Що таке сила світла?

Сила світла (англійською luminous intensity) — це фізична величина, показник того, скільки світла випромінює джерело в певному напрямку. Її вимірюють у канделах (cd). Якщо уявити, що світло розходиться у вигляді конуса, то сила світла показує, наскільки яскравим є цей пучок в центрі конуса.

У вигляді математичної формули це звучить як відношення світлового потоку (Люмен) до тілесного кута, в межах якого це випромінювання розповсюджується (4π). Одиницею вимірювання в системі SI є кандела (кд).

Параметр «сила світла» особливо важливий у тих випадках, коли світло має бути спрямованим — наприклад, у вуличних прожекторах, фарах автомобілів, підкранових світильниках або точкових джерелах освітлення.

Щоб виміряти силу світла, використовують прилади, які дозволяють оцінити інтенсивність у конкретному напрямку. Найпоширеніші методи:

• Гоніофотометри — прилади, визначають, як світло розподіляється по кутах. Гоніофотометр обертає джерело світла навколо своєї осі та вимірює інтенсивність у різних напрямках, щоб побудувати повну просторову картину розподілу світла.
• Інтеграційні сфери — це сферичні камери з відбивним покриттям усередині, які рівномірно розсіюють світло, дозволяючи точно виміряти загальний світловий потік, на основі чого потім визначають силу світла при заданому куті.
• Фотометричні датчики з фільтрами — моделюють реакцію людського ока, фіксуючи інтенсивність світла в конкретному напрямку. Такі датчики часто використовуються у компактних лабораторних системах або на виробництві.

Для точного вимірювання важливо, щоб джерело світла знаходилось на певній відстані від датчика — зазвичай не менше ніж у 10 разів більше, ніж його власний розмір.

Світловий потік, який розсіюється на великий кут, буде виглядати менш інтенсивним. Якщо ж той самий потік зібрати в більш вузький пучок — сила світла зростає. Наприклад, зміна кута випромінювання світлодіода з 120° до 30° може суттєво підвищити силу світла — саме на цьому базується принцип колімування.

Навіть незначне зміщення лінзи відносно кристала (на 0,2–0,5 мм) може змінити напрям і силу світлового пучка. Тому у виробництві сучасних LED-світильників застосовують надточне позиціонування компонентів.

Що вища температура кристалу, тим менше світла він випромінює. У червоних світлодіодів при підвищенні температури всього на 1°C сила світла зменшується на понад 1,5%. Для білих і зелених цей параметр менший, але ефект усе одно помітний. Тому якісне тепловідведення — обов’язкова умова стабільної роботи LED.

Відповідь на це питання розглянемо на прикладі найвідоміших брендів.

Cree

Американська компанія Cree широко відома своїми високопотужними світлодіодами. Наприклад, серія XLamp XP‑G4 забезпечує до 75% більше світлового потоку у вузькому пучку порівняно з попередніми моделями. Цей ефект досягається завдяки оптимізації форми лінзи, структури підкладки та вдосконаленому тепловідведенню.

Philips Lumileds

У лінійці Luxeon M від Philips Lumileds — потужні світлодіоди з вузьким кутом випромінювання, які ідеально підходять для прожекторного світла. Наприклад, моделі з теплим білим світлом (2700–3500K) демонструють понад 130 люмен на ват при дуже високій силі світла, завдяки прецизійній оптиці (оптичні компоненти з високою точністю).

Philips також став переможцем конкурсу L Prize (США), представивши першу LED-лампу, яка повністю замінила 60-ватну лампу розжарювання, показавши високі показники сили світла при низькому енергоспоживанні.

Osram

Компанія Osram Opto Semiconductors розробила серію Oslon Black Flat — потужні LED для автомобільного світла. Завдяки спеціальній колімуючій оптиці та компактній геометрії ці світлодіоди використовуються у автомобільних фарах Audi з матричним світлом, де напрям кожного світлового пучка має критичне значення.

Серед технічних підходів, які дозволяють підвищити силу світла, найбільш ефективними виявились наступні:

• Коліматори і вторинна оптика — дозволяють «зібрати» світловий потік у вузький пучок.
• Flip-chip конструкції — світлодіодний кристал монтується «вниз» для кращого тепловідведення і зменшення втрат світла.
• Антирефлексні покриття і мікроструктури, які зменшують внутрішні світловідбиття.
• Пористі підкладки — особливо в μ‑LED технологіях — дозволяють світлу краще виходити з кристалу, збільшуючи інтенсивність.

Світлодіоди стали у десятки разів більш ефективними за останні 15 років. Компанія Cree у лабораторних умовах отримала понад 300 люменів на ват, а Philips у 2017 році почала випускати споживчі LED-лампи з ефективністю 200 лм/Вт — це рекордні показники.

Зростання сили світла відбувається не лише за рахунок потужності, а й завдяки удосконаленню оптики і мікроструктур.

Сила світла — це один із ключових параметрів, що визначає ефективність і функціональність джерела освітлення. Від неї залежить, наскільки точно і яскраво світло буде спрямоване в потрібному напрямку. Завдяки інноваціям таких компаній, як Cree, Philips Lumileds і Osram, сучасні світлодіодні технології вийшли на рівень, який дозволяє використовувати LED у найвідповідальніших освітлювальних системах — від вуличного освітлення до фар автомобілів чи авіаційних прожекторів.