З моменту розробки першого практично застосовного світлодіода професором Іллінойського університету Ніком Холоньяк в 1962 році пройшло вуджу понад півстоліття, проте революційний винахід і по сей день зазнає прогресивні зміни, стаючи все більш досконалим і все більш технологічним і корисним.
Електролюмінесценція напівпровідникового переходу, при рекомбінації електронів і дірок, покладена тепер в основу сверхеконормічних джерел світла. Світлодіодні, часто звані LED (скорочення від англійського light-emitting diode), лампи поступово завойовують стійку позицію на ринку сучасних енергозберігаючих технологій освітлення, як для побутових потреб, так і для підприємств і навіть для систем вуличного освітлення.
Світлодіодні лампи перевершують по безпеці компактні люмінесцентні лампи , В яких міститься ртуть, а лампи розжарювання і зовсім стають тепер пережитком далекого минулого.
Головна причина, по якій відбувається заміщення ламп розжарювання на світлодіодні джерела світла, полягає в тому, що лампа розжарювання випромінює в дуже широкому спектрі, значна частина якого просто не працює для освітлення. Тільки 5 відсотків всієї споживаної лампою розжарювання потужністю йдуть на освітлення, а решта - на нагрів.
Саме тому так широко представлені в останнім часом на ринку дуже потужні світлодіоди і світлодіодні матриці (монолітні збірки), для заміни індустріальних світильників. Світлодіод випромінює в досить вузькому діапазоні спектра, наприклад, помаранчевий світлодіод має довжину хвилі в діапазоні від 590 нм до 610 нм.
До переваг світлодіодних джерел світла відносяться:
висока світлова віддача, яку можна порівняти з натрієвими лампами (досягнуто значення в 160 люмен на ват),
міцність і вібростійкість, тривалий термін служби (до 100000 годин),
широкий діапазон для вибору світловий температури (від теплого 2700 К до холодного 6500 К),
чистота спектру, що забезпечується самим пристроєм приладу.
Завдяки малій інерційності, світло включаються відразу на повну яскравість, незалежно від температури навколишнього середовища, а включення-виключення не робить істотного впливу на термін служби світлодіодів. Кут випромінювання може бути від 15 до 180 градусів.
Використання таких засобів абсолютно безпечно для людини в силу низької напруги харчування, невисокою робочої температури, і звичайно, екологічності, забезпечується відсутністю ртуті і фосфору, а також ультрафіолетовій частині випромінювання в спектрі. Слід, однак, пам'ятати, що високі температури шкідливі для будь-якого напівпровідника, тому не слід допускати нагрівання вище 60-70 градусів Цельсія.
Потужні світлодіодні матриці являють собою збірки з декількох кристалів в одному блоці. Покриті люмінофором випромінюють кристали з'єднані послідовно-паралельно для оптимізації споживаних струмів.
Плоска поверхня блоку, являє собою прозоре пластикове покриття, яке дозволяє встановити додаткову оптику для створення необхідної діаграми розсіювання світла. Матриці забезпечуються досить товстою мідною або алюмінієвою підкладкою з кріпильними отворами для монтажу блоку на тепловідвід.
Гладка поверхня підкладки забезпечує надійний контакт блоку з теплоотводом. Монтаж слід проводити обережно, щоб не деформувати і не пошкодити корпус. На всю поверхню підкладки слід нанести теплопроводящую пасту.
Перетин сполучних проводів не повинно бути менше 0,5 квадратних міліметрів, а площа тепловідведення на ват повинна становити близько 20-30 квадратних сантиметрів при температурі навколишніх предметів в 25-35 градусів Цельсія. Такі матриці випускаються на різну номінальну потужність, аж до 300 Ватт і більше. Принципово немає обмежень на розмір матриць.
