LEDниковый период

Номер журнала "Иллюминатор": 1(3)-2003
Рубрика: Световое оборудование: фонари, светильники, прожекторы, лампы ...
Автор статьи: Юрий Медведев, Кирилл Борисов

Рис. 1. Световая отдача различных типов светодиодов в сравнении с другими источниками света

    Вторая половина XX века принесла человечеству ряд выдающихся открытий в физике полупроводников, кардинально изменивших жизнь и деятельность людей. Изобретение транзистора, последовавшее за этим создание компьютера и дальнейшее бурное развитие полупроводниковой электроники, вычислительной техники и информационных технологий оказало громадное влияние на все без исключения области человеческой деятельности.
    В последние годы мы стали свидетелями взрывного развития еще одной области техники, основанной на физике полупроводников, – оптоэлектроники. Прежде всего это проявляется в стремительном совершенствовании светодиодов – замечательных полупроводниковых источников света, которые с высокой вероятностью в ближайшем будущем преобразят мир искусственного освещения.
    Светодиоды, или светоизлучающие диоды (в английском варианте LED – light emitting diodes) хорошо известны каждому как миниатюрные индикаторы (обычно красного или зеленого цвета), применяемые в аудио– и видеоаппаратуре и в бытовой технике. Чтобы понять, почему этим маленьким "огонькам" пророчат большое будущее, рассмотрим подробнее их устройство, характеристики, принципы работы и историю создания и развития.
    Прежде всего, светодиод – это полупроводниковый диод, то есть по сути дела p-n-переход. Напомним, что p-n-переход – это "кирпичик" полупроводниковой электронной техники, представляющий соединенные вместе два куска полупроводника с разными типами проводимости (один с избытком электронов – "n-тип", второй с избытком дырок – "p-тип"). Если к p-nпереходу приложить "прямое смещение", т. е. подсоединить источник электрического тока плюсом к p-части, то через него потечет ток. Современные технологии позволяют создавать интегральные схемы, содержащие огромное количество p-n переходов на одном кристалле; так, в процессоре Pentium-IV их количество измеряется десятками миллионов.
    Нас интересует то, что происходит после того, как через прямо смещенный p-n переход пошел ток, а именно момент рекомбинации носителей электрического заряда – электронов и дырок, когда имеющие отрицательный заряд электроны "находят пристанище" в положительно заряженных ионах кристаллической решетки полупроводника. Оказывается, что такая рекомбинация может быть излучательной, при этом в момент встречи электрона и дырки выделяется энергия в виде излучения кванта света – фотона. В случае безызлучательной рекомбинации энергия расходуется на нагрев вещества. В природе существует как минимум 5 видов излучательной рекомбинации носителей зарядов, в том числе так называемая прямозонная рекомбинация. Впервые это явление в далекие 20-е годы исследовал О. В. Лосев, наблюдавший свечение кристаллов карборунда (карбид кремния SiC). Для большинства полупроводниковых диодов это явление – просто "побочный эффект", не имеющий практического смысла. Для светодиодов же излучательная рекомбинация – физическая основа их работы.
    Первые имеющие промышленное значение светодиоды были созданы на основе структур GaAsP/GaP Ником Холоньяком (США). Помимо них в 60-е годы были созданы светодиоды из GaP c красным и желто-зеленым свечением. Внешний квантовый выход (отношение числа излученных светодиодом фотонов к общему числу перенесенных через p-n-переход элементарных зарядов) был не более 0,1%. Длина волны излучения этих приборов находилась в пределах 500-600 нм - области наивысшей чувствительности человеческого глаза, - поэтому яркость их желто-зеленого излучения была достаточной для целей индикации. Световая отдача светодиодов при этом составляла приблизительно 1-2 Лм/Вт.

