Проведен сравнительный анализ белых светодиодов повышенной яркости производства ведущих мировых компаний. Обоснованы рекомендации разработчикам, создающим осветительные системы на основе полупроводниковых источников света. Представлены основные преимущества светодиодной техники.

В 1996 г. в компании Nichia японскому инженеру Суджи Накамура удалось впервые получить светодиод белого цвета. Эту дату можно считать началом светодиодной революции, которая дала возможность использовать в осветительных системах принципиально новый, высокоэффективный источник света. Это революционное открытие послужило началом бурного развития технологий производства в различных компаниях.

• В 2003 г. компания Lumileds Lighting создала мощный белый светодиод Luxeon I со световым потоком более 25 лм и световой эффективностью 20 лм/Вт.
• Cree Lighting в 2004 г. выпустила белый светодиод XL7090 со световым потоком 55 лм и световой эффективностью 50 лм/Вт, а в 2006 г. появляется светодиод XR-E7090, имеющий следующие характеристики: 100 лм и 90 лм/Вт.
• В 2009 г. компания Nichia заявила о создании серийного светодиода со световой эффективностью 160 лм/Вт.
• 3 февраля 2010 г. на сайте компании Cree появилось сообщение о новом рекорде: инженеры компании достигли световой эффективности 208 лм/Вт (при токе 350 мА) во время испытаний светодиода с цветовой температурой 4579 К.
• В середине апреля 2010 г. компания Cree анонсировала новый класс однокристальных светодиодов XLamp XM . Эти светодиоды позволяют получить рекордную величину светового потока 750 лм.

В настоящий момент разработчиков интересует вопрос о максимально достижимой величине светового потока и получаемой при этом световой эффективности. По расчетам специалистов в области производства мощных белых светодиодов, теоретический максимум эффективности составляет 320±20 лм/Вт . Таким образом, такие компании, как Cree, Nichia, достигли уровня КПД 50%.

Бурное развитие светодиодной отрасли послужило толчком к созданию энергосберегающих осветительных систем, к разработке нового оборудования в медицине, в системах скоростной передачи информации. В мире появляются все новые и новые фирмы по производству светодиодов.

Рост предложений на рынке светодиодной продукции повышенной яркости ставит разработчиков осветительных систем при выборе типа светодиодов перед тяжелой дилеммой. Автором статьи предпринята попытка сориентироваться в этом море яркого света и провести анализ современного рынка белых светодиодов.

Осветительные системы

На сегодня в качестве источников для осветительных систем используются следующие элементы:

• лампы накаливания общего назначения;
• галогенные лампы;
• люминесцентные лампы;
• газоразрядные лампы высокого давления;
• полупроводниковые источники света.

Основным источником оптического излучения в лампах накаливания является разогретый до температуры свечения проводник, находящийся в инертной атмосфере. Выпускают лампы с аргоновым и криптоновым наполнителем, причем криптоновые имеют меньшие габариты и обеспечивают больший световой поток. Средний срок службы составляет 1000 ч. КПД ламп накаливания ~10%.

Достоинством галогенных ламп является неизменно яркий свет, великолепная цветопередача и возможность создания любых световых эффектов. По сравнению с обычными лампами накаливания галогенные имеют более высокую цветовую температуру (до 3100 К). Они обладают высокой световой эффективностью и длительным сроком службы. Галогенные лампы работают от сети 220 В, а также от источников питания 6, 12 и 24 В. КПД галогенных ламп ~15%.

Люминесцентные лампы очень экономичны и имеют световую эффективность в несколько раз больше, чем у ламп накаливания. Такие лампы представляют собой стеклянную вакуумную трубу-колбу, наполненную парами ртути низкого давления. Люминесцентные трубки светятся, когда в них загорается электрический разряд. В заполняющем трубку газе некоторое количество электронов отрывается от своих атомов и движется с ускорением в электрическом поле. Когда такой ускоренный электрон сталкивается с атомом, он отдает энергию в виде ультрафиолетового излучения. Трубка покрыта изнутри люминофором, который поглощает этот ультрафиолетовый свет и трансформирует его уже в видимый. Поскольку ничто не мешает собрать весь ультрафиолет и перевести его в видимый свет, эффективность таких ламп повышается, и КПД достигает 25–30%.

