накамура добились значимых результатов в области изучения светодиодов на основе нитрида галлия. Физика, связанная с гетеропереходами, была использована в структурах с контактами нитрид галлия - нитриды индия/галлия и галлия/алюминия.
"В этих приборах используются десятки слоев, толщина которых составляет несколько или десятки постоянных кристаллической решетки (постоянная решетки - это шаг размером порядка нанометров, при сдвиге решётки на этот шаг она совпадает сама с собой). Эти высокие технологии - нанотехнологии - обеспечили прорыв в создании сверхъярких светодиодов, они будут основой для светодиодного освещения", - отмечает Юнович.
Крупные капиталовложения в фундаментальные научные исследования светодиодных наноструктур были сделаны в США, в Японии, в Европе. В конце 90-х годов эти вложения начали окупаться - была создана светодиодная промышленность, выпускающая миллионы светодиодов.
С началом промышленного производства последовательно встали вопросы совершенствования светодиодных разработок. Исследования коснулись и внутреннего квантового выхода излучения в активном слое, и методов вывода излучения из кристалла. Решались и продолжают решаться задачи увеличения тока через один диод и уменьшения нагрева диодов, чтобы получить от одной светодиодной лампочки возможно больший световой поток. Рекордные значения коэффициента полезного действия - преобразования электрической энергии в световую энергию - достигли в лабораториях 60%!
Еще одна задача, стоящая перед учеными и инженерами, - получить при помощи светодиодов белый свет, воспринимаемый человеческим глазом. Восприятие света человеческим зрением характеризуется световой отдачей, измеряемой в люменах (единицах светового потока) на ватт электрической мощности. Лампы накаливания имеют световую отдачу около 18 лм/Вт. Светодиоды белого свечения в промышленности достигли сейчас значений порядка 80 лм/Вт, т.е. уровня экономичных люминесцентных ламп. В лабораториях получены значения световой отдачи до 150 лм/Вт; когда эти значения будут достигнуты в массовом производстве, белые светодиоды вытеснят обычные лампы.
"Тут возникли проблемы не только чисто физические, но и светотехнические проблемы светового восприятия человеческим зрением. Почти 70 лет отрабатывались люминесцентные лампы для того, чтобы их можно было широко применять. И до сих пор большинство предпочитает дома использовать лампы накаливания, а не люминесцентные. Как будет со светодиодами? Они имеют колоссальные возможности, но для массового их применения необходимы научные исследования и новые технологические разработки".
В целом реальные достижения в области светодиодов опережают прогнозы на 5 - 6 лет, что добавляет уверенности в их успехе. Настоящие светотехнические устройства на основе светодиодов не будут похожи на наши лампы накаливания, продолжает Юнович. Не обязательно ввинчивать светодиодную лампу в тот же цоколь, что и лампы накаливания, - "должны быть принципиально другие светотехнические устройства: и потолочные осветители, и настольные лампы, и внешние фонари".
По словам профессора МГУ, компании, вложившие несколько лет назад большие средства в научные исследования, сейчас начинают получать прибыли от массового производства светодиодов. Когда общее освещение перейдет на светодиоды, эти прибыли увеличатся в сотни раз, убежден Юнович. По его словам, если вы вкладываете в 2002-2007 годах, то весомый результат следует ожидать в 2011-2012 годах.
В России в 60-70-80-е годы были заложены не только возможности для развития светодиодной промышленности, но и основы нитридной технологии. В 90-е годы исследования и разработки благодаря энтузиастам не прекращались, но шли главным образом совместно с европейскими и американскими лабораториями. Профессор отмечает, что в России сейчас есть и научные коллективы, и промышленные фирмы, которые могут развивать исследования и разработки, необходимые для развития светодиодной промышленности.
