Gaismas diožu spuldze

Gaismas diožu spuldze ir elektriska ierīce, kas izmanto gaismas diodes (LED) kā gaismas avotu. Sarunvalodā tiek lietots termins "LED lampa". Vārds "LED spuldze" tiek lietots, runājot par parastajām pusvadītāju gaismas diodēm, organiskajām LED (OLED) vai polimēru gaismas diodēm (PLED), lai gan šobrīd tirgū nav pieejamas ne OLED, ne PLED tehnoloģijas.

Tā kā katra atsevišķā LED ir neliela, salīdzinot ar kvēlspuldzēm un kompaktajām luminiscences spuldzēm, tad bieži vairākas gaismas diodes liek kopā. Pēdējos gados diožu tehnoloģijas ir uzlabojušās, lieljaudas gaismas diodes un lielāka izstarotā gaismas plūsma dod iespēju parastās spuldzes nomainīt pret LED spuldzēm. Viens lieljaudas LED kristāls, kas izmantots komerciālās LED spuldzēs, spēj izstarot 7527 Lm, patērējot tikai 100 W enerģijas.

Diodes darbībai nepieciešama līdzstrāva, tāpēc LED spuldzēs ir iebūvēti maiņstrāvas pārveidotāji. Gaismas diodes var tikt bojātas, ja spuldzi ekspluatē augstās temperatūrās, tāpēc tajās iebūvē speciālus elementus. LED spuldzes ir ilgmūžīgas un patērē maz enerģijas, taču sākotnējie ieguldījumi (salīdzinot ar kompaktajām luminiscences spuldzēm) ir lielāki.

Tehnoloģija 

Visbiežāk apgaismošanā izmanto balto gaismu. LED izstaro gaismu, kurai ir ļoti šaurs gaismas viļņa garuma diapazons, tādējādi tā ir krāsaina. Lai LED izstarotu baltu gaismu, nepieciešams vai nu vienlaicīgi izmantot sarkanās, zaļās un zilās gaismas diodes (RGB-LED), vai lietot luminoforus, lai kādu daļu gaismas pārveidotu citās krāsās.

Pirmajā minētajā metodē (RGB-LED) tiek izmantoti vairāki tuvu novietoti LED kristāli, kas emitē dažādus gaismas viļņu garumus, lai izveidotu plašu baltās gaismas spektru. Šīs metodes priekšrocība ir tā, ka katras gaismas diodes intensitāti var regulēt, tādējādi gaisma rodas nepieciešamajā krāsā. Galvenais trūkums ir augstas ražošanas izmaksas.

Otrajā metodē, kombinācijā ar luminoforiem, lieto vienu īsa viļņa garuma LED (parasti zilo vai ultravioleto). Šāda diode absorbē daļu no zilās gaismas un izdala plašāku baltā spektra gaismu (līdzīgi notiek arī ar dienas gaismas (fluorescences) lampām, kuras no UV gaismas ar luminofora palīdzību rada baltu gaismu). Galvenās šīs metodes priekšrocības ir zemās ražošanas izmaksas un augsts krāsu pārneses indekss. Trūkumi — pirmkārt, nespēja dinamiski mainīt gaismas raksturu un, otrkārt, gaismas pārveidošana luminoforā samazina ierīces efektivitāti. Zemo izmaksu un atbilstošās veiktspējas dēļ šīs spuldzes tiek izmantotas visbiežāk.

Gaismas diodi nevar lietot parastajā maiņstrāvas tīklā, tās darbībai nepieciešams pielāgot tīkla iestatījumus — voltāžu un strāvas stiprumu. Tādā gadījumā diodi un rezistoru slēdz virknē. Tomēr šāda metode nav efektīva, jo lielākā daļa pievadītās strāvas aiziet zudumos rezistorā — tā pārvēršas siltumā. Diodes virknē mazinātu strāvas zudumus, taču, vienai diodei pārdegot, atslēgtos visa ķēde. Labāks variants ir likt diodes paralēli. Praksē parasti paralēli liek trīs vai vairāk diodes. Lai gūtu maksimālo efektivitāti, tās apvieno un liek kopā vienā gaismas diožu spuldzē. Tas tāpēc, ka ar vienu diodi nekas nesanāk, tikai kopā tās rada spēcīgu gaismu, kas der telpu apgaismojumam. Kad lieto krāsu sajaukšanas metodi (RGB-LED), ir sarežģīti panākt kādu vienotu krāsu sadalījumu (tas gan neattiecas uz balto krāsu). Ar laiku (diožu nolietošanās dēļ) šāda tipa spuldzēm ir tieksme mainīt izdalītās gaismas spektra krāsu.

Pielietojums 

Gaismas diožu spuldzes lieto vispārējam un vietējam apgaismojumam. Vietās, kur nepieciešama krāsaina gaisma, var izmantot spuldzes ar dažādu krāsu diodēm.

Salīdzinot ar dienasgaismas spuldzēm, pirmkārt, gaismas diožu spuldzēs nav dzīvsudraba, otrkārt, tās neietekmē bieža ieslēgšana un izslēgšana, treškārt, tās ir grūtāk saplēst.
 