Газоразрядные лампы высокого давления подходят для использования в системах освещения, требующих мощных компактных источников света, высокой светоотдачи и долгого срока службы. Стеклянная колба имеет форму цилиндра или эллипсоида. У ртутных ламп колба покрывается изнутри люминофором, преобразующим ультрафиолет в видимый свет. Внутри колбы помещен реактор с двумя электродами и подводящими проводами. КПД таких ламп - порядка 40%.

В таблице 1 представлены сравнительные значения эффективности преобразования энергии в свет для разных источников осветительных систем.

Таблица 1. Эффективность преобразования энергии в свет для разных источников осветительных систем

Источники осветительных систем	Световая эффективность, лм/Вт
Лампы накаливания общего назначения	18–22
Линейные 2-цокольные галогенные лампы накаливания (150; 250; 300; 500; 1000; 1500 Вт)	18–22
Зеркальные галогенные лампы накаливания на напряжение 12 В (20; 35; 50 Вт)	25–30
Ртутные лампы высокого давления с люминофором (типа ДРЛ) (50; 80; 125; 250; 400; 700 Вт)	45–55
Компактные люминесцентные лампы (5; 7; 9; 11; 15; 20; 23 Вт)	50–60
Линейные люминесцентные лампы (18; 36; 58 Вт)	60–80
Металлогалогенные лампы (35; 70; 150; 250; 400 Вт)	70–100
Натриевые лампы высокого давления (70; 100; 150; 250; 400 Вт)	90–130
Светодиоды	до 170

Особенности полупроводниковых источников света

При оценке светодиодной продукции различных производителей следует в первую очередь анализировать следующие характеристики:

• фотометрические (световые);
• радиометрические (энергетические);
• колориметрические (спектральные);
• гониометрические (угловые);
• эксплуатационные (срок службы).

Фотометрия - это раздел физической оптики, располагающий совокупностью методов для измерения электромагнитного излучения в видимом диапазоне спектра (длины волн 380–770 нм). Существует множество фотометрических величин, но основными являются световой поток, сила света, освещенность, яркость.

• Световой поток - это полное количество излучения, производимого данным источником в видимой области спектра (единица измерения - люмен (лм)).
• Сила света - это пространственная плотность светового потока в заданном направлении, или отношение светового потока, направленного от источника в пределах телесного угла, охватывающего данное направление, к этому углу (единица измерения - кандела (кд)).
• Освещенность - это плотность падающего светового потока на поверхности, или отношение светового потока, падающего на поверхность, к площади этой поверхности (единица измерения - люкс (лк)).
• Яркость - это отношение силы света в заданном направлении от участка поверхности к площади этой излучающей поверхности в проекции на плоскость, перпендикулярную этому направлению (единица измерения - кандела на метр квадратный (кд/м2)).

Радиометрия занимается измерениями полного электромагнитного излучения во всех оптических диапазонах (видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом). Основная единица мощности излучения - ватт (Вт). Другие измеряемые радиометрические величины - сила излучения (Вт/ср), энергетическая освещенность (Вт/м2) и энергетическая яркость (Вт/ср.м2). Базовый метод измерения полной мощности излучения основан на использовании сферического интегратора. Основными величинами радиометрии являются:

• Световая эффективность преобразования энергии в свет - отношение величины излучаемого светового потока к потребляемой электрической мощности (единица измерения - люмен на ватт (лм/Вт));
• Поток излучения - количество энергии, излучаемой за единицу времени (единица измерения - ватт (Вт)).