Рис. 2. Три способа получить белый свет Красный + синий + зеленый светодиоды Динамическая настройка цветов Отличная цветопередача Широчайшая гамма возможных цветов Возможна настройка белого цвета путем подбора люминофора Отличная цветопередача УФ-светодиод + RGB-люминофор Самый простой и дешевый способ Хорошая цветопередача Синий светодиод + желтый люминофор

    Дальнейшее совершенствование светодиодов проходило по двум направлениям – увеличение внешнего квантового выхода и расширение спектра излучения. Велик вклад в эту работу советских ученых, в частности Ж. И. Алферова с сотрудниками, еще в 70-е годы разработавших так называемые многопроходные двойные гетероструктуры, позволившие значительно увеличить внешний квантовый выход за счет ограничения активной области рекомбинации. Использовались гетероструктуры на основе арсенидов галлия-алюминия, при этом был достигнут внешний квантовый выход до 15 для красной части спектра (световая отдача до 10 Лм/Вт) и более 30% – для инфракрасной. Показателен факт присуждения Жоресу Ивановичу Алферову Нобелевской премии в 2000 году, когда стали очевидными важность и огромное значение его работ для развития науки и техники.

    Исследования других гетероструктур привели к созданию эффективных светодиодов, излучающих в других областях спектра. Так, светодиоды на основе фосфидов алюминия-галлия-индия (разработка компании Hewlett Packard) излучали красно-оранжевый, желтый и желто-зеленый свет. Они имели световую отдачу до 30 Лм/Вт (и внешний квантовый выход до 55%), превосходя лампы накаливания. При этом необходимо понимать, что, в отличие от ламп накаливания, светодиоды излучают свет в относительно узкой полосе спектра, ширина которой составляет 20–50 нм. Они занимают промежуточное положение между лазерами, свет которых монохроматичен (излучение со строго определенной длиной волны), и лампами различных типов, излучающих белый свет (смесь излучений различных спектров). Иногда такое "узкополосное" излучение называют "квазимонохроматическим". Как источники "цветного" света светодиоды давно обогнали лампы накаливания со светофильтрами.

    Так, световая отдача лампы накаливания с красным светофильтром составляет всего 3 Лм/Вт, в то время как красные светодиоды сегодня дают 30 Лм/Вт и более. Например, новейшие приборы Luxeon производства американской компании Lumileds обеспечивают 50 Лм/Вт для красной и даже 65 Лм/Вт для оранжево-красной части спектра (www.luxeon.com). Впрочем, и это не рекорд – для желто-оранжевых светодиодов планка 100 Лм/Вт уже взята. На рис. 1. представлена световая отдача различных типов светодиодов в сравнении с другими источниками света.

    Долгое время развитие светодиодов сдерживалось отсутствием приборов, излучающих в синем диапазоне. Эту проблему решил несколько лет назад Ш. Накамура из компании Nichia Chemical с помощью гетероструктуры на основе нитрида индия-галлия InGaN.

    В сине-зеленой области спектра удалось добиться внешнего квантового выхода до 20% и вплотную приблизиться по эффективности к люминесцентным лампам (световая отдача 60–80 Лм/Вт).
    Изобретение синих светодиодов замкнуло "RGB-круг": теперь стало возможным получение любого цвета, в том числе любого оттенка белого цвета простым смешением цветов. При этом могут быть использованы как отдельные светодиоды разных цветов, так и трехкристальные светодиоды, объединяющие кристаллы красного, синего и зеленого свечения в одном корпусе.

    Если синий светодиод покрыть специальным желтым люминофором, мы получим белый свет. Белые светодиоды намного дешевле трехкристальных, обладают хорошей цветопередачей, а по световой отдаче (до 30 Лм/Вт) они уже обогнали лампы накаливания ("мировые рекорды" яркости, мощности и эффективности, похоже, начали сыпаться, как из рога изобилия; на последней Lightfair-2002 Lumileds Lighting показала белый Luxeon мощностью 5 Вт с потоком 120 Лм). Еще один метод – возбуждение трехслойного люминофора светодиодом ультрафиолетового спектра по аналогии с кинескопом цветного телевизора (УФ-светодиод в данном случае "заменяет" электронную пушку кинескопа).

    Кристалл светодиода – практически точечный источник света, поэтому корпус может быть очень миниатюрным. Конструкция корпуса светодиода должна обеспечить минимальные потери излучения при выходе во внешнюю среду и фокусирование света в заданном телесном угле. Кроме того, должен быть обеспечен эффективный отвод тепла от кристалла. Самая распространенная конструкция светодиода – традиционный 5миллиметровый корпус (рис. 3, вверху). Конечно, это не единственный вариант “упаковки” кристалла. Например, для сверхъярких светодиодов, расчитанных на большие токи, требуется массивный теплоотвод (рис. 3, внизу).

