Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности примененияВнедрение светодиодов в освещении уже давно является основным направлением развития светотехники. Тем не менее, существует несколько технологий светодиодного освещения. Например, в последние два года интенсивно развивается такое направление как Multi Chip-on-Board (MCOB). И вопрос, использовать светодиодные светильники на основе MCOB или изготовленные по иным технологиям вызывает среди специалистов бурные споры. О том, что представляет собой новая технология, ее особенностях и актуальном зарубежном опыте использования пойдет речь в этой статье.

Примерно до 2009 года у полупроводниковой светотехники был только один вектор развития — увеличение мощности одного светодиода. Это направление получило название Power LED (не путать с одноименной торговой маркой известного производителя).

На русский язык это словосочетание переводится как «мощный светодиод». Действительно, совершенствование технологий позволило повысить мощность светодиода до 10 Вт. Хотя практическое применение нашли главным образом светодиоды мощностью 1–3 Вт.

Концепция Power LED позволяет сократить количество светодиодов и увеличить светоотдачу источников света. Тем не менее, увеличение мощности светодиодов не привело к значительному снижению стоимости готовых светильников. Да и светоотдача всего светильника получается значительно меньше, чем у используемых в нем светодиодов.

Причина заключается в том, что светодиод является точечным источником света. В то же время, для многих практических применений требуется рассеянный свет. Из-за малых размеров светодиоды без дополнительной оптической системы обладают огромной габаритной яркостью и дают большой слепящий эффект.

Поэтому приходится создавать специальные оптические системы для того, чтобы сделать свет от мощных светодиодов рассеянным. Эти оптические системы стоят дорого и вносят значительные потери (до 35%) в изначальный световой поток от светодиодов.

Другим недостатком светильников на основе мощных светодиодов является большой объем ручного труда при их производстве.

С 2009 года начат выпуск светильников на так называемых SMD-светодиодах. Технология SMD означает Surface Mounting Device — «устройство с креплением на поверхность». Мощность SMD-светодиодов лежит в пределах 0,01–0,2 Вт.

В SMD-светодиодах кристаллы в количестве от 1 до 3 штук устанавливаются на керамические подложки, представляющие собой прямоугольники с размером сторон от 1,4 до 6 мм. Каждый SMD-светодиод индивидуально покрыт слоем люминофора.

Конструкция SMD-светодиода предусматривает прямое соединение припоем контактных площадок подложки и монтажной платы. Благодаря этому, производство светильников может быть полностью автоматизировано.

Большое количество маломощных светодиодов (до 700 штук в одном светильнике) позволяет получить рассеянный свет без применения каких-либо оптических систем. Достаточно лишь защитного стекла, потери в котором составляют всего 8%.

SMD-светодиоды размещаются на плате через определенные промежутки, как правило, они в несколько раз  больше  линейных  размеров кристаллов.

Поэтому наличие отдельных светящихся точек, пусть и не таких ярких, как в случае с Power LED, хорошо заметно.

Если требуется еще большая равномерность распределения света, например, для освещения комнаты, где идет работа за компьютерами, используются простейшие молочные или микропризматические рассеиватели.

Недостатком SMD-светильников является низкая ремонтопригодность конструкции. Теоретически можно перепаять SMD-светодиод, но для этого требуется сложное оборудование. Поэтому для ремонта светильник приходится отправлять на предприятие-изготовитель. Практически оказывается дешевле заменить всю плату со светодиодами.

От SMD — к COB

Решением проблемы ремонтопригодности может являться значительное снижение стоимости светодиодного модуля. Тогда, в случае выхода из строя, можно просто заменить этот модуль и такая процедура будет рентабельной.

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Суть технологии COB заключается в размещении на плате кристаллов без корпусов и керамических подложек, а также покрытие этих кристаллов общим слоем люминофора. Благодаря этому, действительно значительно снижается стоимость матрицы светодиодов.

Для сравнения экономических показателей тех или иных светодиодных устройств принято использовать стоимость 1 лм светового потока. Так вот, у матрицы из SMD-светодиодов стоимость 1 лм начинается с 0,5 руб.

, а у COB-матрицы стоимость 1 лм у ведущих брендов (например, Sharp, Epistar и некоторых других) начинается с 0,2 руб., а у менее именитых производителей начинается с 0,07 руб. за 1 лм.

Кристаллы светодиодов при технологии COB расположены гораздо ближе друг к другу, чем при использовании SMD-светодиодов. Плотность размещения может достигать 70 кристаллов на 1 кв. см. К тому же, они имеют общее покрытие люминофором. Поэтому COB-матрица светится равномерно, в ней практически неразличимы отдельные точки.

При равной мощности размер COB-матрицы меньше, чем размер матрицы из SMD-светодиодов. Это позволяет создать полупроводниковый источник света с размером светящегося тела, как у традиционных источников (МГЛ, ДНаТ и т.п.

) В результате становится возможным использовать отражатели и рассеиватели, ранее разработанные и серийно производимые для традиционных источников света, а это тоже немалый резерв снижения стоимости.