"Работы последних 10 лет в России по нитридным соединениям и светодиодам на их основе были обсуждены на 4-х всероссийских совещаниях и 5 российских конференциях. На них, кроме Санкт-Петербурга и Москвы, были представлены Новосибирск, Томск, Нижний Новгород, Казань, Орел. За последние годы академические и университетские организации стали получать не только инвестиции от различных фондов, но и финансовые вливания от правительства и промышленности. Исследования и разработки, посвященные светодиодам, в Физико-Техническом Институте им.А.Ф.Иоффе, в Московском Университете признаны не только у нас, но и на мировом уровне. Сейчас необходима подготовка научных, инженерных и технических кадров для светодиодной промышленности, издание научно-технической и учебной литературы по светодиодам".
Физик подчеркивает, что для развития производства светодиодов и создания светодиодного освещения "недостаточно усилий отдельных фирм, необходима координация усилий и связей между различными институтами и компаниями, необходима государственная поддержка, которая осуществляется в Соединенных Штатах, в Китае, в Японии, Корее, Австралии, на Тайване".
Светодиоды - основа освещения будущего, подводит итог профессор МГУ. Однако, для успешной реализации заложенного в светодиодах потенциала необходимо создание государственной программы научных исследований, технологических разработок, технических разработок светотехнических устройств и продвижения их на рынок.
"В России есть все возможности, чтобы разработать и провести в жизнь программу светодиодного освещения, но без государственных вложений и без государственного организационного участия в этой программе она не будет эффективна", - убежден Александр Юнович.
Выставка "Интерсвет 2007" (Interlight-2007) - 13-я международная специализированная выставка по светотехнике и освещению, организованная Германской компанией "Ost-West Partners" и Российским ОВК-РУС прошла в Москве с 27 по 30 ноября. Выставка проводилась в четырех павильонах выставочного комплекса Экспоцентр, на ней были представлены стенды около 300 участников. По сравнению с 2006 годом, выставка увеличилась на один павильон, который был полностью посвящен полупроводниковым источникам света - светодиодам.
В рамках выставки состоялась Международная Конференция "Светодиодный Форум" ("LED Forum"), которая собрала более 200 участников из 15 стран. Форум проходил под председательством проф. Ю.Б.Айзенберга - главного редактора журнала "Светотехника" (английское издание журнала - "Light & Engineering").
Вступительный обзорный доклад "Современное состояние и тенденции развития светодиодов и светодиодного освещения" был сделан на Форуме профессором Московского Университета А.Э.Юновичем. На Форуме выступили представители зарубежных компаний (Cree, Osram-Semiconductor, Seoul Semiconductor, EVB Electronic и др.). От отечественных компаний выступили представители компаний "Светлана-Оптоэлектроника" и "Кавер Лайт". В заключение Форума "За круглым столом" было проведено обсуждение проблем развития светодиодной промышленности и светодиодного освещения в России.
Нанолампочка
С неприятными запахами в собственном доме нам сталкиваться приходится, так или иначе. Вдруг завоняло на кухне, запахло в санузле, животное нагадило, накурили. Методов борьбы полно: открытая форточка, освежители воздуха, ароматические свечи и тому подобное. Но оказывается, эту работу можно доверить лампочкам.
Не все, наверное, это заметили, но лампочки на месте не стоят — они прогрессируют. Появляются новинки, а учёные всё продолжают работу. К примеру, вот китайцы взяли и заменили вольфрамовую нить углеродными нанотрубками — выяснилось, что нанолампочка в чём-то превосходит обычную. Тем временем, даже об энергосберегающих лампочках — вошедших уже в обиход — известно не каждому.
А они, однако, обладают рядом преимуществ. Типичная лампочка светит 750-1 тысячу часов, новые флуоресцентные живут 6-10 тысяч часов и дольше.
Обычные лампочки потребляют, скажем, 100 Ватт, а энергосберегающие — 23 Ватта. При этом обе они, заметьте, испускают одинаковое количество света.
Но традиционные лампы выигрывают у экономных, казалось бы, новичков в главном — разница в ценах остаётся пока очень и очень ощутимой. Должно быть, до поры до времени, но речь сейчас не об этом.
