Cob led: что это такое, характеристики и параметры светодиодной лампы

Введение

В последние годы сильно увеличилось число новостей о массовом переводе искусственного освещения на новый технологический уровень — светодиодное освещение. О том, что такое светодиод и в чем его основное отличие от прижившихся ламп накаливания и энергосберегающих ламп мы рассказывали в предыдущей статье .

Однако, при переходе на использование новой технологии, решаются многие проблемы, а также неизменно возникают новые трудности. О достоинствах и недостатках светодиодного освещения мы и поговорим в данной статье.

Как мы знаем, первые светодиоды появились в 1960 — х годах, но до 1980 их производство было сильно ограничено из-за неэффективности технологии. Со временем зарубежные ученые нашли решение технологическое проблемы эффективности светодиодов

Многие производители обратили внимание на светодиодную технологию только в конце 20 века, поскольку сдержанное потребление электроэнергии светодиодными приборами позволило решать насущные проблемы с экономией электроэнергии. Более того, современные светодиоды являются сверхъяркими, поэтому могут использоваться очень во многих аспектах современной жизни, начиная с персонального освещения, и заканчивая освещением техническим, порой невидимым человеческому глазу

Срок службы

Производители COB-матриц заявляют средний срок службы около 30 000 часов. Это около 3,5 лет непрерывной работы. У обычных светодиодов в технических характеристиках этот период указывается обычно в пределах до 50 000 часов (5,5 лет). Часто делается вывод о низкой надежности COB-элементов. На самом деле опыт эксплуатации новых светоизлучающих приборов еще не накоплен. Все цифры получены в результате расчетов, в которых часто не учитываются условия эксплуатации. И вряд ли кто-либо из изготовителей проводил реальные ресурсные испытания, длящиеся несколько лет. В них нет смысла – за это время придут новые технологии и материалы.

Надо учитывать, что гарантийные сроки и тех, и других элементов устанавливаются примерно одинаковыми – в районе 15 000 часов. Все, что дальше – прогнозы и чистый маркетинг

Поэтому все сведения о сроке службы на сегодняшний день носят характер деклараций, и относиться к ним следует с осторожностью

Появление на рынке

В полупроводниковой светотехнике до 2009 года было только одно направление – повышение мощности свечения диода. Это направление носит название Power LED, что в переводе означает «мощные светодиоды». Ученые смогли изобрести лампу, мощность которой достигала до 10 Вт. Но большим спросом, как правило, пользовались излучатели мощностью от 1 до 6 Вт.

Начиная с 2009 года, на рынке появляются SMD-диоды. Такая технология означает то, что устройство крепится на поверхность с помощью пайки, а каждый диод порывается слоем люминофора. Такие светильники маломощные и создают рассеиваемый свет за счет большого количества диодов (до семисот штук).

Следующим шагом в развитии стала технология СОВ, которая расшифровывается как «многочисленные кристаллы на плате». Суть Chip On Board заключается в том, что на плату кристаллы крепятся без корпуса и без подложек из керамики. Затем все кристаллы покрываются равномерным слоем люминофора. За счет этого лампа будет светить равномерно. Такая конструкция позволила существенно снизить стоимость на светодиоды.

Устройство COB-светодиодов демонстрируется на картинке:

Процесс производства

COB матрицы изготавливаются в несколько автоматизированных этапов.

На подложку наносится клеевой состав, который обеспечит высокие адгезионные качестве.
Монтаж кристаллов.
Затвердение клея.
Чистка матрицы плазменной технологией.
Пайка кристаллов с плато.
Нанесение люминофора.

Самая сложная технологическая операция, которую до недавнего времени невозможно было реализовать, это нанесение тонкого адгезионного слоя. Все дело в том, что слой клея должен быть определенной толщины. Если он будет тонким, то кристаллы в процессе эксплуатации начнут отклеиваться. Если будет слишком толстым, то уменьшится тепловая отдача кристаллов на подложку. Эту проблему решили китайцы, которые предложили использовать метод магнетронного напыления. Поэтому новые матрицы теперь носят название MCOB, то есть Multi Chip-on-Board, что в переводе означает «многочисленные кристаллы на плате». Правда, от этого устройство светодиодной лампы не изменилось. Именно эта технология позволяет в настоящее время производить светодиодные лампы больших мощностей.

