CC BY
129Светодиодная экспертиза
В середине 90х годов прошлого века о светодиодах впервые заговорили как об источниках света, которые могут быть не только индикаторами в радиоприемниках, но и использоваться в ответственной светосигнальной технике и устройствах освещения, где имеют большие перспективы. Светодиоды в этой роли обладают рядом неоспоримых преимуществ перед другими источниками света, и сегодня они стоят на пороге массового вторжения на рынок общего освещения. По данным аналитиков, к 2010 году объем потребления светодиодов в мировых масштабах может вырасти до $10 млрд. Но, несмотря на столь радужные перспективы, в России рынок полупроводниковых источников света пока еще не слишком развит. Одной из проблем, которые возникают перед пользователями и производителями светотехнических устройств на основе светодиодов, является отсутствие объективной технической информации об этих приборах среди потребителей, разработчиков и проектировщиков. Это связано с особенностью исследований и измерений характеристик светодиодов по сравнению с традиционными лампами и нехваткой требуемых технических средств для получения необходимых параметров и, как следствие, отсутствием института сертификации и нормирования полупроводникового освещения. Однако с недавних пор этот дефицит был устранен: в нашей стране появился центр по исследованиям физики излучающих полупроводниковых структур, изучению и измерению параметров светодиодов, разработке и реализации методик, программ и проектов по применению твердотельных источников света и сертификации светотехники, в том числе полупроводниковой. Его руководитель Сергей Никифоров в беседе с главным редактором журнала «Компоненты и технологии» Павлом Правосудовым рассказал о причинах создания и особенностях деятельности этого центра.
— Чем занимается созданная вами структура?
— В рамках ООО «Л.И.С.Т. — лаборатория исследований световых технологий» мы организовали фотометрическую лабораторию, которая будет заниматься измерением параметров светотехники, светодиодов, полупроводниковых источников света. Прежде всего, наша задача — это измерения. Этот рынок не заполнен, а потребность в точных измерениях велика.
— Но раньше такой лаборатории не было. Светодиоды производят уже не одно десятилетие, рынок в России существует уже лет восемнадцать, а поставки из Китая благополучно производились и без лаборатории. Почему именно сейчас возникла потребность в ней?
— Дело в том, что раньше действительно было так: раз на изделии написано «светодиод» — надо брать. Все знали, что он вечный, и ни у кого это не вызывало сомнений. Но в последнее время существенно увеличился объем и светодиодов, и вообще светотехники, на них основанной. Они стали использоваться в серьезных устройствах — свето-
форах, сигнальной технике, информационных экранах. После этого вопрос качества возник сам собой. Кроме того, пропорционально общему количеству растет и количество брака, например, светодиодов, которые выходят из строя в процессе работы или настолько изменяют свои параметры, что это эквивалентно выходу из строя.
И те люди, которые стали заниматься разработкой устройств на светодиодах, озадачились проблемой качества. Как проверить, соответствуют ли параметры тому, что заявляют производители? Проверяется же все, что угодно. В созданной нами лаборатории можно не просто проверить или сопоставить полученные и заявленные данные, но и измерить любые необходимые характеристики применительно к нужным заказчику изделиям. В общем, иметь перед собой картину параметров. Это в большинстве случаев необходимо, но людям, фактически, обратиться с этой проблемой некуда, потому что практически и комплексно решить ее не может никто. Лаборатории, занимавшиеся этим ранее, уже не могут удовлетворить существующие запросы и сами это признают. Отчасти
Сергей НИКИФОРОВ
из-за отсутствия компетентности, отчасти — от отсутствия необходимых технических средств, но они не берутся за эти работы.
Вторая проблема в том, что светодиоды уже не воспринимаются исключительно как сырье. Сейчас интереснее поставлять готовую продукцию — светодиодные лампы, фонари, прожектора, все, что угодно, — спектр широкий. И это уже изделия светотехники, к которым предъявляются определенные требования. Это и сертификация, нормирование параметров. С одной стороны, мы готовы отвечать на вопросы по качеству, а с другой — интерпретировать светодиоды и изделия на них уже в русле классической светотехники. Идея нашей лаборатории состоит именно в том, чтобы объединить полупроводниковую светотехнику с той классической светотехникой, которая была раньше, и синтегри-ровать таким образом в одном месте две науки: фотометрию и физику полупроводника. Параллельно этому мы будем заниматься измерениями и исследованиями обычной светотехники.