Хотелось бы обратить внимание на неожиданные возможности, появившиеся в последнее время у "стеклянных осветителей". А именно — на устранение неприятных запахов и способность к борьбе с бактериями, грибками и вирусами. Как раз эти новые качества могут компенсировать ценовой разрыв.
Так вот, у фирмы Technical Consumer Products (TCP) в ассортименте есть такое изделие, как Fresh2 — это первая в мире, как утверждает производитель, лампочка, освежающая воздух.
Потребитель просто включает свет, и через десять минут революционное изделие начинает устранять недобрые запахи. Делать это она готова в течение трёх лет с 75-процентной экономией электроэнергии. $19,99 за пару лампочек. Разве не чудо из чудес?
Хорошо, необходимо объяснить, как Fresh2 работает. Секрет в том, что лампочка покрыта двуокисью титана (TiO2), которая при подвергании флуоресцентному свету создаёт фотокаталитическую реакцию.
В ходе этой реакции выпускаются отрицательно заряженные частицы — электроны, а на их месте остаются положительно заряженные "дырки".
Благодаря появлению комбинации плюсов и минусов на поверхности лампочки, содержащиеся в воздухе молекулы воды превращаются в очень сильные окислители — радикалы гидроокиси (HO), которые и нейтрализуют запахи.
Звучит, вроде как, более-менее понятно и убедительно. Но Джуди Хьюз (Judie Hughes) и её коллеги-соавторы сайта Gadgeteer предположили, что это надувательство потребителей, потому решили устроить Fresh2 настоящий тест-драйв. Благо, такая возможность у них в Америке есть.
Вложив в эксперимент около $20, Хьюз и компания получили в картонной коробке две революционные лампочки непосредственно от производителя. В комплекте был буклет с рассказами пользователей и бесплатная футболка.
Испытания Хьюз решила провести в двух самых маленьких по размеру помещениях своего дома — в прачечной (живут же люди) и в ванной комнате.
В прачечной у девушки имеются "стиралка", "сушилка", водонагреватель, корзина с грязной одеждой. Также здесь хранится корм для собаки. Не сказать, чтобы данное помещение пахло плохо, но кое-какой запашок или душок имелся. С ванной, она же — туалет, всё понятно.
Вкрутить Fresh2 не составило труда, лампочка "заточена" под стандартный патрон. Сделав это, Джуди крепко-накрепко закрыла двери в оба помещения, оставила свет в них гореть и ушла на десять минут.
По возвращению никаких явных различий испытательница не прочувствовала. Эксперимент был продлён на час.
"Не могу сказать, что войдя я почувствовала запах цветов, — признаётся Хьюз. — Вместо этого моё обоняние не почувствовало ничего. Никакого запаха, только чистый свежий воздух в обеих комнатах".
В общем, рецензия получилась восторженная. Только в больших комнатах тест-драйверы рекомендуют использовать несколько Fresh2 одновременно. А так — пусть светят всегда и везде.
Справедливости ради стоит отметить, что если лампочка от Technical Consumer Products и первая в мире, то не единственная. Еще есть O·ZONELite, созданная одноимённой американской компанией.
С изделием TCP у этой лампы много общего. Здесь мы видим ту же спиралевидную форму, те же 23 Ватта (хотя есть версия на 42 Ватта), опять-таки двуокись титана, фотокаталитическое действие и прочее.
Теперь отличия. O·ZONELite гарантирует 6 тысяч часов работы против 10 тысяч у Fresh2, цена $39,95 за штуку против двадцатки за пару.
Понятно, что эти сравнения не в пользу O·ZONELite, однако компания описывает другие преимущества своего продукта, которые либо были TCP забыты, либо их попросту нет.
Это, к примеру, антибактериальное действие, подтверждённое учёными и независимыми экспертами, терапия так называемой "зимней депрессии" и правильный акцент на "убийство" табачного дыма. Так что, вполне возможно, O·ZONELite стоит запрашиваемых денег.