Преимущества светодиодов

Рис. 3. Конструкция светодиода

    Кроме высокой световой отдачи, малого энергопотребления и возможности получения любого цвета излучения, светодиоды обладают целым рядом других замечательных свойств.

    Отсутствие нити накала благодаря нетепловой природе излучения светодиодов обусловливает фантастический срок службы. Производители светодиодов декларируют срок службы до 100 тысяч часов, или 11 лет непрерывной работы, – срок, сравнимый с жизненным циклом многих осветительных установок. Отсутствие стеклянной колбы определяет очень высокую механическую прочность и надежность.
    Малое тепловыделение и низкое питающее напряжение гарантируют высокий уровень безопасности, а безынерционность делает светодиоды незаменимыми, когда нужно высокое быстродействие (например, для стоп-сигналов).
    Сверхминиатюрность и встроенное светораспределение определяют другие, не менее важные достоинства. Световые приборы на основе светодиодов оказываются неожиданно компактными, плоскими и удобными в установке.

Светотехнические характеристики

    Обычно в справочных данных указывается осевая сила света Io светодиода в милликанделлах для заданного значения прямого тока Jпр. Для современных сверхъярких светодиодов значение Io колеблется в пределах 200–5000 мКд (здесь речь идет о стандартных 5миллиметровых светодиодах, для приборов большего размера прямой ток может измеряться сотнями миллиампер и даже амперами, а сила света – десятками канделл).
    Характер светораспределения определяется углом излучения 2 0,5. Естественно, чем меньше угол излучения, тем больше осевая сила света при том же световом потоке. Обычно указываются также цвет свечения и длина волны излучения.
    Цветовая температура и общий индекс цветопередачи весьма актуальны для белых светодиодов, применяемых в целях освещения. Производители декларируют Ra до 75–85 (хорошая цветопередача). Еще лучших результатов можно добиться, "синтезируя" белый цвет путем смешения нескольких цветов; при этом белые светодиоды могут использоваться совместно с "цветными".

Электрические характеристики

    Электрические характеристики светодиодов очень важны по двум причинам. Во-первых, светодиод должен работать в правильном режиме, чтобы полностью реализовать свой ресурс; во-вторых, яркостью светодиодов можно легко управлять, а если применять смешение цветов, таким же легким становится управление цветом прибора, в состав которого входят светодиоды разных цветов.

Рис. 4. Вольт-амперный характеристики светодиодов и обычных полупроводниковых диодов

    Полную информацию о поведении светодиода дает его вольт-амперная характеристика (ВАХ), повторяющая по форме ВАХ обычного кремниевого диода. (Рис. 4.) В случае обратного включения светодиода через него протекает малый ток утечки Ioбр, светодиод при этом не излучает света. Обратное напряжение, приложенное к светодиоду, не должно превышать предельно допустимого обратного напряжения Uобр, иначе возможен пробой p-n перехода. Рабочий режим светодиода отражает правая, круто уходящая вверх часть ВАХ. Очень важно, чтобы ток, протекающий через светодиод, не превышал предельно допустимый прямой ток I пр п.д., в противном случае светодиод выйдет из строя. Току I пр соответствует прямое напряжение Uпр.

    Светодиоды допускается "запитывать" в импульсном режиме, при этом импульсный ток, протекающий через прибор, может быть выше, чем значения постоянного тока (до 150 мА при длительности импульсов 100 мкс и частоте импульсов 1 кГц). Для управления яркостью светодиодов (и цветом, в случае смешения цветов) используется широтно-импульсная модуляция (ШИМ) – метод, очень распространенный в современной электронике. Это позволяет создавать контроллеры с возможностью плавного изменения яркости (диммеры) и цвета (колорчейнджеры).