— Вы считаете, что это необходимо?
— А как же! В связи с тем, что повысился интеллектуальный уровень строительных работ, растет и наукообразность проектов. Люди не просто вкручивают лампочку в патрон, а задумываются, что именно они вкручивают. Появилось понятие энергосбережения. Люди начали считать и освещенность, которую создают светотехнические устройства, и потребляемую энергию. И проектировщики, особенно в крупных центрах, стараются подогнать параметры своей светотехники под нужные требования. Это важно, потому что, в основном, все изделия—импорт-ные, все делается по западным стандартам.
Большинство предприятий — тоже иностранные, и там, в отличие от наших, подобные требования всегда соблюдались. Следовательно, и от нас потребуют их соблюдения, поэтому подход должен быть соответствующим. Отсюда еще одно направление нашей деятельности: мы будем заниматься точными, прецизионными измерениями, измерять сразу комплекс характеристик. Это позволит предоставить любую информацию для проектировщиков световых решений, поможет рассчитать проект и с точки зрения светотехники, и энергетически.
— Ваша лаборатория имеет сертификат на свою деятельность?
— Да, мы в настоящее время легализуем свою деятельность, и сейчас идет процесс сертификации средств измерений и аккредитации лаборатории. Мы считаем, что это необходимо для того, чтобы быть уверенными в правильности своих измерений и находиться в пределах федерального закона «Об обеспечении единства измерений», а также постоянно контролировать свои средства измерений, сверяя их с эталоном соответствующей единицы. Таким образцом обладает российский институт, держатель эталона канделы федерального значения, — ВНИИОФИ (Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений). Естественно, все средства измерения, которые проходят там поверку, калибровку, будут наиболее точны. Наши средства измерения мы будем обслуживать именно там, непосредственно у держателей эталона. Этот институт уважаем во всем мире, поэтому все выданные во ВНИИОФИ документы станут официальным признанием нашей деятельности с точки зрения компетентности и точности измерений.
К этому надо добавить и то, что не так давно мы стали объектом внимания Балтийского отделения морского и речного регистров. В этих ведомствах появилась необходимость в сертификации устройств освещения, световой сигнализации применяемых в навигации, на кораблях и в судостроении. Возрождение судостроения и связанных с ним производственных предприятий требует неформального подхода к сертификации по причине большого числа их собственных разработок и создавшемуся вакууму в области технической информации о комплектующих. В настоящее время готовится пакет документов для официального признания компетентности нашей лаборатории этими регистрами.
— Нужны какие-либо отдельные сертификаты?
— Да, средства измерения должны быть занесены в Государственный реестр средств измерений.
— А на деятельность лаборатории в целом, на то, чтобы она имела право выдавать свои сертификаты?
— Да, аккредитация лаборатории на проведение испытаний в центре сертификации
требует аттестата. Работа в этом направлении ведется. Областью аккредитации лаборатории будут светотехнические измерения, измерения полупроводниковых излучателей и расчеты в ближнем инфракрасном диапазоне до 1100 нм (инфракрасные прожекторы, подсветки камер ночного видения). Последнее актуально для, например, домофонов, подъездных камер наблюдения, также подсвечивающихся светодиодами на инфракрасных лучах.
Мы можем проводить измерения и в области ультрафиолета до 185 нм. Он часто применяется в медицине, в той же стоматологии. Есть целый ряд ламп специального назначения — бактерицидные, например, — которые используются исключительно в ультрафиолетовой области. Наше лабораторное оборудование позволяет измерять фотометрические характеристики от ближнего ультрафиолета до ближнего ИК, измерять и рассчитывать на основе измерений любые фотометрические единицы. В нашем распоряжении есть двухкоординатные гониометры с угловым разрешением в одну угловую минуту. С помощью диаграмм углового распределения силы света (энергетической силы света) в нескольких плоскостях можно будет производить расчет светового потока, оптической мощности и основных единиц — силы света, диаграмм пространственного распределения силы света. Эти расчеты будут востребованы, к примеру, при создании ТУ на изделия. И делать мы это будем с максимальной точностью.