Не придется вкладываться в разработки и новые производственные линии.

Главное — толщина слоя «клея»

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Процесс изготовления COB-матрицы состоит из следующих основных этапов:

  • нанесение на подложку вещества, обеспечивающего адгезию;
  • установка кристаллов на подложку;
  • затвердевание слоя защитного покрытия;
  • удаления загрязнений с помощью плазменной очистки;
  • соединение контактов кристаллов и платы ультратонкими (всего несколько микрон);
  • покрытие массива кристаллов люминофором, смешанным с силиконом, что обеспечивает герметизацию кристаллов;
  • отвердение силикона.

Ключевым моментом, долгое время не позволявшим реализовать технологию COB на практике, была необходимость нанесения на подложку очень тонкого равномерного слоя адгезивного материала.

Если очень упростить ситуацию, то можно сказать, что кристаллы «приклеиваются» к подложке. На подложку нужно нанести слой «клея» строго определенной толщины. Если он будет слишком тонким, то кристалл «отклеится».

А если слишком толстым, то будет недостаточным тепловой контакт между кристаллом и подложкой.

Задача была решена в 2009 году учеными Китайской академии наук. Они предложили метод магнетронного распыления (magnetron sputtering), обеспечивающий равномерное нанесение адгезивного вещества с точно заданной толщиной. В итоге, тепловой контакт между подложкой и кристаллом получается значительно лучше, чем при монтаже на теплопроводящую плату SMD-светодиодов.

Новая технология получила название Multi Chip-onBoard или сокращенно МСОВ. Переводится это как «многочисленные кристаллы на плате», тем самым подчеркивается возможность создания мощных светодиодных матриц. Практически все выпускаемые сейчас светодиодные COB-матрицы изготавливаются по технологии MCOB.

Параметры COB-матриц

Мощность COB-матрицы может достигать 100 Вт. Использование современных технологических процессов при производстве COB-матриц и хороший теплоотвод позволяют достичь реальной светоотдачи матрицы 100–150 лм/Вт.

Светящаяся поверхность типичной COB-матрицы представляет собой квадрат со стороной 1–3 см или круг диаметром 1–3 см. Встречаются и матрицы со светящейся поверхностью больших размеров, например, 12×3 см. Такие матрицы используют в наружном освещении и позволяют, благодаря большим размерам светящего тела, обойтись без дополнительных мероприятий по снижению слепящего эффекта.

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Данные о сроке службы светодиодов являются результатами математического моделирования на основании испытаний светодиодов в экстремальных условиях. Чтобы проверить, что светодиод действительно проработает 50 000 часов, он должен непрерывно светить на протяжении почти 6 лет. За это время появятся уже новые модели светодиодов, а информация станет неактуальной.

При этом гарантийный срок, когда можно бесплатно отремонтировать или поменять светильник, даже ведущие производители устанавливают, исходя из того, что светильник проработает лишь 20 000 часов.

Работа светильника свыше этого срока — только лишь оценка, данная производителем, ни к чему его не обязывающая.

Поэтому данные о сроке службы 30 000 часов могут быть результатом более осторожного прогноза производителя.

Практическое применение

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

За рубежом светильники на основе COB-матриц широко используются в Китае, Англии, США, Польше и ряде других стран. Но наиболее широкое распространение светильники на основе технологии COB получили в Швейцарии.

В Швейцарии к 2034 году планируют закрыть все атомные электростанции. А на них в стране сейчас приходится 40% выработки электроэнергии. Для сравнения, в Германии, которая тоже решила отказаться от атомных электростанций, на их долю приходится только 28% вырабатываемой электроэнергии.

Сложившаяся ситуация требует от швейцарцев уже сейчас срочного внедрения энергосберегающих технологий. Повсеместный переход на светодиодное освещение требует использование технологий, которые обеспечивают быструю окупаемость, иначе задача оказывается неподъемной даже для богатой Швейцарии.

Самым известным проектом стало освещение универмага Manor — одного из крупнейших универмагов в Базеле, имеющего 7 этажей над землей и один подземный этаж. Почти все освещение, кроме нескольких дизайнерских светильников, выполнено на трековых прожекторах производства швейцарской фирмы RD-Leuchten AG.

Источниками света в них являются COB-матрицы производства Bridgelux. Внедрение светодиодных светильников позволило сократить энергопотребление приблизительно в 2 раза по сравнению с ранее использовавшимися МГЛ и люминесцентными лампами.

Светильники на основе COB надежно работают; в гигантском универмаге автору статьи не удалось отыскать ни один неработающий светодиодный светильник.

Во многих других швейцарских магазинах, торгующих едой и одеждой, также широко используются трековые и встраиваемые прожекторы на основе COB-матриц.

Читайте также:  Системы обогрева грунта - как устроены и работают

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Перспективы использования в России

Ремонт светильника на основе технологии COB при выходе из строя светодиодов, если есть фирменный сервис, сводится к замене COB-матрицы ценой порядка $10. Ремонт же светодиодных светильников других типов может обойтись по цене нового изделия.