Простые эксперименты со светодиодами

    Когда у меня в руках впервые появился светодиод, мне захотелось сразу подключить его к батарейке, чтобы увидеть, как он светит. Однако торопиться не следует: в отличие от миниатюрной лампы накаливания от карманного фонаря, светодиод не терпит подобного обращения и может сгореть.
    Дело в том, что светодиод должен питаться от источника стабилизированного тока; типовое значение тока – 20 мА, рабочий диапазон 100-40 мА. Поэтому для питания светодиода от батарейки необходим гасящий резистор (схема А ). Зная характеристики светодиода и напряжение батарейки, с помощью закона Ома можно легко подсчитать, какое сопротивление должен иметь гасящий резистор. Исходя из ВАХ видно, что для разных типов светодиодов при токе 20 мА мы имеем разное падение напряжения: 2 В для структуры AlGaInP, 4 В для InGaN. Для батарейки 9 В на гасящем резисторе должно в первом случае "упасть" 7 В, что при 20 мА произойдет при значении сопротивления резистора в 7 В / 20 мА=350 Ом. Во втором случае имеем, соответственно, 5 В / 20 мА=250 Ом.

Последовательное включение СД

Светодиоды можно легко объединять в последовательные цепочки (схема Б).

Для увеличения надежности целесообразно последовательно - параллельное включение светодиодов.

А как питать от источника переменного тока? Схемы питания от сети переменного напряжения 12 В (схема В).

Следует отметить, что при питании от сети частотой 50 Гц может наблюдаться утомительное для глаз мерцание.

Приведенные простейшие схемы служат для иллюстрации принципов включения светодиодов, хотя и применяются в некоторых установках. Специально разработанные источники питания обеспечивают оптимальный режим работы светодиодов, включают цепи электронной стабилизации напряжения и защиты от перегрузок.

Производители светодиодов

    Рынок светодиодов расценивается как исключительно важный всеми "китами" светотехнической индустрии. Количество заключенных стратегических альянсов, явно рекордное в последние годы, косвенно свидетельствует о серьезном движении капиталов "за сценой".

Nichia Chemical Corp. Япония www.nichia.com

Компания, впервые разработавшая LED синего и белого свечения на основе структур InGaN, сохраняет лидирующие позиции в производстве сверхъярких синих, зеленых и белых светодиодов.

Agilent Technologies США www.agilent.com

Отделение электронных компонентов компании Hewlett Packard с 1999 г. – самостоятельная компания. Признанный лидер в разработке сверхъярких LED красного и желтого свечения на основе структур AlInGaP.

Lumileds Lighting (США) www.lumileds.com

Совместное предприятие Agilent Technologies и Philips Lighting. Производство сверхъярких светодиодов с повышенным током накачки, светодиодных сборок и модулей (Barracuda, Luxeon) очень высокой яркости.

VOSSLOH Wustlich OPTO GmbH&Co (Германия) www.wustlich.de

Производство светодиодов различных типов, в том числе и сверхъярких, семисегментных индикаторов, светодиодных модулей.

OSRAM Optosemiconductors (штабквартира компании находится в Германии, производственные мощности – в США и Малайзии) www.osram-os.com

Бывшее совместное предприятие OSRAM и Infineon Technologies, которое сейчас полностью принадлежит OSRAM. Производство сверхъярких светодиодов, в том числе для поверхностного монтажа. Очень широкая линейка светодиодных модулей (линейные, гибкие, круглые и др.).

LIGITEK Electronics (Тайвань) www.ligitek.com

Тайваньские фирмы, как водится, не отстают! В хит-листе рекордов светодиоды LIGITEK мы, может, и не найдем, а вот по cоотношению цена–качество эта компания – один из лидеров.

Kingbright Electronics (Тайвань) www.kingbright.com

Еще одна крупная тайваньская компания, поставляющая широкий ассортимент светодиодов и изделий на их базе.

НПЦ ОЭП ОПТЭЛ (Россия) www.optelcenter.com

Разработка и производство высокоэффективных светодиодов, ИК диодов, диодных осветителей с потоком до 55 Лм, светодиодных фонарей с силой света до 3000 Кд, в т. ч. белого цвета свечения и других устройств.

"Корвет-лайтс" (Россия) www.corvette-lights.ru

Разработка и продажа сферических однокристальных светодиодов, а также светосигнальных и осветительных приборов на их основе.

Power Light Systems (Россия) www.powerlight.ru

Производство светодиодных модулей, сборок и другой продукции на базе светодиодов. Светодиодные лампы в стандартных цоколях обычных ламп. Поставка светодиодной продукции большинства ведущих мировых производителей

НТЦ "Оптоника" www.optonika.ru

Поставка светодиодной продукции, а также других компонентов оптоэлектроники и микроэлектроники большинства ведущих мировых производителей. Разработка светотехнических устройств и систем различного назначения на базе светодиодов.