Gaišās gaismas diožu spuldzes izceļas ar savu augsto ilgmūžību un zemo elektroenerģijas patēriņu. Spuldzē diodes ir kompakti ierīkotas, gaismu var virzīt plašā leņķī, ir arī uzstādīts reflektors vai lēca.

Gaismas diodes spuldzei nav stikla kupolu, stienīšu vai citu saplīstošu elementu, arī vibrācijas uz to neiedarbojas. Ir pieejamas spuldzes, kurām plašā mērogā ir iespējams mainīt gaismas intensitāti — tādējādi minimālie strāvas parametri spuldzes darbībai nav normēti.

Salīdzinājums ar citām spuldzēm 

 Kvēlspuldzēs gaisma rodas, strāvai plūstot caur kvēldiegu, kam piemīt noteikta lieluma pretestība. Kvēldiegs sakarst (strāvas dēļ paaugstinās temperatūra) un sāk spīdēt. Tādējādi rodas plaša gaismas spektra krāsas, sākot no "silti" dzeltenas un beidzot ar balto. Kvēlspuldzes ir ļoti neefektīvas, jo aptuveni 98% no pievadītās enerģijas pāriet siltumā. 100W kvēlspuldze izdala 1,700 Lm, aptuveni 17 Lm/W. Šādas spuldzes ir salīdzinoši lēti izgatavot. Aptuvenais kvēlspuldzes mūža ilgums (maiņstrāvas tīklā) ir ap 1000 stundām. Pirms pāris gadiem kvēlspuldzes bija visbiežāk sastopamas, tādēļ lielākā daļa lampu korpusu tiek ražoti šāda izmēra spuldzēm.

 Fluorescences spuldzēs (dienasgaismas spuldze) gaisma rodas, elektrībai plūstot caur dzīvsudraba tvaikiem, kas izstaro ultravioleto starojumu. Tālāk ultravioletie stari iedarbojas uz luminoforu, (atrodas uz iekšējās spuldzes virsmas) kas sāk mirdzēt (fluorescē). Salīdzinot ar kvēlspuldzēm, rodas daudz mazāk siltuma, tomēr joprojām daudz enerģijas tiek patērētas, ražojot ultravioletos starus un pārveidojot tos par redzamo gaismu. Ja spuldze saplīst, tad telpā nokļūst dzīvsudraba tvaiki, kas ir kaitīgi. Lineāro fluorescences spuldžu ražošana ir aptuveni piecu līdz sešu reižu dārgāka nekā kvēlspuldžu, bet mūža ilgums ir ap 10 000 un 20 000 stundām. Kompakto fluorescences spuldžu (mājsaimniecībās pielietotās) mūža ilgums svārstās no 1 200 līdz 20 000 stundām. Pēdējām T8 izmēra trifosfāta fluorescences spuldzēm (Osram, Philips, Cromptom u. c.), kurām ir elektronisks palaides uzsildītājs, mūža ilgums pārsniedz 50 000 stundu. Mūža ilgums ir atkarīgs no ieslēgšanu skaita. Spuldžu efektivitāti raksturo rādītājs 100 Lm/W. Fluorescences cauruļveida spuldzēm (ar moderniem elektroniskajiem balastiem) un kompaktajām fluorescences spuldzēm šis rādītājs ir robežās no 50 līdz 67 Lm/W.

Problēmas 

Gaismas diožu spuldžu ražošana ir sarežģīta un, vairākos aspektos, tai vēl ir gaidāmas izaugsmes iespējas. Tas nozīmē, ka cena joprojām ir relatīvi liela, salīdzinot ar tradicionālajiem gaismas avotiem. Process, kad uz gaismas diodes klāj pusvadītāju slāņus, nemitīgi attīstās, un tiek meklētas jaunas, efektīvākas metodes. Tāpat problēmas ir ar luminoforu, tā absorbēšanas un gaismas emisijas intensitātes uzlabošanu. Nav vēl skaidri ar diožu neelastīgo formu saistītie jautājumi.

Svarīgs lielums ir krāsu pārneses indekss. Tas nosaka gaismas avota spēju renderēt krāsas (maksimums ir 100). Diodes, kurām šis parametrs ir zem 75 un mazāk, neiesaka iekštelpu apgaismojumam. Diode ar lielāku krāsu pārneses indeksu ir dārgāka. Šis ir lauciņš diožu attīstībai un jaunu rūpniecības tehnoloģiju meklējumiem.

Kāpjot temperatūrai, gaismas diodēm piemīt ierobežotas temperatūras svārstības un efektivitātes kritums. Tas ierobežo diodes maksimālo jaudu. Spuldzes termisko īpašību uzlabošanai nepieciešama apjomīga pētniecība.

Spuldzes garais mūža ilgums (aptuveni 50 reižu lielāks par kvēlspuldzēm) sagādā raizes kvēlspuldžu ražotājiem, kuru klienti spuldzes spiesti pirkt daudz biežāk.

Daži kritiķi ierosina gaismas diožu spuldzes reklamēt intensīvāk, tādējādi tirgū tās varētu piedzīvot strauju pieprasījuma kāpumu. Tāpat viņi atzīmē, ka pircēji joprojām nav pietiekoši informēti par šīm spuldzēm.

Skatīt arī 

 Kvēlspuldze
 Diode
 Gaisma

Atsauces

Ārējās saites 

Gaismas diodes