Колориметрия включает в себя расчеты и ме тоды измерения цвета излучения. Эти методы основываются на законах Грассмана. Колориметрические параметры белых светодиодов обычно выражены в координатах цветности или в значении коррелированной цветовой температуры. Эта методика измерения цветности была принята международной комиссией по освещенности в 1931 г. Цветовое восприятие человека весьма сложно, поскольку оно зависит не только от различных физических свойств света, но также и от окружающих объектов, механических свойств излучателя и психологического состояния наблюдателя. Для белых светодиодов наиболее важными колориметрическими параметрами являются цветовая температура и индекс цветопередачи. Цветовая температура - это температура черного тела, при которой оно испускает излучение с той же цветностью, что и рассматриваемое измерение. Эта мера объективного впечатления от цвета данного источника света. Единица измерения - градус Кельвина (К).

• 2700 К - сверхтеплый белый;
• 3000 К - теплый белый;
• 4000 К - естественный белый;
• 5000 К - холодный белый (дневной).

Светодиоды производятся сегодня в довольно широком диапазоне оттенков белого цвета с цветовой температурой 2600–10000 К. К сожалению, каждый регион имеет свои собственные понятия о том, какой диапазон белого света более всего подходит для нужд освещения, поэтому четкой фиксации нет.

Индекс цветопередачи является отражением того, насколько естественно выглядят предметы под этим светом. За один из стандартных источников принимается Солнце, при этом для источников с близкой цветовой температурой его коэффициент равен 100. Этот коэффициент обозначается как Ra или CRI.

Светодиодные лампы стремительно вошли в наш обиход. Организации и предприятия различных форм собственности, домохозяйства отдают предпочтение современным и экономичным источникам света.

Производителей достаточно много. Они могут быть широко известными, бренд которых подтверждён временем и качеством продукции, так и мало известные, выпускающие недорогой продукт, но непонятного пока качества.

Популярные производители светодиодных ламп гарантируют длительный срок эксплуатации, соответствие светового потока и заявленные температурные параметры. Предоставляемый ими гарантийный срок эксплуатации порой достигает 5-10 лет, что позволяет избежать риска покупки некачественного источника света.

Тройка лучших производителей светодиодных ламп

Philips — бесспорно является самым титулованным и одним из лучших производителей светодиодных ламп. Нидерландская компания производит экономичные и с длительным сроком эксплуатации светодиодные лампы. Недостатком можно считать высокую цену. Однако, пользователи в своих отзывах утверждают, что затраты с лихвой окупаются менее чем через полгода.

Osram — австрийский производитель, занимающий второе место. Его продукция аналогичного качества. Подвергалась тестированию известной организацией Stiftung Warentest, и бренд получил высокую оценку по сроку службы, по энергоэффективности, по экологичности светодиодных ламп. Стоимость ламп этой фирмы также достаточно высокая.

Gauss - российская компания, получившая от пользователей высокую оценку качества выпускаемых светодиодных товаров, что связано с применением в производстве самых современных технологий. Поэтому стоимость соответствует качеству. Компания выпускает лампы оригинального дизайна с гарантированно длительным сроком службы, экономичными в энергопотреблении. Продукция Gauss идеальный выбор, как по цене, так и по качеству.

Товаропроизводители второго эшелона

ASD - это хорошо известный на рынке России производитель не только светодиодных ламп, но и широкого спектра другой светотехнической продукции — светодиодные панели и светильники, прожекторы, светодиодных лент и прочих электротоваров. В ассортименте также имеются энергосберегающие лампы и светильники. Его изделия отлично зарекомендовали себя как в бытовых условиях, так при использовании в производственных и общественных зданиях и сооружениях.

Космос - популярная российская компания по выпуску большого спектра электротоваров (лампы, светильники, элементы питания, фонари и т.д.). Ценовая политика компании рассчитана на массовый сегмент потребителей, поэтому продукция является очень доступной для большинства людей. По качеству смело конкурирует с более известными брендами.

Ecola - компания выпускающая суперсовременные осветительные приборы, в основном используемые при возведении комбинированных, натяжных, подвесных потолков, потолков из гипсокартона и пластика. Лампы имеют очень хороший энергосберегающий эффект и срок службы.

Jazzway - светодиодные лампы выпускаются в защитной оболочке из очень прочного пластика или из алюминия. Срок службы ламп достигает 50 тысяч часов. Производитель имеет один из лучших показателей цена-качество.

