Олексій Васильєв (м.Москва)
Розвиток світлодіодних технологій вимагає створення принципово нової оптики для світильників. Справа в тому, що енергоефективність світлодіодів і якість спектра вже знаходяться на рівні, що забезпечує конкурентоспроможність світлодіодних світильників, в порівнянні з обладнанням на традиційних джерелах світла. Але «вузьким місцем» є оптика. Її вдосконалення повинно поліпшити параметри світильників і спростити їх конструкцію. Один із запропонованих шляхів вирішення проблеми - використання силікону в якості матеріалу для виготовлення лінз.
На побутовому рівні ми звикли вважати, що лінзи зі скла завжди краще, ніж лінзи з пластмаси. Не дарма виробники якісних фотоапаратів підкреслюють, що у їх продукції, на відміну від дешевих виробів конкурентів, використовуються об'єктиви з лінзами зі скла. Але, коли ми говоримо про лінзах для світильників, лінзи з пластмаси мають певні переваги, причому - не тільки в ціні.
Для лінз зі скла при використанні в світлодіодних світильниках характерний так званий ефект «жовтого кільця». Він полягає у виникненні навколо світлового плями, створюваного світильником, кільця жовтого кольору. Ця проблема пов'язана зі спектром, характерним для світлодіодів. У ламп розжарювання і галогенних ламп, наприклад, вона не спостерігається, тому спільно з ними скляні лінзи можуть застосовуватися без проблем. У пластмасових лінз ефект жовтого кільця спостерігається в меншій мірі. Дана обставина поєднується з більшою технологічністю виробництва, тому вони найбільш часто використовуються в світлодіодних світильниках. Основним матеріалом для виготовлення лінз є поліметилметакрилат (ПММА), головним чином - завдяки своїй високій прозорості (92%).
Коли в світлотехніці панували світлодіоди потужністю близько 1 Вт, нагрівання лінзи з ПММА не чинив значного впливу на її оптичні властивості. Але все змінилося з появою світлодіодних матриць Chip-on-Board (COB), потужність яких досягає 100 Вт. Світлодіодна світлотехніка вже підійшла до того, що термічний вплив світлодіодів на оптику призводить до швидкої оптичної деградації ПММА. Тому потужні світильники на COB з спрямованим світловим потоком зараз виготовляють виключно з металевими відбивачами. У той же час, є форми КСС, які можуть бути практично реалізовані лише при використанні лінз.
Звідси випливає висновок: потрібен новий матеріал для лінз, термостійкий, але при цьому не дає ефекту «жовтого кільця». Таким матеріалом є силікон. Нагадаємо, що силікон є пластик, в якому ланцюжка вуглецю повністю або частково замінені на ланцюжки кремнію. Завдяки цьому, силікон здатний витримувати температуру до 300 ° С, при цьому - не втрачати прозорості і не деформуватися. Силікон дуже прозорий - ККД лінзи, виготовленої з неї, може досягати 90%, що відповідає найкращим виробам з ПММА.
Інша особливість силікону - еластичність. Відразу скажемо, що силіконова лінза для світлодіодного світильника досить тверда, щоб тримати форму і забезпечувати потрібне розподіл світла в різноманітних умовах. Але, тим не менш, завдяки еластичності матеріалу, можна забезпечити повну герметичність зчленування світлодіода і лінзи. Завдяки цьому в герметичному світильнику (зі ступенем IP54 і вище) не потрібно захисний плафон. При цьому спрощується конструкція світильника і збільшується його світловіддача, так як навіть повністю прозорий плафон може давати зменшення світлового потоку до 10%.
Є ще одне спрощення технологічного процесу, яке може привести до зниження вартості світильників і збільшення обсягу їх випуску. ПММА поставляється у вигляді порошку, який нагрівається і в нагрітому вигляді впорскується в форму. Лінзу можна вийняти з форми тільки коли вона охолоне. Силікон заливається в форму холодним і потім відбувається його затвердіння, для чого не потрібно чекати, поки матеріал охолоне. У підсумку на виготовлення силіконової лінзи витрачається набагато менше часу, ніж на виробництво лінз з ПММА. А адже ефективність використання обладнання, в тому числі і ливарних форм, в кінцевому рахунку, і визначає ціну виробу, а також - можливість для підприємства швидко виготовити велику партію лінз.
До недоліків силіконових лінз можна віднести відсутність на даний момент ефективних хімічних засобів для їх чистки. Зазвичай для чищення таких лінз застосовується мильний розчин.
Мал. 1. Світлодіод Golden Dragon Oval Plus від Osram
В даний час первинна оптика (тобто вбудовані лінзи) використовується в багатьох світлодіодах від Osram, Cree і інших виробників.
Мал. 2. Силіконова лінза PL50SIL від Khatod
В якості одного з прикладів використання нової лінзи називають світлодіодні лампи MR16, що обумовлено її діаметром. До того ж, світлодіодні лампи MR16 є масовим продуктом і будь-який спосіб зниження вартості для них важливий. Проте, можливості PL50SIL значно ширше, вона може використовуватися і в інших лампах і світильниках.
Мал. 3. Дослідні зразки силіконових лінз Ledil і апаратура для їх демонстрації
Проте, загальні тенденції розвитку світілодіодних дозволяють зробити деякі прогнози. Дедалі більшого поширення набувають світлодіодні COB-матриці. Для недорогих світильників на їх основі вже зараз широко використовуються металеві відбивачі, лінзи з ними не можуть конкурувати за ціною. А ось в світильниках високого класу силіконові лінзи виявляться дуже до речі. Використання силіконових лінз дозволить зробити світильники високого класу більш доступними за ціною. Тобто силіконові лінзи в найближчому майбутньому зможуть зайняти відносно вузький сегмент ринку, залишаючись «нішевим» рішенням, але для певного кола застосувань вони виявляться поза конкуренцією, за умови, що не з'являться більш досконалі матеріали.