Световые приборы на основе СД
Светосигнальные приборы

    Светодиодная экспансия в светотехнику началась со светосигнальных приборов, изначально основанных на применении цветного света. Здесь преимущества светодиодов особенно очевидны. Например, лампа на основе светодиодов AlInGaP красного цвета излучения потребляет в 100 раз (!) меньше электроэнергии и служит в 100 раз (!) дольше, чем обеспечивающая аналогичный эффект лампа накаливания с красным светофильтром.
    Светофоры, автомобильные стопсигналы, сигналы поворота, габаритные и заградительные огни, дорожные знаки, навигационные знаки водных путей – в этих областях светодиоды стремительно захватывают лидерство (объем продаж только в США превысил полмиллиарда долларов и удваивается быстрее, чем раз в два года). Это и не удивительно: лампы накаливания в обычных светофорах требуют ежегодной замены, а светодиодные приборы служат 5–10 лет, потребляя при этом в 5–10 раз меньше электроэнергии (по тем же американским данным, новые светофоры "экономят" как минимум 400 млн кВт-ч в год).

Осветительные приборы

    Идея прямой замены ламп накаливания на светодиодные "аналоги" уже давно не воспринимается как фантастическая. "Прямые заменители" на базе светодиодов созданы как для низковольтных "галогенок" MR-11 и MR-16, так и для ламп с другими стандартными цоколями. Процесс "замены" быстрее всего протекает в "мобильных" приложениях (фонари для разного рода работ, карманные фонарики, велосипедные фары и т. д.).
    Еще более перспективны светодиодные модули – исключительный по гибкости "конструктор" для дизайнера, включающий разнообразные простейшие геометрические формы – линии, кольца, звезды, прямоугольники.. . Подобно разноцветным пластиковым модулям LEGO светодиодные модули легко объединяются друг с другом и не менее легко присоединяются к любой поверхности. Если светодиоды открывают новую эру в освещении вообще, светодиодные модули – бесспорно, новая эра светодизайна. Осветительный прибор как автономное устройство перестает быть главным компонентом архитектурного и интерьерного освещения; мы делаем шаг "вглубь", встраивая, интегрируя свет в различные объекты, и получаем совершенно новую степень свободы в формировании световой среды, выходя на фантастический уровень детальности, согласованности, управляемости.
    Интереснейшие возможности открывают светодиодные осветители для оптоволоконных систем. Их экспансии явно мешает громоздкость, шумность и ненадежность используемых проекторов. Светодиодные осветители не имеют ни одного из перечисленных недостатков, зато имеют "нетипично" высокий для оптоволоконных систем КПД, а такой недостаток, как невысокий уровень светового потока, похоже, уже начинает терять актуальность.

Приложения СД в интерьере, архитектуре, ландшафте

    Пожалуй, самое интересное – это процесс вторжения светодиодных технологий в "традиционное" освещение. Начался он с установок, где не требуется высокий уровень освещенности: дежурное и аварийное освещение, ночное интерьерное освещение, знаки и таблички, "маркировочное" освещение. Насыщенный цвет светодиодных "световых маркеров" позволяет использовать светодиоды для цветового зонирования пространства, создания цветовых акцентов. Сочетание светопрозрачных конструкций (окна, стеновые панели, стеклянная мебель) с гибкими линейными светодиодными модулями позволяет создавать светящиеся и меняющие цвет формы. Применение сверхминиатюрных источников света позволяет создать "альтернативные" яркие световые образы для привычных предметов интерьера. С ростом световой отдачи и удешевлением приборов светодиодная "экспансия" распространяется не только на локальное, но и на общее освещение, в котором лидирующее положение пока занимают традиционные и галогенные лампы накаливания (жилые помещения) и люминесцентные лампы (офисные помещения).
    В настоящее время существует ряд "экспериментальных" установок, для широкомасштабного применения светодиоды пока дороги, но экономия на обслуживании и прогнозы дальнейшего развития отрасли позволяют предполагать, что "цепная реакция" начнется уже в этой декаде (до 2010 г.).
    Наиболее остры вопросы обслуживания в наружном освещении, поэтому внедрение светодиодов в архитектурное освещение происходит очень быстро. Заманчивой идеей для архитекторов является применение светодиодных "линий" для создания световых карнизов. Характеристики светодиодных модулей по эксплуатационным параметрам многократно превышают существующие альтернативы, а по стоимости оказываются вполне сравнимыми с ними. Нужно только не забывать, что холодный свет светодиодов не в состоянии растопить скапливающийся на карнизах снег, поэтому использовать их (в наших краях) в архитектурной подсветке нужно в положении "светим вниз".
    Первые объекты архитектурного освещения начали появляться и в Москве.