Помимо этого у нас есть стенд для измерения спектральных характеристик излучения: мы сможем измерять не только спектральное распределение, рассчитывать координаты цветности и параметры спектра, но и измерять стекла, светофильтры, или те же плафоны на прозрачность в проходящем свете в упомянутом диапазоне длин волн. Конечно же, и для исследования электрических характеристик у нас есть необходимое оборудование. Фактически, наш комплекс состоит из двух лабораторий. Одна предназначена для мощных светильников вплоть до измерения самых больших ГОСТированных в России светотехнических величин у тепловозных прожекторов, например 1 000 000 кд, а также углового распределения силы света до 10 000 000 кд. А вторая — более прецизионная, там установлены датчики и фотометры с меньшей погрешностью, которые будут производить измерения полупроводниковых излучателей. Динамический диапазон стендов рассчитан так, что мы можем измерять параметры от излучающего кристалла до самых мощных светодиодных устройств, которые появляются сейчас — это, к примеру, железнодорожные светофоры. Ну, и, конечно, в этой лаборатории мы разворачиваем исследования по физике полупроводника, по деградации. Наработки есть, и мы их обязательно продолжим.
— Но все же ваша светотехническая лаборатория не уникальна для России?
— В части некоторых измерений, может быть, и не уникальна. Предприятия, выпускающие светотехнику, имеют свои лаборатории, хотя бы для того, чтобы обеспечить производство продукции. Лаборатория может входить даже в отдел технического контроля. Но наша организация существует как отдельная структура, осуществляющая независимую сертификацию. И, конечно, точность наших измерений не сравнить с существующими на предприятиях. У нас есть коллеги: лаборатория «Светос» во ВНИСИ (Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский светотехнический институт им. С. И. Вавилова), лаборатория на предприятии «Лисма-ВНИИИС» (Всероссийский научно-исследовательский, проектноконструкторский институт источников света им. А. Н. Лодыгина), несколько структур по линии морского и речного флота, лаборатория Института строительной физики. Но, как показывает анализ, они не обладают необходимыми техническими характеристиками, и такого комплекса, как мы создали, у них нет. Ведь комплексность — это тоже наша оригинальная разработка.
— Но то, что касается полупроводников, вообще уникально.
— Однозначно. Наряду с техникой, которая у нас используется. Идеология и методики измерения еще даже не утверждены международной комиссией по освещению. Мы, конечно, базируемся на существующих, но у нас много своих наработок. Они получены на основе прошлых исследований, и мы будем развивать их в дальнейшем. Мы поднялись до такого уровня, что нам требуются новые инструменты. Вот сейчас мы их создали (поскольку на данный момент нет производителей такого оборудования) и будем совершенствоваться дальше.
— Большой ли у вас коллектив?
— Нет, пока небольшой, но он, опять-таки, комплексный. Мы включили в нашу организацию не только саму лабораторию, но и проектное бюро. На основе наших измерений мы можем предоставлять технический расчет-проект. Соответственно, мы можем работать с заинтересованными людьми на всех уровнях. Планируется иметь коллектив 6-10 человек. Надо признать, что в последнее время далеко не все выпускники вузов, например, великого МЭИ, обладают должным уровнем знаний. Так что, разумеется, мы будем искать новых людей, продолжим набор сотрудников.
— Как вы оцениваете рынок этих услуг? Готовы ли производители отдавать свои изделия в вашу лабораторию?
— Обрисую стандартную ситуацию, чтобы ответить на эти вопросы. Кто-то приобрел большую партию светодиодов, поставил в устройство, люди рассчитались, заказчик получил товар. Через некоторое время све-
тодиоды начали выходить из строя, и в таком количестве, что изделие стало непригодно для использования. Начинается разрешение споров. Один говорит — вы сделали плохие светодиоды, другой — вы неправильно эксплуатировали. На этот случай и нужно заключение независимой лаборатории. Мы проведем анализ светодиодов и режимов, в которых эксплуатировалось устройство, мы можем даже дойти до анализа всего производства и «отмотать» назад большинство производственных операций, приведших к неисправности. Думаю, что в таком случае и производители, и потребители принесут к нам свои изделия, хотя бы для того, чтобы этот момент больше не повторился.
— Были реальные случаи?
— Да. И это оказывалось неоспоримым аргументом в пользу невиновного.
