Светодиоды или неон?

Тайлен М. Светодиоды или неон? // Наружная реклама России. 2002. №3. C.58-59

За небольшим исключением, почти все производители светоди-одов и рекламно-производствен-ные фирмы ввели в заблуждение своих клиентов, когда сравнивали свою продукцию с неоном. В их рекламных материалах они публиковали неполную и не соответствующую действительности информацию, использовав такие слоганы, как ?Наша система освещения потребляет меньше, чем одну четвертую энергии, расходующейся на сопоставимый неон?. Но в этих сравнениях они не указывали, что их ?сопоставимый неон? будет давать в 10 раз больше света, чем их светодиоды.

Чтобы прояснить ситуацию, я, как физик, сравню светодиоды с неоном для освещения объемных букв. Но, пожалуйста, учтите, что развитие в полупроводниковой индустрии настолько быстро, что картина, обрисованная здесь, может измениться в течение нескольких месяцев или лет.

Сравнивая яблоки и горох

В индустрии освещения было сложно сравнивать показатели, потому что надежный международный стандарт для яркости и светового потока не существовал до 1931 года.

Световой поток, измеряемый в люменах, является суммарным выделением света его источником в окружающее сферическое пространство, в независимости от направления источника. Проще говоря, люмен отображает суммарное количество выделяемого света.

Противоположным этому является параметр яркости. Светящаяся поверхность может быть очень яркой и при этом маленькой. Но крошечная яркая поверхность обычно не выделяет огромное количество света потому, что она сосредоточена в маленькой точке.

Множество различных видов источников света появлялись на протяжении истории, и еще используются на рынке. И сопоставить их не просто. Таким образом, сложно получить сопоставимые числа для изделий, не относящихся напрямую к освещению, тем более от производителей светодиодов.

Суммарная отдача источника света - то, что действительно важно: она дает точные данные о том, сколько люменов выделяется от одного ватта электрического питания.

В настоящее время первые экспериментальные результаты световыделения светодиодов, измеренные в соответствии с принятыми для освещения стандартами, стали доступными. Таким образом, мы можем аккуратно сравнить световую эффективность светодиодов с другими типами освещения для применения в вывесках.

При сравнении помните, что -по определению - термин ?люмен? оценивается ответным преломлением человеческого глаза. Сравнения света различных цветов обеспечивают реальные данные только при сравнении источников света той же части спектра.

Соображения о сроке использования

Некоторые торговые центры, которые применили светодиодное освещение для объемных букв, вернулись к неону. При сроке работы вне помещений приблизительно в полтора года, выделение света их светодиодными вывесками деградировало к значению, которое недопустимо. Доказано, что температуры эксплуатации выше 150 градусов по Фаренгейту (65 градусов по Цельсию), даже на короткий срок, могут постоянно разрушать светодиоды, приводя к тому, что световыделение упадет на 70% в течение нескольких недель.

Интенсивность этого основанного на диффузии эффекта зависит от многих факторов, каждый из которых до сих пор полностью не изучен. На самом деле, можно уверенно отметить, что часто рекламируемый срок использования светодиодов вне помещений - 100 000 часов - не досягаем. Реальный показатель может быть от 5 000 до 10 000 часов, в зависимости от условий эксплуатации.

Девяносто лет опыта (да, 2001 год - девяностолетний юбилей изобретения неоновой трубки Джорджем Клодом) показали, что средняя неоновая трубка обеспечит приблизительно 20 000-30 000 часов срока использования, но о трубках с более чем 80 000 часами также хорошо известно.

Пример расчета

В качестве примера давайте возьмем вывеску мотеля с объемными буквами высотой 2 фута (60,96 см) (см. таблицу 1). Мы сделаем первый расчет для красного цвета (лучший цвет светодиодов) и второй расчет для зеленого (цвет неона, который вполне интенсивен). Таким образом, результаты, полученные для всех других цветов, будут варьироваться между этими двумя показателями.

Учтите, что сделанные на заказ лампы с горячими катодами типа ?slimline? могут достичь такой же высокой отдачи, что и линейные флюоресцентные лампы, и могут превосходить аналогичные показатели у неона на величину до 45%. Им может быть придана любая форма, чтобы поместить их в объемные буквы.

?Красный? подсчет

В первую очередь, наша вывеска будет освещаться однолинейной, 15-миллиметровой, прозрачной красной неоновой трубкой, работающей на 30 мА-магнитном трансформаторе американского образца. Общая длина трубки - 7,6 метра (25,3 фута) для шести трубок; подсчитанный рабочий вольтаж (использована формула Уик-манна) - 5213 V, и рабочий ток -25мА. Это дает расход электричества в 5213VxO,025A=l30,3 W. Теперь, сколько же света будет получено?