Отличительные характеристики COB

Наравне с другими типами светодиодов, COB матрицы имеют свои «светлые и темные стороны», о которых стоит упомянуть. Первый плюс в пользу COB – это форма матрицы, которую можно изготовить круглой, квадратной, с технологическими отверстиями… В общем, любой. Это позволяет дублировать размеры практически любого источника искусственного света и подстраиваться под нужную форму. Второй положительный аспект – качество излучаемого света. Предметы, освещаемые COB светильниками, имеют чёткую теневую границу за счет равномерного распределения светового потока. Лампы на SMD светодиодах не могут похвастаться такой контрастностью из-за отдельно расположенных кристаллов и отражателей.

Нельзя пройти мимо энергетических показателей. Мощность одной COB матрицы зависит от её геометрии, количества кристаллов и совершенства применяемой технологии изготовления. Стоит отметить высокую светоотдачу COB матриц. Например, наиболее технологически совершенная, массово производимая COB матрица CXB1820 от компании Cree, имеет светоотдачу в 166 лм/Вт.

Недостатком COB технологии можно назвать не ремонтопригодность матрицы в случае частичного или полного выхода из строя отдельных чипов.

Устойчивость драйвера к высокой температуре

Надежность светодиодного светильника определяется не только источником света, но и драйвером. Современной тенденцией является использование в драйверах транзисторов на основе GaN. Максимальная температура p-n-перехода для них составляет около 200°C. Поскольку в современных драйверах транзисторы работают в ключевом режиме, характеризующемся минимальным нагревом, продолжительная работа GaN транзисторов при температуре окружающей среды около +70°C вполне возможна.

Наиболее уязвимыми элементами драйвера являются электролитические конденсаторы.

Теплоотвод для светодиодов, в котором используются трубки, заполненные жидкостью. Для заводского цеха вполне нормально, но в тесной парилке такой не поставишь

Поскольку они практически не выделяют тепла, то будут работать при температуре окружающей среды. Для современных электролитических конденсаторов номинальной температурой является +85°C. То есть современный уровень развития технологий позволяет создать драйвер для светодиодного светильника, который может работать в русской бане или в литейном цеху. Но способны ли выдержать такие условия светодиоды?

Технические и конструктивные особенности ламп Филамент

Основным элементом конструкции новых лампочек являются светодиодные нити. Они представляют собой покрытые люминофором светодиоды, помещенные в стеклянную или сапфировую оболочку. Мощность одной нити составляет 1 ватт. Таким образом, в лампочке на 4 ватта установлено 4 нити, в 6-ти ваттной – 6 нитей и т.д. В цоколе на небольшой плате размещается драйвер – преобразователь напряжения. Данное устройство исполняет роль своеобразного индивидуального стабилизатора, выполняющего преобразование нестабильного сетевого напряжения в постоянное, где полностью отсутствуют пульсации.

Внешний вид новых светодиодных светильников очень похож на традиционные лампочки накаливания. Они оборудуются обычной прозрачной колбой, внутри которой расположены светодиодные нити, заменившие нити накаливания. Вес нового изделия стал значительно легче из-за отсутствия радиаторов на нитях. Поэтому лампочка на 6 ватт весит всего 35 г.

Светодиодные светильники Филамент по сравнению с лампами первого поколения обладают более высокой эффективностью – свыше 105 Лм/Вт. Продолжительность эксплуатации, заявленная многими производителями, составляет 25-50 тысяч часов при сетевом напряжении от 220 до 240 В. В этих лампочках присутствует функция регулировки яркости света, а нагревание корпуса происходит очень медленно и практически незаметно. При сравнении яркости старых и новых ламп установлено, что 4-х ваттная лампа Филамент соответствует 50-ваттной лампе накаливания, 3-х ваттная – 40 ваттам и т.д. в тех же пропорциях.

Параметры и характеристики

Итак, технические характеристики. Современные COB светильники могут достигать мощности 100 Вт. При этом яркость свечения достигает до 150 Лм/Вт, что является даже очень приличным показателем.

