Что такое сила света?

Сила света (по-английски luminous intensity) — это физическая величина, показатель того, сколько света излучает источник в определенном направлении. Ее измеряют в канделах (cd). Если представить, что свет расходится в виде конуса, то сила света показывает, насколько ярок этот пучок в центре конуса.

В виде математической формулы это звучит как отношение светового потока (люмен) к телесному углу, в пределах которого это излучение распространяется (4π). Единицей измерения в системе SI является кандела (кд).

Параметр «сила света» особенно важен в тех случаях, когда свет должен быть направлен – например, в уличных прожекторах, фарах автомобилей, подкрановых светильниках или точечных источниках освещения.

Чтобы измерить силу света используют приборы, которые позволяют оценить интенсивность в конкретном направлении. Самые распространенные методы:

• Гониофотометры — приборы определяют, как свет распределяется по углам. Гониофотометр вращает источник света вокруг своей оси и измеряет интенсивность по разным направлениям, чтобы построить полную пространственную картину распределения света.
• Интеграционные сферы — это сферические камеры с отражающим внутри покрытием, которые равномерно рассеивают свет, позволяя точно измерить общий световой поток, на основе чего затем определяют силу света при заданном углу.
• Фотометрические датчики с фильтрами — Моделируют реакцию человеческого глаза, фиксируя интенсивность света в конкретном направлении. Такие датчики часто используются в компактных лабораторных системах или на производстве.

Для точного измерения важно, чтобы источник света находился на определенном расстоянии от датчика — обычно не менее чем в 10 раз больше его собственного размера.

Световой поток, рассеивающийся на большой угол, будет выглядеть менее интенсивным. Если же этот поток собрать в более узкий пучок — сила света возрастает. К примеру, изменение угла излучения светодиода со 120° до 30° может существенно повысить силу света — именно на этом базируется принцип колебания.

Даже незначительное смещение линзы по отношению к кристаллу (на 0,2–0,5 мм) может изменить направление и силу светового пучка. Поэтому в производстве современных LED-светильников применяют сверхточное позиционирование компонентов.

Чем выше температура кристалла, тем меньше света он излучает. У красных светодиодов при повышении температуры всего на 1°C сила света уменьшается более чем на 1,5%. Для белых и зеленых этот параметр меньше, но эффект все равно заметен. Поэтому качественный теплоотвод – обязательное условие стабильной работы LED.

Ответ на этот вопрос рассмотрим на примере известнейших брендов.

Cree

Американская компания Cree широко известна своими высокомощными светодиодами. Например, серия XLamp XP‑G4 обеспечивает до 75% больше светового потока в узком пучке по сравнению с предыдущими моделями. Этот эффект достигается благодаря оптимизации формы линзы, структуры подложки и усовершенствованному теплоотводу.

Philips Lumileds

В линейке Luxeon M от Philips Lumileds – мощные светодиоды с узким углом излучения, идеально подходящие для прожекторного света. Например, модели с теплым белым светом (2700–3500K) демонстрируют более 130 люмен на ватт при очень высокой силе света благодаря прецизионной оптике (оптические компоненты с высокой точностью).

Philips также стал победителем конкурса L Prize (США), представив первую LED-лампу, полностью заменившую 60-ваттную лампу накаливания, показав высокие показатели силы света при низком энергопотреблении.

Osram

Компания Osram Opto Semiconductors разработала серию Oslon Black Flat – мощные LED для автомобильного света. Благодаря специальной коллимирующей оптике и компактной геометрии, эти светодиоды используются в автомобильных фарах Audi с матричным светом, где направление каждого светового пучка имеет критическое значение.

Среди технических подходов, позволяющих повысить силу света, наиболее эффективными оказались следующие:

• Коллиматоры и вторичная оптика – позволяют «собрать» световой поток в узкий пучок.
• Flip-chip конструкции – светодиодный кристалл монтируется «вниз» для лучшего теплоотвода и уменьшения потерь света.
• Антирефлексные покрытия и микроструктуры, уменьшающие внутренние светоотражения.
• Пористые подложки – особенно в μ-LED технологиях – позволяют свету лучше выходить из кристалла, увеличивая интенсивность.

Светодиоды стали в десятки раз эффективнее последних 15 лет. Компания Cree в лабораторных условиях получила более 300 люменов на ватт, а Philips в 2017 году начала выпускать потребительские LED-лампы с эффективностью 200 лм/Вт – это рекордные показатели.

Рост силы света происходит не только за счет мощности, но и благодаря усовершенствованию оптики и микроструктур.

Сила света — это один из ключевых параметров, который определяет эффективность и функциональность. Если не нужно, насквозь точно и ярко свет будет спрямовано в нужном направлении. Созданные инновации таких компаний, как Cree, Philips Lumileds и Osram, часто используют световые технологии, которые используются в настоящее время, которые позволяют использовать светодиоды в уникальных светильниках — от необходимого освещения до фар. автомобилей и авиационных прожекторов.