Другой вопрос, что большинство светильников на COB пока поступает в Россию от малоизвестных производителей, не обеспечивающих послегарантийное обслуживание, а это не дает возможность оценить выгоду от снижения расходов на ремонт.

Тем не менее, как показывает опыт Швейцарии, именно технология COB может стать основой для массового перехода на светодиодное освещение.

Алексей ВАСИЛЬЕВ

Сверхяркие светодиоды — что это такое, разновидности и применение

Сверхяркие светодиоды – это источники светодиодного освещения мощностью от 1 Ватта с силой тока 300 мА и выше, обладающие высокой яркостью свечения. Светодиод мощностью 10 Ватт получают при использовании 10 таких светоизлучающих диодов в виде матрицы.

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности примененияСветодиодная матрица мощностью 80 Ватт.

Как устроен сверхъяркий светодиод

Ультраяркий светодиод имеет такую же конструкцию, как и обычный, c той лишь разницей, что светоизлучающие кристаллы в нем устанавливаются на специальное основание, а в мощном сверхъярком led в конструкции предусмотрен теплоотвод. Во всем остальном – это такой же светоизлучающий диод с p-n переходом, который в результате протекания электрического тока создает оптическое излучение.

Разновидности

Деление сверхярких светодиодов на виды является довольно условным, т.к. каждый имеет свои уникальные характеристики.

На сегодняшний день основными странами-производителями ультраярких светодиодов являются США (компания «CREE»), Тайвань (компания «Epistar») и, конечно же, Китай.

Наиболее полную классификацию таких светоизлучающих диодов предоставила компания «CREE», в  соответствии с которой их можно разделить на следующие типы:

  • в стандартных корпусах круглого (3 и 5мм) или овального (4 и 5мм) сечения с двумя выводами STD (серии 374, 503, 512, 535, 4SM, 5SM и т.д.);
  • в корпусе типа P4 («Пиранья») (серии Р41, Р42, Р43);
  • в корпусах для поверхностного монтажа PLCC (серии LM1, LM3, LM4, LA1, LN6, LP6 и т.д.).

Последняя группа led является наиболее разнообразной и востребованной. В нее входят светодиоды разных цветов с различным количеством кристаллов. Они также отличаются углами рассеивания и размерами.

На фото показан внешний вид ультраярких и мощных светоизлучающих диодов согласно классификации фирмы «CREE».

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Мощные сверхяркие

В отдельную группу можно выделить мощные сверхяркие светодиоды XLamp. Их главной конструктивной особенностью является наличие радиатора для отвода тепла, вызванного большим рабочим током (350мА и выше).

Чем эффективнее отвод тепла – тем больше время работы сверхъяркого мощного светодиода.

Данная группа имеет три варианта исполнения – XR, XP и MC. Они отличаются между собой формами и размерами корпусов. Именно они нашли широкое применение во внутреннем и наружном освещении автомобилей.

Светодиоды SMD

LED SMD также можно условно отнести к мощным сверхъярким светоизлучающим диодам. Они имеют несколько серий (3528, 5050,3014, 3020, 2835 и т.д.). Но самым востребованным на рынке светодиодного освещения является SMD 5050.

Он нашел широкое применение в светильниках благодаря белому цвету свечения. Мощность такого led может достигать 1Вт, поэтому его корпус имеет теплоотвод.

На фото мы можем увидеть, как выглядит LED SMD 5050.

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Характеристики

Самой важной из всех характеристик является рабочий ток. Ультраяркие мощные светодиоды работают на постоянном токе, и превышение его значения приводит к выходу из строя led. Средний рабочий ток сверхъяркого равняется 15 – 20мА, ток мощного ультраяркого светодиода может достигать и 1А.

Рабочим напряжением (далее U) называют величину падения напряжения на светодиоде. Светоизлучающие диоды выпускаются с рабочим U равным 1,5 – 4 В.

Диоды разных цветов имеют различное U(самое низкое имеют диоды инфракрасного цвета – 1,5-1,9В, а самое высокое – белый диод – 3-3,7В).

Одним драйвером с постоянным выходным U = 12В возможно подключение, например, четырех светоизлучающих диодов с рабочим U = 3В или двенадцати светодиодов с рабочим U = 1В.

Средний показатель мощности для ультраярких светодиодных источников составляет 0,2-0,3Вт, а для мощных сверхярких источников — 1 Вт.

Если на коробке мощного светодиода указаны ток и напряжение, но не указана мощность, определить ее довольно легко,  перемножив указанные значения между собой.

Для получения необходимой интерьерной подсветки важными показателями будут: цвет свечения, угол рассеивания, световой поток.

Сверхяркие мощные светодиоды представлены в следующей цветовой гамме: янтарный, оранжевый,  синий, зеленый, красный и белый. В свою очередь белый цвет может выдавать холодный белый свет (5000 – 7000K), белый (3500-5000К), теплый белый (2700-3500К).