— Светофоры на железной дороге тоже должны сертифицироваться, но пока та же Октябрьская ж/д благополучно их ставит.
— У железнодорожников есть свой институт ВНИИЖТ (Всероссийский научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта), есть своя лаборатория для собственных нужд. Но она крайне узко специализирована и, конечно же, не готова в полном масштабе производить именно светодиодные измерения. У нас был опыт работы с ней, мы знакомы с руководителями и сотрудниками этой лаборатории. Возможно, что мы для них будем интересны только как субподрядчик, который поможет сделать измерения в той области, которой они не занимаются. Поэтому опытные испытания светофоров на Октябрьской ж/д в данном случае было кому сопровождать метрологически.
Однако бывают варианты, когда люди просто приходят определить, что они купили — светодиоды или нет, и если да, то какие. Не обязательно же всем быть специалистами.
Мы можем аргументированно сказать, почему светодиод чему-либо не соответствует, и мы это сделаем объективно, поскольку не заинтересованы ни в продажах, ни в покупках. То же самое касается и светотехники в целом. Сейчас могут целый контейнер прислать того, что вообще не светится, или не соответствует ничему. Раньше была лампочка в 60 Вт, вы ее вкрутили и больше ни о чем не думаете. А сейчас в характеристиках пишут и цветовую температуру, и координаты цветности, и световой поток, и сколько его останется через 1000 часов, и диаграмму углового распределения силы света, а некоторые еще и индекс цветопередачи и стабильность работы. И все это надо проверять, потому что когда люди делают серьезные проекты, они должны быть уверены, что купили нужное. И это не обычная проверка «горит — не горит», хотя в обывательских умах это так. Пример: в большом торговом комплексе, таком как, например, «Ашан», все металлогалоге-новые лампы, на которых построено основное освещение зала, обязательно должны
быть подобраны по цвету. А если обратить внимание, то можно зачастую заметить, что одна белая, одна желтая. Значит, проект уже не годится, точнее, должен быть переделан на нормальный. А это уже прецедент.
— А на что это реально влияет?
— Вот в этом вопросе и состоит «обыватель-ность». Все проектируется исходя из требований. Например, у вас есть магазин, в котором вы продаете мясо, и если вы заложите в светильники не тот спектр (цветовую температуру), подсвечивая прилавок, то на вид вы получите мясо, которое пролежало тут две недели без охлаждения, хотя в действительности оно свежее. Или цвет рекламных надписей, оберток и упаковки товара — он разрабатывается целыми институтами, а если он будет неправильно подсвечен, вы не получите нужного эффекта от рекламы. В этом соединяется субъективизм восприятия света и объективность параметров устройств освещения.
— Как вы оцениваете размеры рынка полупроводниковой светотехники? Он сейчас растет. Но насколько он велик?
— Кто-то говорит, что это развитие по спирали, кто-то говорит, что количество перерастает в качество. На мой взгляд, — а я этой темой занимаюсь уже десяток лет, и все происходит на моих глазах, — сейчас производитель затаился перед каким-то серьезным прыжком. Я имею в виду абстрактного производителя, самые крупные фирмы, лидеров. Вообще, мне кажется, что диодный полупроводниковый свет уже готов к тому, чтобы началось его массовое использование. Его эффективность достигла ламповой, цены подтягиваются, потому что технологии совершенствуются, и, конечно, уже заканчиваются все проверки надежности и совместимости. И, может быть, как раз нехватка базы и технической информации об этом тормозит замену ламп накаливания.
— Светодиоды уже экономичнее и долговечнее ламп накаливания, но при этом дороже как изделие. Пока они менее эффективны, чем галогеновые и металлогалогеновые, но у них нет таких проблем с нагревом.
— Надо сказать, светодиоды существенно превосходят лампы накаливания и по параметрам экономии энергии, и по долговечности, но никто почему-то не вспоминает, что первая лампочка была в тысячу раз дороже, чем керосиновый фонарь, как никто и не сомневался тогда, что она вскоре его заменит. Так что ту ситуацию можно сравнить с нынешней. Но речь идет о том, что сейчас, к сожалению, нельзя создать в том объеме, который занимает лампа и ее светящееся тело, такой же мощный полупроводниковый источник.
—Разве? Мне казалось, есть по форм-фактору лампы, вполне сравнимые по мощности.