Navigator - впервые данная марка светодиодной продукции в Российской Федерации была представлена в 2006 году. На рынке компания реализует несколько товарных групп электротехнических изделий. Наряду с Jazzway имеет наилучший показатель потребительских качеств по соотношению цена-качество.

Feron - производитель имеет одни из самых современных светодиодных ламп, как по технической части, так и по их эргономичности. Отличительной особенностью является применение нанотехнологий в производстве и высочайшая точность сборки. Ассортимент поставляемой продукции очень широк — это лампы светодиодные и энергосберегающие, светильники офисные и промышленные, уличные фонари и точечные светильники и многое другое.

Компания Ecola выпускает современные приборы для освещения. Они предназначены для замены обычных ламп на те, которые сберегают энергию и которые изготовлены с использованием современных открытий и технологий. Светодиодные лампы с энергосберегающим эффектом под брендом компании Ecola используются в натяжных потолочных секциях, подвесных потолках из гипсокартонных листов, в осветительных конструкциях разнообразной формы. Компания представляет кроме обычной энергосберегающей продукции лампы с G9 цоколем, подходящие для замены галогенных и маленьких люминесцентных лампочек, со встроенным ключом-защитой от извлечения.

Сегодня светодиодные лампы Odeon олицетворяют собой надежность и долговечность. Изделия этого производителя заслуживают особенного внимания каждого. Светодиодные лампы Odeon выделяются практичностью в использовании и долговечностью, благодаря чему, приобретая эти изделия, впоследствии можно серьезно сэкономить.

Светодиодные лампы Jazzway отличаются небольшим энергопотреблением и длительным сроком использования, до 50 тысяч часов. Они имеют алюминиевую оболочку или изготовленную оболочку-колбу из сверхпрочного пластика, что придает им ударостойкость. Предназначены эти изделия для смены быстросгорающих и недолговечных ламп накаливания и галогенных ламп. Они являются отличной альтернативой этим, постепенно уходящим в прошлое, моделям.

Компания UNIEL выпускает продукцию высочайшего класса, с широким спектром энергосберегающих ламп, которые прекрасно подойдут как для домашнего использования, так и для использования их в освещении офисов и промышленных объектов. Обилие цветовых свечений, форм и различных размеров, найдут своего покупателя для различного использования ламп.

Компания ASD на сегодняшний день является широко известным производителем светодиодной техники. Среди ее многочисленной продукции имеются светодиодные и энергосберегающие лампы ASD и светильники ASD, способные обеспечивать эффективную систему освещения. Такие лампы могут использоваться в любой сфере деятельности, начиная от офисных, производственных, общественных помещений, заканчивая бытовым применением.

Космос

Космос - российский бренд электротоваров, созданный, чтобы обеспечить отечественного покупателя качественной, инновационной и доступной по цене продукцией в категориях: лампы, светильники, элементы питания, фонари, сезонные электротовары.

Philips
Нидерланды

Компания Philips была создана в 1891 году и начинала свою деятельность с производства ламп накаливания. Сегодня Philips - многопрофильный концерн, выпускающий электротехнику и электронику. Подразделение компании Philips Lighting, отвечающее за разработку и выпуск осветительного оборудования, является мировым лидером по его производству.

OSRAM
Германия

Немецкая компания Osram - один из ведущих мировых производителей светотехнической продукции. Производственные мощности компании расположены в 17 странах, а общая численность сотрудников - около 39 000 человек. Лампы накаливания, люминесцентные, автомобильные, галогенные, светодиодные лампы Osram и другое осветительное оборудование, хорошо знакомо потребителям в 150 странах мира.

Navigator

Светотехническая марка Navigator появилась на российском рынке в 2006 году. Началась история бренда с небольшой линейки источников света, включающей в себя всего несколько позиций. В настоящее время, Navigator - это широкий спектр светотехнических изделий, в который входит 9 товарных групп. Компания предлагает потребителям лампы накаливания, люминесцентные, галогенные и светодиодные лампы, широкий спектр светильников, а также ряд электротехнических продуктов: ЭПРА для люминесцентных ламп, трансформаторы и защитные блоки для галогенных ламп, установочные изделия и т.д.