Угол рассеивания варьируется от 15º до 120º в зависимости от типа. Самый маленький угол рассеивания имеет серия в стандартном корпусе круглого сечения, а самый большой – серия PLCC. Использование сверхярких светодиодов с разными углами рассеивания дает возможность расставлять необходимые акценты в интерьере.

Световой поток играет важную роль для получения заданного уровня освещенности помещения.

Особенности питания

Перед подключением светодиода необходимо внимательно изучить, на какой ток и напряжение он рассчитан. Ультраяркие подключают через драйвер, который дает возможность стабилизировать ток, необходимый для нормальной работы LED. Драйвер с выходным напряжением 12В подключается к сети 220В.

Ниже приведена простейшая схема подключения нескольких светодиодов через драйвер.

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Особенности монтажа

Основным условием при установке и подключении led является необходимость соблюдения полярности питания.

Мощные сверхяркие светодиоды нуждаются в дополнительном охлаждении, так как во время работы они интенсивно нагреваются.

  • В мощных ультраярких  led температура нагрева кристалла влияет на нормальную работу сверхяркого светодиода, поэтому при его монтаже необходимо сделать теплоотвод, который можно осуществить с помощью радиатора.
  • Применяемые теплопроводящие основания являются проводниками электричества, поэтому при установке светоизлучающего диода необходимо обеспечивать их электроизоляцию.
  • Кроме того, светоизлучающий диод — хрупкое изделие, следует осторожно устанавливать во избежание деформации его корпуса.
  • Автор видео рассказывает про виды и применение мощных светодиодов, а в конце дает не большой, но познавательный урок по монтажу smd led, показывает, как определить полярность и припаять.

Плюсы и минусы

Сверхъяркие led становятся все более востребованными на рынке освещения.  Причина кроется в преимуществах, которыми обладают данные источники света:

  • большой срок эксплуатации (50 000-100 000 часов);
  • высокая экономичность;
  • устойчивость к перепадам напряжения;
  • возможность работы при низких температурах окружающей среды;
  • компактность. Сверхяркие светодиоды имеют небольшие размеры, что позволяет монтировать их в совсем маленькие приборы;
  • экологичность (отсутствие ртути, паров газов или других опасных веществ);
  • ударопрочность и виброустойчивость;
  • светодиодные технологии обеспечивают большое разнообразие при проектировании интерьерного, декоративного освещения, а также цифровой контроль цвета и интенсивности света;
  • устойчивость к многократным включениям.

Как видим, параметры работы подобных устройств выгодно отличаются от других источников света. Но кроме достоинств, имеются и некоторые недостатки:

  • высокая цена, значительно увеличивающая срок окупаемости осветительного прибора;
  • низкие технические характеристики в некачественных изделиях;
  • необходимость применения драйверов, что увеличивает стоимость;
  • невозможность использования регуляторов освещения для всех видов сверхярких светодиодов. Устройство этих регуляторов сложнее, чем для традиционных источников света, что также сказывается на их стоимости;
  • заявленные названия цветопередачи не всегда соответствуют реальным характеристикам;
  • небольшой угол рассеивания света;
  • сложности в получении равномерного освещения из-за уникальности характеристик каждого LED и т.д.

Несмотря на перечисленные недостатки при правильном подходе к выбору и монтажу часть их можно нивелировать.

Особенности применения

Сегодня, благодаря  положительным качествам, сверхяркие светодиоды нашли широкое применение:

  • в качестве светоизлучающих элементов в светофорах, дорожных знаках и светодиодных экранах;
  • в автомобилестроении (приборы освещения и индикации внутри автомобиля и снаружи); Существуют комплекты, в которых ультраяркие светодиоды на напряжение 12В уже готовы к подключению в электрическую схему питания автомобиля;
  • в рекламной сфере;
  • в ландшафтном освещении, освещении жилых и общественных зданий и т.д.

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности примененияСветодиодный светофор — не редкость в современном мире

Итоги

Сверхяркие светодиоды позволяют получать большой световой поток  при малом потреблении электроэнергии. Такие свойства позволят решить вопрос с большими затратами электроэнергии на освещение, которые на сегодняшний день остаются значительными, а также создать необходимый уровень освещения внутри зданий и снаружи.

Взамен 30 светодиодов: свойства и особенности светодиодных матриц CREE семейства CXA

13 августа 2014

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Для профессионального футбола лучше большая спортивная арена и серьезный клуб, чем много маленьких футбольных «коробок» во дворах с отличающимся друг от друга уровнем команд.

Аналогичным образом, для профессионального освещения лучше светодиодная матрица (или СОВ-матрица), чем много отдельных светодиодов с отличающимися друг от друга характеристиками.

Это еще раз доказывает серия светодиодных матриц CXA производства компании CREE.

Читайте также:  Виды цоколей для ламп

Статья была ранее опубликована в журнале «Современная светотехника» и перепечатывается с разрешения редакции.

