Володимир Білинський-Слотило

Тетяна КлюсНаукові керівники– доц. Склярчук В.М.,асист. Склярчук О.Ф.Світлодіоди високої потужності іперспективи їх використання для освітленняНа даний момент в розвинених країнах світу приблизно 19%всієї виробленої електроенергії витрачається на потреби освітлення.В умовах, коли проблема енергозбереження - одна з найважливішихпроблем, пов'язаних і з економікою, і з охороною навколишньогосередовища, використання світлодіодів для освітлення - один ізсамих дієвих шляхів підвищення ефективності використанняелектроенергії, що може бути прийнятий і реалізований у нас вкраїні і привести до суттєвої економії енергоресурсів. Заміназвичайних ламп розжарювання на енергоефективні знижує витратиелектроенергії на освітлення мінімум у три-п'ять разів.Переваги світлодіодів (СД): мале енергоспоживання, високасвітлова віддача, можливості одержання будь-якого кольорувипромінювання, тривалий термін служби -50-100 тисяч годин (дляпорівняння у ламп розжарювання 1000 годин, у люмінесцентних 10-15 тисяч годин), висока механічна міцність і надійність,безінерційність, компактність, екологічність. Мале тепловиділення йнизька напруга живлення гарантують високий рівень безпеки.Хоча явище електролюмінесценції напівпровідників буловідкрите в першій чверті минулого століття, реалізація ідей щодойого практичного використання відбулась в 60-70 роках, коли наоснові напівпровідникових спoлук типу А ІІІ В V та твердих розчинівна їх основі були створені ефективні світлодіоди. На сьогоднішнійдень зовнішній квантовий вихід випромінювання світлодіодів наоснові GaN і його твердих розчинів (InGaN, AlGaN) досяг значень29/15/12% відповідно для фіолетових/блакитних/зеленихсветлодіодів; їхня світловіддача досягла значень 30-50 лм/Вт.Внутрішній квантовий вихід для кращих кристалів з потужнимтепловідводом досягає майже 100%, рекорд зовнішнього квантовоговиходу для червоних свiтлодіодів становить 55%, а для синіх 35%.Зовнішній квантовий вихід випромінювання жовтих і червонихсвiтлодіодів на основі твердих розчинів AlInGaN досяг значень 25-55%, а світловіддача відповідно досягла 100 лм/Вт, тобто зрівняласязі світловіддачею кращих сучасних люмінесцентних ламп.Винахід синіх світлодіодів уможливив одержання світлодіодівбілого свічення. Існує чотири способи створення білих СД:змішування випромінювання СД трьох або більше кольорів;змішування блакитного випромінювання СД із випромінюваннямабо жовто-зеленого люмінофора або зеленого й червоноголюмінофорів, що збуджується цим блакитним світлодіодом;змішування випромінювання трьох люмінофорів (червоного,зеленого й блакитного), які збуджується ультрафіолетовимсвітлодіодом. Світловіддача білих СД нижче, ніж світловіддача СДіз вузьким спектром, оскільки в них відбувається подвійнеперетворення енергії, частина її губиться в люмінофорі.Конструкції потужних світлодіодів засновані на наступнихпринципах: 1) використання високоефективних випромінюючихгетероструктур в системах AlGalnP/GaAs, AlGaln/GaP і InGaN(активна область містить або одиночну, або множинні квантовіями); 2) збільшення площі кристала (1 мм 2 замість 0,05 мм 2 устандартних СД діаметром 5 мм) для збільшення робочого струму,світлового потоку й зниження теплового опору кристала;3)застосування кількох кристалів, з'єднаних як послідовно, так іпаралельно-послідовно; 4)використання радіаторів для поліпшеннятепловідводу; 5)застосування рефлекторів і полімерних лінз дляефективного збору і виводу випромінювання.В наш час світловіддача кращих білих СД при номінальномупрямому струмі становить 25 лм/Вт., а найближчим часомочікується випуск люмінесцентних світлодіодних ламп зісвітловіддачею 80-100 лм/Вт і в 2020 році досягти значень світловоївіддачі 200 лм/Вт (теоретична межа 300 лм/Вт). що уже .значноперевершує світловіддачу не тільки класичних і галогенних лампрозжарювання,а й найкращих люмінесцентних газорозрядних ламп.Прогрес оптоелектронної технології за останні 15-20 років давможливість використовувати світлодіоди не тільки для потребволоконно-оптичного зв’язку і індикації, а й для створеннясвітлодіодних ламп, які успішно можуть бути використані дляпотреб освітлення.