    Тот же аргумент справедлив для ландшафтного освещения, поэтому встраиваемые в дорожку или газон светодиодные "аплайты" зимой видны не будут. Однако здесь есть и плюсы: светодиоды, как и оптоволоконо, можно использовать для подсветки ледяных скульптур, замерзших прудиков из-под льда и т. д.).

    Насыщенные цвета светодиодов создают фантастические эффекты при подсветке воды. Светодиодное освещение фонтанов создает ни с чем не сравнимые "флуоресцирующие" световые картины, одну из которых мы можем наблюдать в Москве (площадь Европы перед Киевским вокзалом).

Освещение “похищения.. .”

    Это необычайное событие произошло как раз на изломе сентября: знаменитый герой древнегреческих мифов Зевс в который раз похитил красавицу Европу, причем теперь практически в самом центре Москвы – на вновь созданной площади Европы (бывшая площадь Киевского вокзала). На сей раз громовержец обернулся быком "авангардистской" породы, из отполированных до блеска изогнутых стальных труб, и материализовался он вместе со своей не менее абстрактной и сияющей нержавеющим торсом пленницей посреди гигантского фонтана. Авторство современной интерпретации античного сюжета принадлежит бельгийскому скульптору Оливье Стребелю, который обозначил основную идею композиции как попытку добиться некой динамичной игры, замешанной на "переплетении тел быка и женщины и сотен водных струй, извивающихся в едином порыве".

    Фонтан "Похищение Европы" оказался уникальным по целому ряду своих параметров. Так, он стал самым масштабным из абстрактных скульптурных сооружений Москвы – чего стоят только многометровые раскидистые бычьи рога! – и самым грандиозным гидротехническим сооружением подобного типа. 3,5 км нержавеющих труб, упрятанных глубоко в недрах фонтана, поддерживают эту нескончаемую водную феерию. Но главное – это первый в России фонтан, световой декор которого обеспечивается в основном светодиодами, и единственное в мире гидротехническое сооружение такого размаха, имеющее светодиодную динамическую подсветку. Судите сами: внешний диаметр четырехкаскадной чаши фонтана составляет 50 метров. "Никто и никогда не реализовывал еще подобного светотехнического проекта в таком объеме и на таком пространстве", – говорит Алексей Холинов, заместитель генерального директора компании "Эдлайн", разработавшей гидродинамическое и светодекоративное решение фонтана.

    Для того чтобы эффектно и в подробностях осветить сцену "похищения", потребовалось 1050 универсальных светильников в бронзовых влагостойких корпусах (разработка и производство компании "Эдлайн"). 200 из них снабжены 100-ваттными галогенными лампами, излучающими чисто-белый холодный свет, и направлены непосредственно на скульптурную композицию, подчеркивая ее безупречно гладкие стальные поверхности. Основная роль светодиодных светильников, а их 850, – это динамическая подсветка воды во всех ее проявлениях: струй, брызг и глади. Они смонтированы под водой, причем в ее приповерхностном слое, чтобы "не растерять" часть света в толще воды. Мощные струи, вырывающиеся из 354 форсунок, установленных в ложе фонтана, постоянно изменяют цвет, поочередно окрашиваясь в зеленый, желтый или синий. Встречнонаправленные струи на определенном отрезке времени имеют разные цвета. Переплетаясь в полете, они создают новые световые нюансы. В зависимости от конкретных параметров – угла вылета и дальности полета – на каждую водную струю приходится от одного до нескольких трехцветных светодиодных светильников, которые с помощью луча прослеживают каждую траекторию.