ERA - высококачественные лампы и фонари доступные широким слоям населения.

Camelion

Camelion - под данной торговой маркой с 2002 года производится и реализуется широкий ассортимент свето- и электро- технической продукции.

Светодиодные лампы Feron - это абсолютно новое слово в мире светотехники. Более того, это довольно перспективное направление. В производстве продукции используются нано технологии и высокая точность сборки. Ассортимент продукции от Feron состоит из множества модификаций современных и эффективных моделей, которые смогут стать достойной альтернативой большинству ламп накаливания, люминесцентных и галогенных ламп.

Глобальный рынок светодиодов высокой яркости (HB-LED) вырос с 11,3 млрд. долл. в 2010 году и до 12,5 млрд. долл. в 2011 году. Согласно результатам исследования Strategies Unlimited, в относительном выражении рост ставил 9,8%. Спрос на светодиодные системы освещения в рассматриваемом периоде вырос на 44% до 1,8 млрд. долларов. Тайваньские и китайские поставщики в 2011 году увеличили свою долю рынка за счет других регионов. Доля Китая выросла с 2% до 6% в силу роста внутреннего рынка страны, а также за счет улучшения качества светодиодной продукции. Корейские компании потеряли долю, несмотря на агрессивную политику по увеличению объемов производства в 2010 году. Доля Японии упала. Рост Philips Lumileds, Cree, Osram и Osram Optoelectronics в области производства 6-дюймовых подложек замедлился. Osram Optoelectronics удалось разработать светодиоды очень удачной конструкции, что стимулировало рост объемов продаж до 1 млрд. долларов.

1. - инженерно-химическая производственная компания со штаб-квартирой в Токусима, Япония. Специализируется на производстве и продаже люминофоров, в том числе светодиодов (LED), лазерных диодов, материалов для аккумуляторных батарей, а также хлористого кальция. Nichia Corporation состоит из двух подразделений. Первое ведет разработку и производство люминофоров и других химических веществ. Втрое ответственно за светодиоды. www.nichia.co.jp


2. - производитель светодиодной продукции из Южной Кореи. Является совместным предприятием корейской Samsung и японской Sumitomo Chemical. Осуществляет научные исследования и разработки, производство и продажу сапфировых подложек для светодиодов. samsungled.com


3. - немецкая компания со штаб-квартирой в Регенсбурге. Является дочерней компанией Osram GmbH и второй в мире по объему производства оптоэлектронных полупроводников. Одним из основных продуктов компании являются светоизлучающие диоды (СИД). Она также производит лазерные диоды высокой мощности, инфракрасные компоненты и оптические датчики. Компания была основана в 1999 году как совместное предприятие Osram и Infineon Technologies. www.osram-os.com


4. - подразделение группы компаний LG. Занимается производством компонентов светоизлучающих диодов (LED). На основе ее компонентов создаются яркие и энергосберегающие лампы освещения и другие продукты, которые функционируют с меньшими затратами. www.lginnotek.com


5. - корейская компания по производству светодиодных устройств. Акции компании котируются на KOSDAQ. Компания производит корпуса для светодиодов на двух заводах в городе Ансан, Корея. Общая мощность производства составляет 4 млрд. корпусов в месяц. www.acrich.com


6. - многонациональной производитель полупроводниковых материалов и приборов со штаб-квартирой в Дареме, США. Компания постоянно ведет исследования и разработки в области светодиодной продукции. Сейчас Cree производит высоковольтные SiC диоды Шотки с напряжением 300…1700В и током до 20А по технологии ZERO RECOVERY с нулевым временем обратного восстановления, СВЧ полевые транзисторы, а также кристаллы для светодиодов и полупроводниковых лазеров синего и ультрафиолетового диапазона. www.cree.com


7. - является производителем широкого спектра светоизлучающих диодов (СИД). В данный момент единственным владельцем компании является Philips Lighting. Lumileds Lighting BV была создана в ноябре 1999 года как совместное предприятие Philips Lighting и Agilent Technologies. Последняя была филиалом Hewlett-Packard. На момент образования между компаниями было равноправное партнерство: обе владели 50% акций Lumileds Lighting. В августе 2005 года Philips получила контрольный пакет акций Lumileds, когда она приобрел 47% акций компании Agilents за 950 миллионов долларов. www.philipslumileds.com


8. - японская многонациональная корпорация, которая разрабатывает и производит электронные продукты. Штаб-квартира находится в Осаке, Япония. В Sharp было занято около 55580 человек по всему миру по состоянию на июнь 2011 года. Компания была основана в сентябре 1912 года. С тех пор она превратилась в одну из ведущих компаний в мире электроники. Линейка светодиодной продукции Sharp насчитывает более 100 осветительных модулей. www.sharpleds.com


9. TG-Light Optoelectronic - тайваньский производитель светодиодов для осветительных ламп. Компания предлагает клиентам различные варианты светодиодов, а также системы управления освещением. Продукция TG-Light Optoelectronic включает в себя уличные фонари, лампы дневного света, настенные светильники, лампы для проекторов и все виды альтернативных источников света. Штаб-квартира компании находится в Чжунхэ Сити, Тайпей. Главный завод площадью 3500 квадратных метров расположен в городе Цзянмэнь, провинция Гуандун, Китай. en.tg-light.com


10. Everlight Electronics - тайваньская компания, которая производит светоизлучающие диоды (СИД). Это седьмая по объему производства компания в мире. Штаб-квартира находится в городе Тайбэй. Everlight Electronics была основана в 1983 году. Изначально она занималась производством светодиодов для бытовой техники. К 2006 году Everlight была крупнейшим производителем светоизлучающих диодов на Тайване. Компания выпускала 1.850 миллиарда единиц в месяц. На ее фабриках трудились 4000 человек. В 2007 году 40% своих доходов Everlight получила от продажи светодиодов для подсветки мобильных телефонов, она также начала осваивать светодиоды для подсветки мониторов портативных компьютеров и телевизоров. www.everlight.com

Доходы компаний-производителей корпусов для светодиодов, как ожидается, в ближайшие пять лет вырастут лишь незначительно. С учетом избыточных производственных мощностей в отрасли существует угроза ценовых перепадов. Вертикальная и горизонтальная консолидация производственных мощностей может помочь в увеличении доходности.

Теперь рассмотрим различные сегменты ранка светодиодов

Светодиоды для экранов мобильных устройств. Этот сегмент остался на прежнем уровне. Объем продаж не превысил 3.4 миллиарда долларов. Общее сокращение рынка LED-дисплеев для мобильных телефонов было компенсировано резким ростом популярности планшетов. Одним из важнейших событий в этом сегменте является переход к органическим светодиодам (OLED). Отметим, что около 50% дисплеев смартфонов, как ожидается, будут создаваться на базе светодиодов уже в 2016 году.

Подсветка экранов телевизоров и мониторов. Доход производителей, работающих в этом сегменте, составил 3 млрд. долл. в 2011 году. Но, согласно прогнозам, он существенно упадет к 2016 году. Основным негативным фактором в этом сегменте является внедрение недорогих технологий прямой подсветки, ориентированных на ЖК-телевизоры с диагональю меньше 42 дюймов.
Освещение. Спрос на светодиодные компоненты для осветительных систем вырос с 1,2 млрд. долл. в 2010 году до 1,8 млрд. долл. в 2011 году. Рынок светодиодных светильников вырос до 9,3 млрд. в 2011 году - увеличение на 45% по сравнению с 2010 годом. В течение следующих пяти лет в этом сегменте ожидается существенный рост, но рост выручки производителей будет гораздо ниже из-за ценового давления.

Автомобилестроение. Доход достиг 1 млрд. в 2011 г. Аналитики ожидают, что в следующие 5 лет среднегодовой темп роста спроса на светодиодные фары будет находиться в пределах 34%. Это часть тренда по переходу отрасли на светодиоды. Кроме того, подобные устройства обеспечивают больше возможностей для дизайнеров и позволяют снизить общую стоимость эксплуатации системы освещения авто.

Похожие статьи