В общем, в туалете таким лампочкам, как говорится, цены не будет. А в других помещениях — это ещё вопрос. Об этом никто из производителей вслух не говорит, но ведь революционные лампочки не разбираются, что приятно, а что — нет, и уничтожают все запахи. Оттого может статься, что в некоторых домах не будет пахнуть ничем. Правильно ли это?
Другие необычные лампочки:
Уникальные энергосберегающие лампы от компании Megaman
Состоялась ежегодная конференция компании Philips Lighting
В Выставочном центре Amber Plaza состоялась ежегодная конференция компании Philips Lighting, на которую было приглашено более 80 партнеров компании.
Гостям мероприятия была представлена программа, состоящая из 3 основных частей. В первой половине дня специалисты компании Philips Lighting провели презентации об основных стратегических направлениях развития компании в России на 2008 год и о последних тенденциях в основных сегментах освещения – магазины, офисы, промышленные предприятия, наружное освещение.
Большой интерес вызвали доклады специалистов из Европы: Альберта Зоммера, рассказавшего о развитии рынка светильников и современных тенденциях в освещении магазинов, а также Марка Ренье, который презентовал индивидуальные светодиодные решения.
Во второй части программы была проведена выставка, состоящая из шести инсталляций, иллюстрирующих последние тенденции в различных сегментах освещения. Каждая инсталляция отражала разные концепции освещения и давала возможность потребителям самостоятельно убедиться, какой вариант освещения более предпочтительный для данного типа помещения и как «правильный» свет благоприятно влияет на состояние глаз, объективное восприятие продукта, создание благоприятной рабочей атмосферы, безопасности дорожного движения в темное время суток.
В инсталляции «Магазин одежды» гости познакомились с лампами MASTERColour и CDM Elite, основные преимущества которых – белый искрящийся свет и большая освещенность помещения по сравнению с металлогалогенными лампами с кварцевой горелкой. Профессиональные лампы освещают помещение магазина и примерочных комнат, таким образом, что покупатель видит не только как на нем сидит данная модель, но и сочетание оттенка ткани с цветом кожи и волос, что помогает избежать покупки «ненужной» вещи.
При создании инсталляции «Супермаркет» были использованы лампы MASTER TL-D Super80. Гости смогли убедиться на собственном опыте, насколько ярче и привлекательнее выглядят товары в свете ламп Super80 по сравнению со стандартными лампами типа TL-D.
В инсталляции «Офис» были представлены лампы MASTER TL-D ActiViva, которые создают на рабочем месте бодрящую атмосферу солнечного дня, нужно только поменять сами лампы в существующих светильниках. Сотрудники не переутомляются от тусклого света, высокая работоспособность сохранятся до конца дня. Также была продемонстрирована новая концепция динамического освещения с использованием новых светильников Savio.
В инсталляции «Наружное освещение» было наглядно отражено преимущество белого света, с особым фокусом на примере системы Cosmopolis, придающей более комфортный облик улицам и делающей их более безопасными, как для автомобилистов, так и для пешеходов. Теперь в темное время суток, в плохие погодные условия: туман или дождь, можно быть более уверенным, в том, что предметы лучше и более различимы.
Инсталляция «Дом» познакомила посетителей с новыми лампами белого света Genie и галогенными лампами MASTERClassic, позволяющими сэкономить до 30% энергии. Дом – это самое любимое место в мире, комфортное освещение позволяет расслабиться и отдохнуть.
Большой интерес вызвали светодиодные решения компании Philips Lighting – светодиодные свечи Imageo, светодиодные лампы с сенсорными датчиками SpotOn и лампы LivingColors.
Инсталляция "Светодиоды" включала в себя две шестигранные колонны, каждая грань которых имела собственную текстуру и была подсвечена моноцветными светильниками LED line2 всех основных цветов. На верхней части колон были установлены два белых прожектора Beamer LED c регулируемым круглым пучком, подсвечивавшие логотип PHILIPS, размещенный на противоположной стене.
Увлекательный день был продолжен заключительным фуршетом и развлекательной программой, в которой приняли участие группа «Блестящие» и другие известные артисты.