Размеры матрицы (она может быть квадратной или круглой) от 1 до 3 см. Это для внутреннего применения. Для уличных светодиодных ламп используются диоды с размером матрицы 3×12 см. Срок службы светодиодных ламп с COB диодами составляет 300000 часов, более мощные аналоги служат до 500000 часов.

Некоторые специалисты, учитывая небольшой срок службы, говорят о низкой способности данного вида светильников. Но тут есть один нюанс. Проверка срока эксплуатации ламп проводилась в экстремальных условиях. После чего математическими исчислениями подвели итог, что они в непрерывном режиме проработают 6 лет. А за это время, наверняка, появятся новые осветительные приборы, более экономичные, надежные и яркие.

В принципе, технические характеристики говорят о том, что светодиодные лампы на сегодняшний день это самый экономичный вариант системы освещения в доме. Конечно, он и самый дорогой в плане первого взноса (цена)

Но стоит на них обратить внимание, если перед потребителем стоит проблемы экономии

Процесс производства

COB матрицы изготавливаются в несколько автоматизированных этапов.

На подложку наносится клеевой состав, который обеспечит высокие адгезионные качестве.
Монтаж кристаллов.
Затвердение клея.
Чистка матрицы плазменной технологией.
Пайка кристаллов с плато.
Нанесение люминофора.

Cob светодиод

Принцип работы и характеристики

Новых принципов в основу работы COB-светодиодов не положено. Все тот же p-n переход из арсенид-галлия, фосфида индия или других материалов. Та же рекомбинация основных зарядов с излучением светового кванта при приложении прямого напряжения. Тот же монохроматический свет с узким спектром. Те же принципы получения недоступных цветов — при подаче питания излучение светодиодов (в оптическом диапазоне или УФ) инициирует свечение люминофора. Этот известный способ позволяет получить цвета, которых нельзя достичь при непосредственном свечении полупроводниковых переходов. Nакже никуда не делась проблема отведения тепла. Новизна элементов – только в технологии производства, позволяющей вывести светоизлучающие приборы на новый потребительский уровень.

Управление

Управление COB-светодиодом сводится к коммутации питающего напряжения, и в этом плане принципиальных отличий от обычных приборов нет. Включать и выключать такой элемент можно:

ручным выключателем на соответствующее напряжение;
электромагнитным реле или пускателем;
электронным ключом (транзистор, тиристор).

Надо только учитывать, что мощность такого светодиода может достигать 100 Вт, а рабочее напряжение – 220 В. Коммутационный элемент должен иметь соответствующие параметры.

Ведущие производители LED-ламп

Производители LED-продукции с мировым именем ценят свой имидж, потому стремятся выпускать светильники с параметрами, которые полностью соответствуют заявленным.

Лучшими изготовителями премиальных светодиодных ламп являются:

Philips;
Osram;
Eurolamp;
Gauss.

Цены на продукцию перечисленных компаний самые высокие, но и качество светильников великолепное.

Разница в стоимости одинаковых по мощности ламп лучших брендов и дешевых производителей составляет всего 30-70%, поэтому покупать рекомендуется более надежные модели

Средний ценовой сегмент в производстве LED-ламп занимают следующие фирмы:

Feron;
Camelion;
Jazzway;
Estares;
Эра;
Navigator;
Ecola;
Оптоган.

Эти компании стремятся использовать в производстве недорогие компоненты без сильного ущерба качеству. Часто их лампы ломаются в первые дни эксплуатации, но без проблем заменяются по гарантии.

Покупать LED-продукцию малоизвестных китайских и отечественных брендов не рекомендуется, потому что их гарантийный срок редко превышает 4-6 месяцев. Кроме того, им не важен имидж бренда, а значит, есть возможность беспрепятственно использовать при производстве второсортные комплектующие.

Влияние температуры

При увеличении уровня напряжения источника сила тока через полупроводниковый слой возрастает и свечение увеличивается: в зону рекомбинации поступает повышенное количество зарядов за единицу времени. Одновременно происходит нагрев токоведущих элементов. Его величина критична для материала внутренних тоководов и вещества p-n перехода. Излишняя температура способна их повредить, разрушить.

Внутри светодиодов энергия электрического тока переходит в световую непосредственно, без излишних процессов: не так, как у ламп с нитями накаливания. При этом образуются минимальные потери полезной мощности, обусловленные низким нагреванием токопроводящих элементов.