    Туман, окутывающий скульптурную композицию со всех сторон, обеспечивают еще 150 форсунок. Эта клубящаяся полупрозрачная среда также попеременно окрашивается разными пятнами цветов, хотя никакой специальной подсветки для этого не предусмотрено вовсе. Все дело в струях, которые бурлят вокруг и внутри туманного облака, сообщая ему часть своего радужного свечения.
    То что в ходе реализации идеи художественного освещения фонтана явное предпочтение было отдано именно светодиодам, разработчики-светодизайнеры объясняют целым рядом соображений. Прежде всего, интенсивность цветных световых потоков, излучаемых специально сконструированными для данного проекта светодиодными светильниками, существенно превышает яркость галогенных ламп с цветными фильтрами. К тому же цветовая гамма таких фильтров весьма ограничена, в то время как различные комбинации основных цветов в светодиодной матрице позволяют получить до 16 миллионов всевозможных оттенков. Кроме того, цветные фильтры не выдерживают воздействия мощного излучения галогенных ламп и довольно быстро выцветают. Преимущество также явно на стороне светодиодов и с точки зрения чистоты излучаемого ими света.
    Другим аргументом в пользу светодиодов стала их абсолютная устойчивость к многократным включениям и выключениям, за счет которых, собственно, и создается светодинамический эффект.Аналогичный режим работы галогенных ламп существенно сокращает срок их службы. Да и при постоянной нагрузке эти лампы выходят из строя как минимум в 10 раз быстрее, чем светодиоды.В отличие от мощных галогенных ламп низковольтные, слаботочные светодиоды (потребляемая мощность – 6 Вт) практически не представляют опасности при эксплуатации в воде.
    Вообще, светодиодная система подсветки – достаточно дорогой вариант по сравнению с той же "галогенной" альтернативой. Впрочем, это касается только единовременных затрат на производство и монтаж. По оценкам специалистов, светодиодный вариант неминуемо оправдает себя в ходе эксплуатации и даст практически пятнадцатикратную экономию.

    Воплощение основного творческого замысла в части декоративносветового оформления сюжетной линии фонтана светотехникам, несомненно, удалось. Созданная здесь мощная динамика воды и света подчеркивает и усиливает стремительное движение быкаЗевса, от которого кипит и пенится вода, оставляя гигантский шлейф.
Здесь справедливым будет заметить, что автор скульптуры изначально имел собственное видение свето– и гидродекора своего творения. Однако в результате отдал предпочтение все же дизайнерской концепции "Эдлайна" и, похоже, остался вполне этим доволен. Да и Европа, вероятно, совсем не против своего очередного похищения, столь эффектно и красочно обставленного на площади, носящей ее собственное имя.

Кинетика цвета и света

    Одно из самых удивительных, завораживающих применений светодиодов – создание установок с динамически меняющимися яркостью и цветом. Конечно, цветодинамика родилась не вчера, можно вспомнить Скрябина, казанское ОКБ "Прометей", цветомузыкальные фонтаны в разных городах СССР и, конечно, мощную современную индустрию профессионального света для шоу-бизнеса. Однако сегодняшняя "светодиодная революция" создает качественно новую ситуацию: произвольно меняющийся во времени и пространстве цветной свет становится инструментом, доступным каждому архитектору, дизайнеру, художнику.

    Пионером LED-цветодинамики стала американская компания Color Kinetics (www.colorkinetics.com), разработавшая фирменную технологию Chromacore, обеспечивающую управление светодиодами и смешение цветов по принципу RGB. Color Kinetics выпускает широкую гамму световых приборов ("прямой заменитель" галогенной лампы MR-16 iColorMR, "софиты" С-серии, линейные светильники ColorCove, "бластеры" для заливки стен ColorBlast и др.), каждый из которых имеет встроенный микропроцессор с большим количеством встроенных программ изменения цвета. Переключение программ осуществляется с помощью миниатюрных DIP-переключателей. Кроме встроенных программ, имеется возможность управлять "световым оркестром" по протоколу DMX512 с помощью внешнего контроллера или персонального компьютера. Программу для загрузки в контроллер пользователь готовит с помощью фирменного пакета ColorPlay. Подкупает простота подготовки такой программы: пользователь в течение нескольких минут может выбрать из списка имеющиеся у него световые приборы, задать на временной оси поведение каждого из них, смоделировать получившееся "световое шоу" на экране монитора или "вживую", наконец, записать программу в память контроллера.