Причина, по которой все ведущие производители осветительных светодиодов занимаются производством светодиодных матриц, достаточно очевидна — невозможность получить относительно большую мощность и, соответственно, значительный световой поток от однокристального светодиода.

Существуют всего два способа повысить удельную мощность излучения полупроводникового источника света — увеличить плотность тока через кристалл и площадь кристалла.

Поскольку оба способа имеют определенные ограничения, связанные с физическими свойствами и технологией производства кристаллов, мощность однокристальных светодиодов ограничена единицами ватт, а единственной возможностью неограниченного наращивания излучательной способности источника полупроводникового света остается увеличение количества кристаллов, участвующих в процессе генерации света.

В настоящее время для производства светодиодных матриц широко используется технология COB (Chip-On-Board). Эта технология, как следует из ее названия, предполагает установку всех светодиодных кристаллов, образующих матрицу, непосредственно на общую подложку без предварительного корпусирования.

В дальнейшем вся группа кристаллов покрывается общим слоем люминофора, образуя, таким образом, единую поверхность свечения. В качестве подложки используется металлическая (как правило, алюминиевая) или керамическая пластина. В светодиодных матрицах семейства СХА используются оба типа подложек.

Кристаллы, образующие матрицу, объединяются электрически в последовательные цепочки, которые, в свою очередь, соединяются между собой параллельно. Для достижения высокой равномерности свечения и максимальной эффективности светодиодной матрицы необходимо обеспечить равенство токов в цепочках кристаллов.

Для этого, во-первых, все цепочки содержат одинаковое количество кристаллов, а во-вторых, кристаллы подбираются таким образом, чтобы суммарные вольтамперные характеристики отдельных цепочек были по возможности максимально близки друг к другу, т.е.

при одинаковых напряжениях на цепочках токи в них должны быть тоже практически одинаковы.

С точки зрения разработчика светодиодная матрица представляет собой светодиод с определенными электрическими и светотехническими характеристиками и отличается, прежде всего, своими габаритами и размером светящейся поверхности. По сути, так оно и есть.

Однако, светодиодные матрицы CREE имеют ряд специфических особенностей, которые необходимо учитывать в процессе проектирования осветительных устройств на их основе.

Разработчика с опытом проектирования на базе дискретных светодиодов может привести в заблуждение отсутствие важных параметров, имеющих ключевое значение для расчетов, своеобразная трактовка отдельных характеристик, только внешне сходных с аналогичными свойствами светодиодов, необходимость использования специфических материалов, нестандартных методик расчета и многое другое. Одна из целей данной статьи — прояснить эти моменты, предложить методику расчета рабочих характеристик и рекомендации по применению.

Состав семейства СХА

Все светодиодные матрицы семейства СХА имеют схожую структуру наименования, благодаря чему уже по названию прибора можно составить представление о размерах матрицы, о потребляемой мощности, о группе (бине) по напряжению, индексу цветопередачи (CRI), о световом потоке и диапазоне цветовых температур. Название матрицы начинается с букв CXA, за которыми следуют четыре цифры — из них первые две соответствуют номеру серии (что примерно соответствует размеру матрицы в миллиметрах), а остальные две обозначают номинальную мощность в ваттах.

Дадим некоторые пояснения относительно того, что представляет собой номинальная мощность. Не следует воспринимать эту величину как рекомендуемую рабочую или максимально допустимую мощность.

Это всего лишь округленная мощность потребления, при которой измеряются (точнее – нормируются) основные параметры прибора. Можно также утверждать, что это мощность, при которой производится биновка прибора (аналогично тому, как дискретные светодиоды бинуются при определенном токе).

Допустимая рабочая мощность может значительно превышать номинальную. Например, для светодиодной матрицы СХА1304 (т.е. с номинальной мощностью 4 Вт) максимальная мощность составляет 10.9 Вт (почти в три раза больше).

Правильнее всего воспринимать эти цифры в названии как некий класс прибора по мощности — чем больше цифры, тем мощнее прибор. Полная структура названия светодиодных матриц семейства CXA представлена на рисунке 1.

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Рис. 1. Структура названия светодиодных матриц семейства CXA

Заключительную часть названия, отвечающую за группировку по параметрам, мы подробнее рассмотрим позже, а пока обратим внимание на общий состав семейства СХА, рассмотрим существующие классы приборов и основные характеристики отдельных серий.

Первым представителем семейства стала светодиодная матрица СХА2011. Об этом светодиоде следует рассказать отдельно, и не только потому, что он был первым, но, главным образом, по той причине, что этот прибор коренным образом отличается от своих собратьев по технологии изготовления (это единственный представитель семейства СХА, выполненный на алюминиевой подложке) и способу монтажа.

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Рис. 2. Светодиодная матрица CXA2011 на алюминиевой подложке

СХА2011 — это светодиодная матрица на алюминиевом основании размером 22х22 мм (рисунок 2). Максимальный рабочий ток матрицы достигает 1000 мА, типовое прямое напряжение — 40 В на токе 270 мА и не превышает 48 В на предельном токе, максимальная мощность — 45 Вт.