Рабочая температура светодиода и нити накаливания

За счет этого создается высокая экономичность этих источников. Но, их можно применять только там, где сама конструкция защищена, блокирована от внешнего нагрева.

Прорыв продолжается

Итак, возвращаемся к теме «диодная лампа COB». Никто не собирался отказываться от этих светодиодов, просто пришла необходимость видоизменить сам светильник, сделав его недорогим. Вариантов изменения конструкции было несколько, но оптимальным оказался один.

Во-первых, отказались от керамических подложек. То есть кристаллы стали устанавливать на плато напрямую.
Во-вторых, все кристаллы покрывались единым слоем люминофора. Поэтому светильник светится равномерно без видимых отдельных светящихся точек.

И вот тут COB матрицы стали выигрывать перед SMD матрицами. В схемах светодиодных ламп на 220 В помешалось до 70 кристаллов на один квадратный сантиметр. То есть, светильник становится в разы меньше, но его яркость не уступала другим моделям. В конце концов появилась возможность использовать в источниках света данного типа и отражатели, и рассеиватели, которые устанавливаются на традиционных лампах.

Отличительные характеристики COB

SMD-светодиоды.

Светодиоды этого типа изготовлены по технологии поверхностного монтажа ТМП (технология монтажа на поверхность) или SMT (surface mount technology). Отсюда его название SMD — surface mounted device — прибор, монтируемый на поверхность.

Основным отличием этой технологии от «традиционной» технологии сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность платы. Это обеспечивает меньшие габариты конструкции, лучший теплоотвод, вариативность исполнения.

Данная конструкция на сегодня является самой распространенной в освещении и используется в источниках света практически всех типов.

SMD-светодиоды.

Принцип работы.

Кристалл состоит из полупроводниковых материалов, которые расположены слоями. Свечение появляется после протекания электричества между границами их соприкосновения. В одном полупроводнике (n) преобладают электроны (отрицательные частицы), а в другом (p) – ионы – дырки (положительные частицы). Полупроводниковые соединения способны пропускать электричество только от p -слоя к n -слою, т.е. в одну сторону.

Схема появления излучения.

Под воздействием электричества электроны из n-слоя и дырки из р-слоя начинают двигаться к р-n-переходу. Происходит рекомбинация дырки и электрона — между р-n-границей протекает ток. Электроны переходят на низший энергетический уровень, с высоких орбиталей на более низкие. Освобождается энергия, которая излучается в виде фотонов.

Описанный процесс протекает во всех полупроводниковых диодах. Но длина волны фотона не всегда находится в заметном человеческому глазу спектре. Для появления видимости необходимо движение элементарных частиц в определенном интервале: от 400 до 700 нм. Это достигается подбором определенных химических веществ. У каждого есть особая длина волны и цвет излучения.

Самые удачные материалы получаются из соединений типа AIIIBV и AIIBVI где II, III, V и VI – валентности элементов. Например, уже упоминавшийся арсенид галлия, фосфат индия или селенид цинка и теллурид кадмия. Подобные соединения называют прямозонными. Возможно получение разнообразных по свечению светодиодов: от ультрафиолетовых до инфракрасных.

К другой группе относятся непрямозонные полупроводники. Это карбид кремния, сам кремний, германий и другие. Диоды из них свет светят очень неярко. Впрочем, научные работы по использованию таких веществ продолжаются. Основные поиски решения ведутся в области технологий квантовых точек и фотонных кристаллов.

Кроме света при p-n-переходе освобождается еще и тепло. Для его отвода необходим теплоотвод (часто в этой роли выступает корпус изделия) или радиатор.

Отличительные характеристики COB

Лазерные диоды

И напоследок еще об одном типе, который нельзя отнести ни к индикаторным, ни к осветительным LED, – лазерный диод. Собственно, светодиодом его можно считать с натяжкой, поскольку по технологии производства он не имеет ничего общего с обычными LED.

Лазерные диоды представляют собой особым образом обработанные полупроводниковые кристаллы, которые при подаче напряжения генерируют очень узкий пучок света. При этом образцы нового поколения позволяют получить угол расхождения луча в пределах 5-10⁰. Встречаются как модели, работающие в видимом диапазоне, так и вне его (УФ и ИК).

Широкое применение эти диоды нашли в лазерных указках, целеуказателях, DVD-приводах, оптических компьютерных мышах, линиях оптоволоконной связи.

Осветительные led

Это высокомощные кристаллы, которые излучают яркий свет. Они применяются для установки на поверхность приборов и выпускаются в белом цвете. Температура свечения разных видов светодиодов отличается: от холодного до теплого белого.

Осветительные SMD led

Многие виды светодиодов имеют корпус типа SMD. Такие устройства обладают большей мощностью, чем индикаторные. Они состоят из кристалла, покрытого люминофором, который размещен на теплоотводящем основании. Есть изделия с колбой или без нее.

Осветительные SMD часто монтируют в лампы, ленты, ручные фонари, фары автомобилей и т. д. Угол их рассеяния света – от 100 до 130°, поэтому для равномерного освещения большой площади применяют большое количество элементов.

COB светодиоды

Очень популярны led-устройства типа COB. Они представляют собой плату с 9 и более элементами, которые залиты люминофором. Световой поток этих видов светодиодов намного выше, чем у SMD. Их угол свечения большой, поэтому их не применяют для создания направленного освещения. Однако диоды типа COB не получиться использовать для общей подсветки, так как угол рассеяния меньше 180°.

Светодиоды типа COB наименее ремонтопригодны, если перегорит один элемент, то придется заменить матрицу.

Filament led

Эта разновидность светодиодов широко применяется для декоративного освещения. Свет этих лампочек намного приятнее для восприятия, чем излучение от устройств типа SMD или COB. Кроме того, Filament имеют более высокий коэффициент полезного действия. Это связано с их конструкцией: диоды устанавливают на цилиндрическое стеклянное основание, а потом покрывают люминофором. Угол их свечения достигает 360°, что позволяет создать направленный свет.

Прорыв продолжается

Во-первых, отказались от керамических подложек. То есть кристаллы стали устанавливать на плато напрямую.
Во-вторых, все кристаллы покрывались единым слоем люминофора. Поэтому светильник светится равномерно без видимых отдельных светящихся точек.

Суть технологии

Идея размещения множества кристаллов светодиодов на плате в одном корпусе, возникла в результате неудачных попыток повысить светоотдачу и одновременно получить рассеянный свет от группы мощных светоизлучающих SMD элементов. Мощные SMD светодиоды нуждаются в сложной системе охлаждения, что влечет за собой значительное повышение стоимости конечного изделия.

Ученые отказались от увеличения мощности одного кристалла и начать эксперименты по увеличению и минимизации чипов светодиодов в одном корпусе. Результатом опытов стала технология COB, которая подразумевает монтаж множества мельчайших чипов, включенных последовательно-параллельно, на общее основание. Печатная плата, как правило, изготавливается на металлической основе (Metal Core Printed Circuit Board, MCPCB) и состоит из трех основных слоев – самой металлической основы, диэлектрика и токопроводящего слоя. Основу изготавливают из металлических сплавов с высокой теплопроводностью. Таким образом MCPCB выполняет роль не только материнской платы, но и является хорошим теплопроводом. На MCPCB чипы светодиодов крепятся при помощи адгезива, затем соединяются между собой и покрывают единым слоем люминофора.

Полученная COB матрица испускает равномерно рассеянный свет, не перегревается (при должном теплоотводе) и не требует сложных оптических систем. С помощью COB технологии можно изготавливать матрицы абсолютно любой геометрической формы с малой себестоимостью, чего нельзя было достичь ранее известными способами.

Применение светодиодов

Сферы применения светодиодов постоянно расширяются. Первоначально они использовались как световые индикаторы в схемах включения или работы электронной аппаратуры. Например, включение передатчика, переход на повышенную или пониженную мощность и т.д. Могли фиксировать автоматическое включение, например, при появлении сигнала вызова или для привлечения внимания. Использовались мигающие или одноцветные светодиоды – красные, желтые, зеленые, синие.