    Цветодинамические инсталляции в США плодятся как грибы, Европа, как водится, тоже попала под влияние этой американской "попкультурной" эпидемии. На российскую "благодатную почву" этот вирус уже занесен, так что ожидается второе пришествие цветодинамической лихорадки (кто-то из читателей, должно быть, помнит, как в юные 70-е "лепил" цветомузыку для школьной дискотеки).

    Воодушевленные безусловным успехом Color Kinetics, несколько других американских и европейских производителей (в том числе бельгийский Ldi, представленный на только что прошедшем "Интерсвете" российской компанией "ИБЕРИ") выпустили свои версии светодиодных программируемых цветодинамических систем. По непроверенным данным, в одной из лабораторий СНГ тоже разработана сходная установка с DMXуправлением. Возможно, все это будет способствовать снижению цены, которая для продукции Color Kinetics пока просто заоблачна (и это при том, что на целом ряде изделий стоит гордая надпись "Made in China"). Впрочем, высокая степень стандартизации LED-модулей предполагает ценообразование по принципу компьютерных комплектуюших: огромные объемы однотипных изделий, низкие наценки. Происходит смещение акцентов в сторону системного дизайна и интеграции. Открывающаяся перед дизайнером бездна возможностей требует быстрого освоения инструментария, разработки новых художественных приемов и как любая свобода, таит в себе вызов и сильнейший стимул к творчеству.

Революция в энергопотреблении

    Вырвавшаяся из недр твердого тела энергия света (правильнее сказать, освобожденная выдающимися отечественными и зарубежными учеными) поражает воображение. Можно смело сказать, что найден значительно более "прямой" путь преобразования электроэнергии в свет, чем все существовавшие до сих пор. То что на светодиоды сделаны крупные ставки, подтверждает факт существования долгосрочной программы финансирования фундаментальных исследований National Lighting Initiative из госбюджета США. Согласно этой программе департамент энергетики правительства США выделяет более $1 млрд в течение 11 лет. Есть надежда добиться роста эффективности белых светодиодов до 150 Лм/Вт в течение 20 лет. При этом уступить натиску твердотельных источников света придется не только лампам накаливания и люминесцентным, но и газоразрядным. Экономия электроэнергии при этом достигнет невероятной цифры в 1100 тераватт-часов в год.

Сияющий мир цифрового света

Если заглянуть в будущее, освещение превращается в создание светоцветовой среды с полностью управляемыми пространственными, яркостными и цветовыми параметрами. Подобно компьютерной графике, проектирование такой среды превращается в программирование.
    В последнее время часто можно встретить критические высказывания, что излишнее применение цветного и тем более динамического света в световой архитектуре вредно и часто до неузнаваемости искажает изначальный замысел архитектора. Новые технологии, похоже, поставят точку в этом споре: благодаря фантастической гибкости переход от самого консервативного к самому авангардному решению осуществляется простым выбором программы с пульта управления… Революция XX века в электронике породила стремительно расширяющуюся "цифровую вселенную", с каждым годом поглощающую самые разные предметные области. Несколько десятилетий подряд мы квантуем, дискретизируем, программируем мир вокруг нас. Потоки цифрового аудио и видео, гигабайты интернет-траффика, оцифрованные эмоции мобильной связи – это цифровой мир, в котором мы вступили в новое тысячелетие… Похоже, светодиод как "атомарный" источник света приведет к падению еще одного бастиона – "цифровым" станет сам свет… Правда, пока искусственный.

При подготовке статьи использовались материалы: Л. М. Коган "Светодиоды нового поколения для светосигнальных и осветительных приборов" (брошюра из серии "Новости светотехники" под ред. Ю. Б. Айзенберга)

Материалы компаний:
Power Light Systems,
"Оптоника",
"Студия Cадового Cвета",
"Эдлайн"

Каталоги компаний:
Color Kinetics,
OSRAM Optosemiconductors,
Lumileds Lighting

Материалы сайтов:
www.osram-os.com
www.lumileds.com
www.ledmuseum.org
www.messefrankfurt.com
www.colorkinetics.com