Световой поток на максимальной мощности достигает 3500 лм. Как и для всех других современных светодиодов CREE, измерение параметров (бининг) СХА2011 осуществляется при температуре перехода кристаллов, равной 85°C.

Подложка оснащена двумя сквозными отверстиями для крепления на радиатор с помощью винтов.

Как отмечалось выше, CXA2011 — единственный прибор в семействе, выполненный на металлическом основании. Все остальные матрицы типа СХА реализованы на керамической подложке с высокой теплопроводностью. Приборы этой группы можно условно разделить на три класса.

Класс матрицы зависит от степени интеграции и размеров светящейся поверхности, что, в конечном итоге, определяет преимущественную область применения прибора. К первому классу относятся матрицы с высокой степенью интеграции.

Они предназначены для тех приложений, где необходимо обеспечить максимальный световой выход при минимальных габаритах источника света. В частности, рекомендуется использовать приборы этого класса для замены металлогалогенных ламп.

Так, например, матрица типа CXA2590, световой поток которой достигает 15600 лм, может заменить металлогалогенную лампу на 150 Вт (чей световой поток, как правило, составляет 11000…14000 лм). Серии CXA-матриц, относящиеся к данному классу, и их основные параметры представлены в таблице 1.

Таблица 1. CXA-матрицы с высокой степенью интеграции

Наименование Размеры, мм Диаметр области свечения, мм Световой поток, лм Типовое прямое напряжение, В Рабочий ток, мА Максимальная мощность, Вт
CXA1310 (18 В) 13.4×13.4 6 1400…2700 18 700…1050 20
CXA1310 (36 В) 36 350…525
CXA1520 15.9×15.9 9 2000…4000 35 500…900 33
CXA1850 17.9×17.9 12 6000…9400 35 1400…2100 78
CXA2590 23.9×23.9 19 8000…15600 69 1200…1800 130

Следующий класс приборов включает малогабаритные матрицы стандартной степени интеграции с диаметром области свечения не более 14 мм.

Эти матрицы предназначены, главным образом, для замены стандартных традиционных источников света средней мощности (ламп накаливания, галогенных и компактных люминесцентных ламп) и используются преимущественно в составе так называемых ретрофитов и локальных светильников. Приборы данного класса и их основные характеристики представлены в таблице 2.

Таблица 2. Малогабаритные CXA-матрицы стандартной степени интеграции

Наименование Размеры, мм Диаметр области свечения, мм Световой поток, лм Типовое прямое напряжение, В Рабочий ток, мА Максимальная мощность, Вт
CXA1304 (9 В) 13.4х13.4 6 500…900 9,3 400…1000 11
CXA1304 (18 В) 18.6 200…500
CXA1304 (37 В) 37 100…250
CXA1507 (18 В) 15.9х15.9 9 700…1300 18.5 400…750 15
CXA1507 (37 В) 37 200…375
CXA1512 (18 В) 1100…2200 18.5 700…1200 24
CXA1512 (37 В) 37 350…600
CXA1816 17.9х17.9 12 1700…3500 450…900 37
CXA1820 3000…4500 550…1050 40
CXA1830 14 4500…6500 800…1400 57

Последний класс светодиодных матриц семейства CXA включает приборы стандартной степени интеграции с относительно большой светящейся поверхностью (более 14 мм в диаметре).

Эти матрицы используются в приложениях, где требуется достаточно большой световой поток, но размер источника света не имеет принципиального значения. В качестве примера таких приложений можно привести уличное и промышленное освещение.

Основные параметры матриц данного класса приведены в таблице 3.

Таблица 3. CXA-матрицы стандартной степени интеграции с большой светящейся поверхностью

Наименование Размеры, мм Диаметр области свечения, мм Световой поток, лм Типовое прямое напряжение, В Рабочий ток, мА Максимальная мощность, Вт
CXA2520 23.9х23.9 19 3000…5000 36 550…1250 50
CXA2530 3000…6000 37 800…1600 62
CXA2540 4000…8000 1100…2100 86
CXA3050 27.4х27.4 23 4000…10000 37 1400…2500 100
CXA3070 9000…11000 38,5 1925…2800 117
CXA3590 34.9х34.9 30 10000…18000 77 1200…1800 150

Пользуясь указанными данными, разработчик осветительного оборудования может определиться с выбором на уровне серии светодиодной матрицы, но этой информации недостаточно для выбора конкретной позиции, т.е.

светодиода со вполне определенной величиной светового потока на заданном токе, излучающего свет определенной цветовой температуры с заданным индексом цветопередачи и т.д.

Другими словами, светодиодная матрица должна обладать вполне определенным набором бинов.

Читайте также:  Что такое экг, эмг, ээг?