— Конечно, но лампы накаливания вообще сняты с производства во многих странах, и они производятся только из-за того, что 60% домашних светильников, и в России тоже, предназначены для этих ламп. Но век энергосберегающих компактных люминесцент-
ных ламп не долог. Все уже поняли, что этот апгрейд ламп накаливания не оправдал себя ни по светотехническим характеристикам (которые оказались, кстати сказать, значительно хуже, чем ожидалось), ни по ценовым, и нет у них даже тех 3000 часов наработки, что представлялось как их важное преимущество в виде долговечности и надежности. И главное, что их спектр излучения, возможно, вообще для чтения неприемлем. Лампа накаливания — это самый удачный источник света для глаз, поэтому она всегда будет существовать, и настольная лампа всегда будет лампой накаливания, пусть галогеновой. Иначе мы все ослепнем.
— Но можно сделать лампу на светодиодах с таким же спектром, только ее эффективность будет соответствующей. Нужно ставить матовый рассеиватель, фильтр.
— Наверно, тут уместно говорить не о фильтре, а о том, что может сформировать подобные лампе характеристики. Чтобы был фильтр, нужно, чтобы светодиод излучал в этой области спектра. Это квазимонохро-матический источник излучения, уподобить его спектр лампе может только люминофор. Такая ситуация с различием в спектрах излучения источников в светотехнике оценивается коэффициентом цветопередачи, он характеризует свет с точки зрения цвета при восприятии отражения. Суть его (в неточном представлении) в том, что чем больше интеграл спектрального распределения излучения, тем больше в нем присутствует составляющих, приближенных к стандартным источникам, например к солнцу. Как раз этот коэффициент у светодиодов выше, чем у многих люминесцентных ламп, так что здесь они даже выгоднее. Мало того, у светодиодов есть большие перспективы по люминофору. И вообще, можно создать довольно совершенный источник света на светодиодах с точки зрения коэффициента цветопередачи, использовав, например, матрицу из набора излучающих кристаллов с различными спектрами излучения в комплексе с люминофором.
—Вопрос в стоимости и в том, какая в результате будет эффективность...
— Естественно. Я сказал просто, что есть над чем работать. Если в лампе накаливания исчерпано практически 99% ее возможностей, то здесь поле деятельности очень большое. В полупроводниковом освещении это можно сравнить с тем, что излучающие кристаллы, выращенные на подложке из карбида кремния, намного перспективнее тех, которые производит, например, фирма №сЫа на подложках из сапфира, где ресурс потенциальных возможностей системы «гетероструктура — подложка» почти исчерпан.
— Вернемся к теме лаборатории. Как этот процесс организован в других странах? Есть там отдельные независимые структуры?
— Да. Их немного. Мы уже выяснили, что, во-первых, в них нет такой огромной потреб-
ности, а во-вторых, государство не может себе позволить «плодить» лаборатории даже с точки зрения регулирования документооборота. Просто 2-3 лаборатории, компетентных и оснащенных, могут и справиться с объемом работы, и сделать независимое заключение.
— Как они создаются? При компаниях или при исследовательских институтах?
— Как правило, такая лаборатория появляется только потому, что
та организация, которая ее создает, или люди, которые собрались этим заниматься, компетентны в этом вопросе и видят дальнейшие направления развития этой деятельности. Как показывает история, наоборот, подобные лаборатории, работающие в различных сферах науки во всем мире, и являлись основой для создания на их базе исследовательских институтов. В идеале, конечно, это отдельная фирма, независимый орган, не при институте, не так, как, например, лаборатория «Светос» при ВНИСИ. Объективно у нее есть свои интересы. Однако мировая практика знает и большую интеграцию в метрологии, такую, как, например, в американском институте NIST, где сосредоточены большие мощности не только по законодательной метрологии, но и по исследованиям и измерениям в широком спектре научных направлений. Конечно, по этим критериям нам трудно сравнивать нашу лабораторию с подобными. Но уверен в том, что в сфере исследований полупроводниковых источников излучения, различных светотехнических устройств и разработки методик измерений их характеристик мы не уступим нашим коллегам и сделаем знаменитую российскую особенность развития отечественной науки ее уникальностью. ■
Интервью провел Павел ПРАВОСУДОВ