Усереднене значення робочої напруги для одного кристала становить близько 3,4 вольт, а сила струму близько 350 міліампер. Ці значення можуть трохи змінюватись, однак перевищувати допустимий для конкретної збірки напруга не слід, оскільки світлодіоди мають круто зростаючу вольт-амперну характеристику, і швидко згорять, якщо струм перевищить критичний для кристала значення.
Застосування радіатора з запасом по площі - найкраща страховка для довгої, надійної і безвідмовної роботи світлодіодної матриці. Якщо обмежити струм через кристал до 320 міліампер, світловий потік зменшиться на 3-5%, але при цьому тривалість життя світлодіодного кристала збільшується на порядок, практично умови його електропостачання будуть ідеальними.
Джерелом живлення для світлодіодів може служити будь-яке джерело зі стабілізацією струму навантаження, а якщо стабілізації по струму немає, то повинен бути забезпечений значний запас по перевищенню максимально допустимого струму. Зміна напруги живлення на 1 вольт може привести до зростання сили струму в два-три рази і наслідком стане деградація кристала (кристал пошкодиться - світловий потік зменшиться) або потемніння люмінофора.
При проектуванні комбінацій груп світлодіодів в послідовно-паралельні з'єднання, переважно послідовне з'єднання, що дозволяють уникнути високих робочих струмів.
Якщо робоча температура кристала стане протягом тривалого часу перевищувати оптимальне значення - люмінофор під впливом температури потемніє і втратить свої функції. Потемніння і руйнування люмінофора здатні викликати і прямі сонячні промені, якщо будуть довго впливати на поверхню світлодіода.
У конструкцію джерела живлення бажано включити і термореле, розташувавши його датчик на радіаторі світильника.
Якщо планується застосовувати світлодіодну матрицю в зимовий час на вулиці, потрібно врахувати, що електролітичні конденсатори, в джерелі живлення, мають обмеження по використанню при низьких температурах, тому, кращим рішенням буде розміщення джерела живлення в приміщенні.
При використанні світлодіодних матриць на вулиці в умовах низьких температур, слід пам'ятати, що ККД суттєво зросте, а світловий вихід збільшиться на 10-20 відсотків від номіналу. А через 500-1000 годин роботи світловий вихід в будь-якому випадку стане більше на 5-10 відсотків, це особливість кристалів називається «ефектом тренування».
Особливої уваги потребує і вибір радіатора для вуличного освітлення, він не повинен містити зайвих виступів, заглиблень і вигинів, щоб природна конвекція була максимальною, а сміття і грязь не могли б накопичуватися на його поверхні.
Блок живлення світильника бажано розташувати так, щоб вся волога, що накопичується всередині світильника, ні в найменшій мірі не впливала на елементи схеми.
З кожним роком технологія виробництва потужних світлодіодних матриць вдосконалюється, виробники шукають кращі варіанти люмінофора. На даний же момент більшістю виробників застосовуються жовті люмінофори, вони є модифікованими варіантами ітрій-алюмінієвого граната, легованого тривалентним церієм.
Світлодіодні технології освітлення ефективні, а конструкції з них досить прості. Вони знайшли широке застосування в прожекторах, світильниках, світлодіодних стрічках, декоративної світлотехніки і в простих ліхтариках. Їх світлова потужність сягає 5000 лм.
Сьогодні світлодіодні модулі застосовуються для підсвічування будівель, вулиць, рекламних конструкцій, тунелів і мостів, фонтанів, вони використовуються для підсвічування офісних і виробничих приміщень, домашнього інтер'єру і елементів меблів, а також в різних сучасних дизайн-проектах.
У період свят потужні світлодіодні освітлювальні системи прикрашають фасади будівель, дерева, та інші об'єкти. Надійність світлодіодних джерел світла робить можливим їх використання в важкодоступних для частої заміни місцях.
В даний час в багатьох країнах світу світлодіодне освітлення стрімко витіснило інші. Багато міст планують незабаром перейти на світлодіодне освітлення вулиць.