Бининг светодиодных матриц семейства СХА

Чтобы рассмотреть систему бининга CXA-матриц, необходимо, прежде всего, вернуться к рисунку 1, где приведена полная структура наименования этих приборов.

В общем случае, как следует из структуры, светодиодные матрицы СХА бинуются (группируются) по четырем параметрам: прямому напряжению, индексу цветопередачи, яркости (световой поток) и цветности (диапазон цветовых температур).

Рассмотрим подробнее особенности биновки матриц по каждому из этих параметров.

Группы по напряжению

Напряжение на светодиодной матрице напрямую зависит от того, каким образом объединены кристаллы в составе матрицы, сколько последовательно соединенных кристаллов содержит цепочка. Меняя количество кристаллов в цепочке, можно получить несколько вариантов светодиодной матрицы на различные рабочие напряжения.

Эта возможность реализована у матриц четырех серий — CXA1304, CXA1310, CXA1507 и CXA1512. Например, светодиоды серии CXA1304 выпускаются в трех вариантах по величине прямого напряжения — на 9, 18 и 37 В (таблица 2).

Для того чтобы определить, к какой группе по напряжению относится та или иная позиция, в состав названия включен соответствующий двухсимвольный код (обозначен буквами VV, рисунок 1). Коды групп по напряжению приведены в таблице 4.

Таблица 4. Кодировка групп по напряжению CXA-матриц

Группы по индексу цветопередачи

Все светодиодные матрицы семейства CXA выпускаются в нескольких вариантах в зависимости от индекса цветопередачи (CRI). Всего существуют четыре группы по этому индексу:

  • группа 0 — CRI (мин.) 70;
  • группа H — CRI (мин.) 80;
  • группа U — CRI (мин.) 90;
  • группа Y — CRI (мин.) 93.

Код группы по индексу цветопередачи входит в состав названия позиции (шестой символ с конца, обозначенный буквой R на рисунке 1). Подавляющее большинство серий семейства CXA включают позиции всех четырех групп по CRI. Исключение составляют всего шесть серий:

  • серии CXA1310, CXA1830, CXA1850 и CXA2590 не содержат позиций группы U;
  • серия CXA2011 содержит позиции только групп 0 и U;
  • серия CXA3070 содержит позиции только групп 0 и H.

Бининг по световому потоку

Органические светодиоды. Перспективы развития

Особенности
устройства органических светодиодов
и перспективы развития технологии OLED.

Для
световой сигнализации светодиоды
используются достаточно давно. В
настоящее время активно развивается
производство светодиодных
ламп,
применяемых для освещения. Преимущества
у них очевидны: высокий КПД, длительный
срок службы, низкое энергопотребление.
Сейчас начинает набирать обороты новое
направление – производство
органических
светодиодов
.

Органические
светодиоды представляют собой набор
пленок органического происхождения,
которые при пропускании электрического
тока начинают светиться. При этом свет
распределяется равномерно по всей
площади материала.

Состоят
органические светодиоды из анодов,
катодов, излучающего (или эмиссионного)
и проводящего слоев.

jpg» width=»354″>Принцип
работы заключается в подаче на анод
положительного напряжения, вследствие
чего электроны начинают двигаться от
катода к аноду, то есть катод отдает
электроды в излучающий слой.

В свою очередь, из проводящего слоя,
электроны переходят к аноду, или можно
сказать, что
анод передает проводящему слою носителей
положительного заряда, так называемые
дырки.

Дырки
и электроны начинают движение навстречу
друг другу и, вследствие их контакта,
происходит понижение энергии электронов,
которое сопровождается излучением.
Дырки обладают большей подвижностью,
чем электроны, поэтому излучение и
происходит в эмиссионном слое.

Такая
технология получила аббревиатуру OLED.
В настоящее время, наиболее активно
развивается применение органических
светодиодов в производстве дисплеев,
которые в перспективе должны будут
заменить жидкокристаллические. Такие
дисплеи обладают гибкостью, благодаря
чему им можно придать практически любую
форму.

Ожидается
также, что в будущем цена таких дисплеев
станет в разы меньше жидкокристаллических.

Не
менее перспективным направлением
развития OLED, является использование
органических светодиодов для освещения.
Это может стать революцией в области
осветительных технологий.

Тонкий,
плоский, гибкий материал, которому можно
придать любую форму – это же настоящая
мечта дизайнера.
Только представьте себе, можно
будет использовать в качестве светильника
окно, дверцу шкафа, вазу, вообще любую
фигуру, изготовленную из органических
светодиодов.

Однако,
до массового применения, таких светильников
пока далеко. Наряду
с не имеющими аналогов свойствами, есть,
к сожалению, у органических светодиодов
и ряд существенных недостатков.

В первую
очередь, это непомерно высокая стоимость
изготовления, что пока и мешает выпускать
такую продукцию в промышленных масштабах.

Другой серьезной проблемой, является
недолговечность материала, из которого
делаются органические светодиоды.