Диаметром 15 миллиметров, прозрачный красный неон при работе на 25 мА будет выделять 193 люмена на метр (равняется 64,3 люмена на фут, измерения In-stituto G. Ferrara, Милан, Италия), таким образом суммарная величина светопотока от 7,6 м будет равна 1480 люменам.

Световая отдача, следовательно, равняется 1480 люменов/130 W=l 1,3 люмена/W. Но это только для трубки. Трансформатор американского класса ?сердечник-и-катушка?будет работать приблизительно на 90% свой мощности, что ведет к общей эффективности 10,2 люмена/W.

Теперь о светодиодах. Чип све-тодиода новой модели выделяет 2,5 люмена (согласно данным Tele-dyne, Лос-Анджелес) при работающем напряжении 2,2V на 30 мА (которое равняется 0,066 W), таким образом выделяя 37,8 люмена/W.

Три светодиодных чипа обычно помещаются на небольшую плату в сериях с резистором для стабилизации тока и работают на 12V. В результате, одна плата потребляет ЗОмА на 12V, составляя 0,36 W и выделяя 7,5 люмена в целом, имея отдачу 20,8 люменов/W.

Давайте представим что 12 V блок питания - один из современных блоков питания с высокой отдачей в 97%. Суммарная отдача вывески из светодиодов будет 20,2 люмена/W (сравните это с 10,2 люмена/W у неона).

Чтобы добиться равного неону светопотока (1480 люменов), вам потребуется 592 светодиода, или 198 модулей на платах. Общее потребление - 71,3 W (при 130 W для неона чтобы добиться такого же количества света). Стоимость светодиодного модуля - приблизительно $10; вы могли бы потратить $1 980 плюс приблизительно $60 за блок питания.

По цене 15 за фут (30,48 см) 25 футов (7,62 м) ?прозрачного красного? неона будет стоить $125. Добавляя $50 за трансформатор, это обойдется в $175, чтобы наполнить объемные буквы неоном. Соответственно, стоимость светодиодов в 11 раз больше, чем стоимость неона.

?Зеленый? расчет

Теперь давайте проведем расчет для той же вывески из зеленых букв. На 7,6 метра (25,3 фута) 15-мм стандартных зеленых, заполненных аргоном/ртутью трубок,

рабочее напряжение равняется 3452 V на 25мА. Таким образом, потребление мощности равняется 85,6 W, для трубок, с потерями трансформатора (беря в расчет снова 90% эффективности) 95,1 W. Световая отдача 15-мм стандартного зеленого неона при 25 мА составляет 790 люменов на метр (263 люмена/фут), таким образом вся световая отдача вывески составит 6059 люменов, и полная светоотдача вывески - 63,7 люмена/W.

Еще раз, наш расчет для светодиода Teledyne: светопоток составляет 2 люмена на светодиод, работающий на 3,5 V при 30 мА, что составляет 19,04 люмена/W для светодиода. Один модуль из трех светодиодов будет потреблять 0,36 W и выдаст 6 люменов, - 16,7 люмена/W для модуля. С 97%-ной эффективностью 12 V-ного блока питания общая отдача будет 16,2 люмена/W (это только 25% эффективности неона).

Чтобы получить то же самое выделение света из нашей вывески, подсвеченной светодиодами, нам потребовалось бы установить 3 030 светодиодов, или 1010 модулей, в объемные буквы, потребляющих 30,3 А при 12 V, таким образом потребляя 363 W энергии (игнорируем потери блока питания в данном случае). Соответственно, светодиоды потребуют в 4,3 раза больше мощности, чем неон, чтобы производить тоже количество света.

К тому же, зеленые светодиоды стоят $ 13 каждый, так что вам потребуется $ 13 130 только для того, чтобы приобрести светодиоды без блока питания. На самом деле, светодиоды обычно меньше дают света (за исключением красного), более дороги и менее долгосрочны по сравнению с классическими способами освещения. И читатель может разделить мое личное мнение, что стандартность световых точек из светодиодов никогда не сможет заменить изготовленной вручную прекрасной неоновой вывески, сделанной с гордостью из расплавленного стекла.

По большому счету неон является - и останется на некоторое время - победителем в подсветке вывесок. ?

Автор - физик, консультант по производству неона (Дайсбург, Германия).