Малогабаритные сверхъяркие DIP-светодиоды соединяли в последовательно-параллельные цепочки и питали их прямо от сети 220 В. Поместив такие последовательные группы диодов в прозрачную гибкую ПВХ-трубку и залив их прозрачным герметиком, получили «гибкий неон» – светящийся «жгут». Его можно проложить по бортику бассейна, бордюру дорожки, украсить крышу дома или дерево в саду.

Использование гибкого неона.

Появление гибких многослойных плат и SMD-корпусов для поверхностного монтажа привело к созданию гибких светодиодных лент.

Вначале это были средства декоративной отделки интерьера помещений. Увеличение мощности SMD-диодов и плотности их размещения на плате позволило начать использование светодиодных лент вначале для вспомогательного, а потом и основного освещения. Увеличение степени пылевлагозащиты лент привело к их использованию для декоративной подсветки, а потом и основного освещения в условиях улицы.

Одновременно шла разработка светодиодных ламп для замены ламп накаливания в светильниках – бра, люстрах, настольных лампах. Появились лампы-ретрофиты – полные аналоги ламп накаливания и люминесцентных трубок по форме, размерам колб, напряжению питания. Началась постепенная замена ламп накаливания на светодиодные ретрофиты. При этом прекращалось производство ЛН – вначале 100 Вт и более, потом 75, 60 и т.д.

Разработка мощных единичных светодиодов, особенно в корпусе Emitter или PCB Star, способствовала появлению фонариков со встроенным аккумулятором. Яркость и длительность свечения после одного цикла заряда в разы превосходила прежние модели.

Отличная управляемость светодиодов электронными средствами — контроллерами и диммерами – регуляторами яркости, позволила использовать мощные прожекторы в светодинамической иллюминации улиц и площадей городов и поселков в любом регионе страны.

Применение в декоративной подсветке зданий.

Светодиодные ленты типа RGB, RGBW и RGBWW дали возможность не только получить мощные потоки белого света, но и в широких пределах изменять его белый оттенок от желтоватого теплого до синеватого и голубого холодного.

Управляемость новых источников света позволяет широко использовать их в световой рекламе – «бегущих строках», световых табло, информационных экранах и т.п. Используют эти яркие цветные и белые источники света в фасадной рекламе и на крышах – плоские и объемные буквы и рисунки, фирменные названия, изображения товарных знаков и многое другое.

И все эти конструкции работают много дольше аналогов на обычных лампах, почти не требуя обслуживания и потребляя при этом в разы меньше электроэнергии. Технические характеристики светодиодов и светотехнической аппаратуры постоянно растут. Стоимость светодиодов уменьшается, а применение расширяется.

Что такое светодиод

Внешне светоизлучающий диод выглядит как кристалл на металлической основе, покрытый пластиковой линзой. Осветительный элемент состоит из таких частей:

основа из алюминия или меди;
полупроводниковый кристалл;
катод (-) и анод (+);
слой силикона;
линза из пластика;
защитный корпус.

На металлической основе зафиксирован катод и анод. На первом электроде закреплен полупроводниковый чип (кристалл). Контакты имеют проводники, которые подсоединяются к чипу p-n-переходом (электронно-дырочный переход). На этом участке с помощью соединительной проволоки объединяются 2 полупроводника с дырочным и электронным типом проводимости. Сверху конструкция покрыта слоем силикона и пластиковой колбой и помещена в корпус с выводами для подключения к цепи.

Что такое cob led: суть технологии, характеристики и рекомендации

Введение

Срок службы

Появление на рынке

Процесс производства

Отличительные характеристики COB

Устойчивость драйвера к высокой температуре

Технические и конструктивные особенности ламп Филамент

Параметры и характеристики

Процесс производства

Принцип работы и характеристики

Управление

Ведущие производители LED-ламп

Влияние температуры

Рабочая температура светодиода и нити накаливания

Рекомендации по работе с COB светодиодами

Прорыв продолжается

Отличительные характеристики COB

Рекомендации по работе с COB светодиодами

SMD-светодиоды.

SMD-светодиоды.

Принцип работы.

Отличительные характеристики COB

Лазерные диоды

Осветительные led

Осветительные SMD led

COB светодиоды

Filament led

Прорыв продолжается

Суть технологии

Применение светодиодов

Что такое светодиод

Отличительные характеристики COB