Недостатки
и проблемы с развитием технологий OLED
очевидны и неоспоримы. Но очевидно и
то, что преимущества, которые можно
получить от применения органических
светодиодов, заставляют крупнейшие
компании и научные
центры
активно заниматьсяразработкой
и развитием этих технологий.

Мощные светодиодные матрицы в освещении: устройство и особенности применения

Электролюминесценция
полупроводникового перехода, при
рекомбинации электронов и дырок, положена
теперь в основу сверхэконормичных
источников света.

Светодиодные, часто
называемые LED (сокращение от английского
light-emitting diode), лампы постепенно завоевывают
устойчивую позицию на рынке современных
энергосберегающих технологий освещения,
как для бытовых нужд, так и для предприятий
и даже для систем уличного освещения.

Светодиодные
лампы превосходят по безопасности компактные
люминесцентные лампы,
в которых содержится ртуть, а лампы
накаливания и вовсе становятся теперь
пережитком далекого прошлого.

Главная
причина, по которой происходит замещение
ламп накаливания на светодиодные
источники света, состоит в том, что лампа
накаливания излучает в очень широком
спектре, значительная часть которого
просто не работает для освещения. Только
5 процентов всей потребляемой лампой
накаливания мощности идут на освещение,
а остальные – на нагрев.

Именно
поэтому так широко представлены в
последнее время на рынке очень мощные
светодиоды и светодиодные матрицы
(монолитные сборки), для замены
индустриальных светильников. Светодиод
излучает в довольно узком диапазоне
спектра, например, оранжевый светодиод
имеет длину волны в диапазоне от 590 нм
до 610 нм.

К
достоинствам светодиодных источников
света относятся:

  • высокая световая отдача, сравнимая с натриевыми лампами (достигнуто значение в 160 люмен на ватт),
  • прочность и вибростойкость, длительный срок службы (до 100000 часов),
  • широкий диапазон для выбора световой температуры (от тёплого 2700 К до холодного 6500 К),
  • чистота спектра, обеспечиваемая самим устройством прибора.

Благодаря
малой инерционности, свет включаются
сразу на полную яркость, независимо от
температуры окружающей среды, а
включение-выключение не оказывает
существенного влияния на срок службы
светодиодов. Угол излучения может быть
от 15 до 180 градусов.

Использование
таких средств совершенно безопасно для
человека в силу низкого напряжения
питания, невысокой рабочей температуры,
и конечно, экологичности, обеспечиваемой
отсутствием ртути и фосфора, а также
ультрафиолетовой части излучения в
спектре. Следует, однако, помнить, что
высокие температуры вредны для любого
полупроводника, поэтому не следует
допускать нагрева выше 60-70 градусов
Цельсия.

Если
ограничить ток через кристалл до 320
миллиампер, световой поток уменьшится
на 3-5%, но при этом продолжительность
жизни светодиодного кристалла
увеличивается на порядок, практически
условия его электроснабжения будут
идеальными.

  • Источником
    питания для светодиодов может служить
    любой источник со стабилизацией тока
    нагрузки, а если стабилизации по току
    нет, то должен быть обеспечен значительный
    запас по превышению максимально
    допустимого тока.
  • Изменение
    напряжения питания на 1 вольт может
    привести к возрастанию силы тока в
    два-три раза и следствием станет
    деградация кристалла (кристалл повредится
    – световой поток уменьшится) либо
    потемнение люминофора.
  • электролитические
    конденсаторы, в источнике питания, имеют
    ограничение по использованию при низких
    температурах,

При
использовании светодиодных матриц на
улице в условиях низких температур,
следует помнить, что КПД существенно
возрастет, а световой выход увеличится
на 10-20 процентов от номинала. А через
500-1000 часов работы световой выход в любом
случае станет больше на 5-10 процентов,
это особенность кристаллов называется
«эффектом тренировки».

С
каждым годом технология производства
мощных светодиодных матриц совершенствуется,
производители ищут лучшие варианты
люминофора. На данный же момент
большинством производителей применяются
желтые люминофоры, они являются
модифицированными вариантами
иттрий-алюминиевого граната, легированного
трехвалентным церием.

Светодиодные
технологии освещения эффективны, а
конструкции из них довольно просты. Они
нашли широкое применение в прожекторах,
светильниках, светодиодных лентах,
декоративной светотехнике и в простых
фонариках. Их световая мощность достигает
5000 лм.

Сегодня
светодиодные модули применяются для
подсветки зданий, улиц, рекламных
конструкций, тоннелей и мостов, фонтанов,
они используются для подсветки офисных
и производственных помещений, домашнего
интерьера и элементов мебели, а также
в различных современных дизайн-проектах.

В
период праздников мощные светодиодные
осветительные системы украшают фасады
зданий, деревья, и другие объекты.
Надёжность светодиодных источников
света делает возможным их использование
в труднодоступных для частой замены
местах.

Уже
к 2014 году во многих странах мира
светодиодное освещение стремительно
вытеснило прочие. Многие города планируют
в скором времени перейти на светодиодное
освещение улиц.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector