Светодиодные светильники: технология твердотельных ламп под функции освещения

Светодиодные светильники: технология твердотельных ламп под функции освещения

Достижения в области полупроводниковых систем привели к созданию меньших по габаритам, но более универсальных и более эффективных диодов. Такого типа электронные приборы помогли преобразовать область архитектурного освещения и дизайна. Фактически светодиоды как электронные приборы появились ещё в 1970-х годах, однако лишь недавно отметились «главными героями» освещения и архитектурного дизайна. И вот теперь, светодиодные светильники прочно укрепились на рынке в качестве энергетически эффективных заменителей ламп накаливания и люминесцентных ламп. Рассмотрим фактор новой технологии света.

Технология приборов твердотельного светодиодного освещения

Достижения в области технологий твердотельного освещения (SSL — Solid-State Lighting) позволяют делать отдельные светильники:

  • меньше по размеру,
  • ярче по излучению,
  • экономичнее по эксплуатации,
  • гибче в применении.

Согласно всевозможным прогнозам, переключение продуктов, предназначенных под внутреннее и наружное освещение с традиционных источников света на светодиоды, приведёт к сокращению потребления энергии на 75%. Это колоссальная экономия, позволяющая высвободить огромные финансовые средства.

Прежние достижения технологии SSL, как отмечают учёные и производители, часто сопровождались ошибками. Но исследования в этой категории светильников на данный момент более методичны и целенаправленны. Рассмотрим последние достижения развития технологии твердотельного светодиодного освещения, чтобы ясно представлять картину современности.

Производственный прогресс для светодиодных светильников

Светодиодные светильники прошли долгий путь технологической разработки, связанной:

  • производительностью,
  • артикуляцией размера,
  • формой,
  • физическими интерфейсами.

Эффективность твердотельных светодиодов, определяющая работу светильников, измеряемая люменами на ватт, значительно возросла. При этом стоимость приборов освещения снизилась. Между тем возможности для улучшения эффективности такого типа светильника всё еще остаются до конца неисчерпанными.

Если согласно отчётам производителей на момент 2017 года эффективность излучения светодиодных светильников варьировалась от 160 до 170 люмен на ватт, дальнейшее развитие обещает больше. Прогнозы показывают, что технология архитектуры светильника, где используется преобразование структуры люминофора (pc-LED), обещает повысить эффективность до 255 люменов на ватт.

СВЕТОДИОДНЫЕ

Светодиодные светильники - развитие технологии и отрасли в целом
Развитие технологии светодиодного светильника: 1 – чип-многослойная структура дизайна (CSP — Chip-Scale Package); 2, 3 – плоские без свинца на четыре вывода (QFN – Quad-Flad No-Lead); 4, 5 – пластиковый несущий корпусный чип (PLCC – Plastic Lead Chip Carrier)

Светильники современного образца на светодиодах становятся более компактными. Светодиодные индикаторы чип-многослойного типа (CSP) устраняют необходимость корпуса, где размещается светодиодная микросхема и люминофор. Кроме того, отметилась замена керамики — широко используемой по причине свойств управления температурой, — на улучшенные полимерные материалы.

Такой подход помогает сделать цену приборов более конкурентоспособной без ущерба для качества и производительности светодиодов. Производители получили возможность использовать меньшее количество светодиодов для создания того же эффекта. Соответственно, появились возможности:

  • добиться более компактного дизайна,
  • увеличения визуального комфорта,
  • снижения затрат на изготовление приборов.

Неиспользованный потенциал квантовых точек светодиодного светильника

Квантовые точки имеют потенциал для создания более эффективных и доступных систем. Белое освещение светодиодных светильников, в первую очередь, основано на преобразовании люминофора. Несмотря на достижения за последнее десятилетие, разрыв в эффективности остается стабильным.

АКВАРИУМНЫЙ

Светодиодные светильники + структура квантовых точек
Структура квантовых точек светодиодной конструкции светильника: 1 – металлический катодный слой; 2 – электронно-транспортный слой; 3 – слой квантовых точек; 4 – дырочно-транспортный слой; 5 – индий / олово оксидный слой; 6 — стекло

Современные разработки технологии за квантовыми точками. Это малые полупроводниковые частицы, способные излучать свет, имея размер всего 10 атомов в диаметре (в 10000 раз меньше диаметра волоса). Использование таких частиц заметно снижает стоимость производства светодиодных систем освещения.

Умные приборы светодиодного освещения

Разработаны так называемые «умные» светодиоды, объединяющие драйвер светодиода с интерфейсом управления в едином пакете. Устройства такого рода способны не просто излучать или воспринимать свет. Интеллектуальные:

  • красные,
  • зелёные,
  • синие

элементы управления в форме «Smart RGBi» способны дополнительно устранить необходимость использования дополнительных компонентов. «Умные» светильники допускают регулировку несколькими способами, от угла луча до направления и освещённости светодиодного источника, без необходимости в сложной оптике.

УЛЬТРАТОНКИЙ

Светодиодные светильники "умного" исполнения под освещение
Так называемые «умные» светильники на светодиодах способны без помощи человека автоматически регулировать интенсивность потока, цветовую отдачу и прочие свойства, создавая комфорт в нужное время

Достижения в области производства способствуют улучшению применения продукции и в конечном итоге улучшают пользовательский опыт. Такие задачи, как например, передвижение в больничном коридоре с целью поиска нужного кабинета для пациентов, облегчается с помощью настраиваемых сообщений, проецируемых на стены или пол.

Дальнейшие разработки в области цветопередачи для светодиодных источников уменьшают жёлтую и синюю цветовые полосы, что приводит к равномерному цветовому оформлению осветительных приборов.

Светодиодное освещение с ориентацией на человека

Помимо эффективности и результативности, отрасль применяет более целостный подход к освещению. Применительно к светодиодам явно отмечается выгода для производителей в объединении нескольких систем, таких как:

  • настройка цвета,
  • затемнение,
  • циркадный ритм.

Эти нововведения помогли вызвать интерес к освещению, ориентированному на человека (HCL — Human-Centric Lighting) или циркадное освещение. Целью такого освещения является поддержание благосостояния и продуктивности человека с помощью динамических источников света.

Достижения в области светодиодных технологий способствовали созданию настраиваемых систем белого света, имитирующих дневной свет, регулирующих коррелированную цветовую температуру и уровни яркости в течение дня.

УМНЫЙ WI-FI

Светодиодные светильники + эффект циркадного освещения
Начиная от здравоохранения и заканчивая корпоративной средой, активно изучаются потенциальные преимущества светильников, подходящих к естественным циклам сна и бодрствования человека

Разработчики и производители перешли точку статического освещения люминесцентными лампами в офисных помещениях или лампами накаливания в домах.

Налицо адаптация спектра света ко времени суток, по существу имитация дневного света в помещении. Улучшения качества света или точности цветопередачи светодиодных источников также остаются в центре внимания с использованием новых люминофоров, сохраняя при этом высокую эффективность.

Технологии светодиодных настраиваемых белых систем света

Исследования и технологии для настраиваемых белых систем в настоящее время достаточно развиты. Вместе с тем на рынке появляются более совершенные системы управления и более широкие возможности. Ценность настраиваемых белых систем в настоящее время заключается в обучении и внедрении этой технологии широкой публикой.

Технология квантовых точек способна также улучшить ориентированное на человека освещение, благодаря способности квантовых точек контролировать с высокой точностью и программировать свет.

На выходе получаются правильные насыщенные цвета, имитирующие настоящий солнечный свет. Полученное динамическое освещение способно даже улучшить циркадный ритм жизни человека, согласно результатам некоторых исследований.

Оценки и сертификация характеристик светодиодов светильников

Обеспечение качественным светом и минимальное воздействие на окружающую среду — это две дополнительные области, в которых произошли улучшения. Процесс оценки и сертификации характеристик светодиодов получил преимущества благодаря прогрессу в технологии. Прогресс помог решить вопросы относительно:

  • надёжности,
  • производительности,
  • воздействия на окружающую среду отдельных диодов.

Производимые светодиодные лампы предварительно калибруются с помощью фотометров, — инструментов, измеряющих уровень яркости на всех длинах волн. Также учитывается естественная чувствительность человеческого глаза к ряду цветов.

ДИЗАЙНЕРСКИЙ

Светодиодные светильники и калибровка освещения через смартфон
Под калибровку светодиодных светильников можно использовать не только профессиональные фотометры, но также обычные пользовательские смартфоны, дополненные специальным приложением

Новые светодиодные лампы оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем прежние технологии SSL. Даже по сравнению с обычными технологиями освещения, инновационные светодиодные светильники демонстрируют лучший результат. Более новые светодиодные лампы производятся с меньшим количеством металлов, следовательно, менее опасны для здоровья.

Инновации в области светодиодов продолжают формировать новую границу техники освещения. Новые применения, когда светодиоды подключаются к смартфонам, уже рассматриваются состоявшимся нововведением.

Сложность инновационных продуктов заключается в сложности устройств, что в конечном итоге вызывает озабоченность потребителей. Это даёт возможность разработчикам светодиодов занять лидирующие позиции в разработке бытовой электроники для переработки и повторного использования.

Светодиодные светильники — развивающиеся рынки и услуги

Доступность и возможности 3D-печати по требованию распространились, кроме всего прочего, на индустрию светодиодных SSL светильников. Дизайнеры и архитекторы освещения теперь создают светильники на светодиодах с индивидуальными форм-факторами, специфичными для проекта. Есть даже возможность изготавливать светодиодные светильники на месте, сводя к минимуму время выполнения заказа.

 

Аддитивное производство также позволило интегрировать тепло-отводящие структуры светодиодных светильников, имеющие решающее значение для поглощения и рассеивания избыточного тепла от светодиодной матрицы. Теперь радиаторы охлаждения встраиваются непосредственно в конструкцию оболочки светодиодного светильника, а не добавляются как вспомогательный компонент.

Эти производственные возможности, в конечном итоге, способствуют уменьшению общего размера и стоимости светодиодных светильников, одновременно увеличивая эстетическую привлекательность, предоставляя более широкий доступ к продуктам под изготовление на заказ.


При помощи информации: ArchitectMagazine