Світлодіодні лампи на технології cob. Види та типи світлодіодів: класифікація, характеристики, призначення. Короткий час роботи

Князєв О.В., ДК «Буд-ТК», травень 2017р.

В даний час ринок світлодіодного освітлення в Росії переживає свій бум, у продажу представлені як високотехнологічні дорогі моделі світильників та прожекторів. гарантійний термінкуди становить 3-7 років, і дешеві світлодіодні вироби, навряд чи відпрацьовують без поломок хоча б 1 рік. Спробуємо розібратися в цій множині пропозицій.

Звідки беруться дешеві одноразові "вироби"

Як не парадоксально – у наявності великої кількості пропозицій дешевих ширпотребних світлодіодних світильників винен сам Замовник, адже основним критерієм вибору для Замовника є Вартість.

Ситуація повторюється, як це було раніше: якщо є попит на дешеву продукцію, виробники з Піднебесної забезпечать і пропозицію! Оскільки на ввезення з Китаю ніхто не має монополії, конкуренти починають вимагати у виробників постійного, від партії до партії, зниження закупівельних цін, щоб просто забити конкурентів на ринку низькою ціною. Проте всьому є розумні межі та постійне зниження вартості виробів за збереження всіх основних характеристик просто неможливо. Ось і починається гра зниження експлуатаційних характеристик, надійності тощо. - Аби продати освітлювальне обладнання, поставивши мінімальний термін гарантії. І це при тому, що для світлодіодів анонсуються шалені терміни напрацювання – від 50 до 100 тис. годин.

Що таке COB

Технологія COB, останнім часом MCOB (Multi Chip-on-Board) – перекладається як «Кристал На Платі». Вважається найбільш просунутою на сьогоднішній день світлодіодною технологією.

Коротко можна описати так: розміщення на платі кристалів без корпусів і керамічних підкладок, а також покриття всіх цих кристалів загальним шаром люмінофора. Кристали світлодіодів розташовуються дуже близько один до одного - щільність розміщення може досягати 70 кристалів на 1 см 2 тобто. кристали практично зливаються в єдине поле і свічення матриці виходить дуже рівномірним, окремі точки кристалів невиразні.

Важливий плюс технології – якість випромінюваного світла. Предмети, що освітлюються світильниками на COB-матриці, мають чітку тіньову межу за рахунок рівномірного розподілу світлового потоку. Світильники на SMD світлодіодах, на жаль, не можуть похвалитися такою контрастністю через велику кількість сильно рознесених у просторі окремих кристалів та відбивачів.

Енергоефективність COB матриць може досягати 170 Лм/Вт.

Переваги COB

Основними перевагами технології MCOB вважаються:

1. Висока світловіддача (понад 100 лм/Вт);
2. Можливість досягнення високої інтенсивності світлового потоку за відносно невеликих розмірів;
3. Сумісність із різними драйверами, в т.ч. з димуванням;
4. Рівномірність світлового потоку; відсутність тіньового ефекту;
5. компактність, невеликі розміри, доступність різних форм;
6. Можливість виготовлення матриць будь-якої колірної температури від 2700К до 7000К;
7. Індекс кольору до 90Ra;

Недоліки COB

Основним мінусом технології COB є обов'язкове забезпечення хорошого тепловідведення від потужної COB матриці, який забезпечити складно, оскільки площа матриці мала, а з маленької площі контакту складно зняти теплонадлишки.

Тут-то і криється каверза: дешева, а значить спочатку неякісна, матриця COB, змонтована на радіатор охолодження без належного підганяння та обробки поверхонь сполучення, недостатньо охолоджується, починає перегріватися і, зрештою, перегорає.

Як підтвердження можна навести такий факт: нещодавно нам в сервісний центр надійшли для діагностики та ремонту 57 світлодіодних прожекторів(COB) потужністю 100Вт. Судячи з їхнього вигляду, з дешевої серії GS Light.

Після проведення діагностики виявлено, що в переважній більшості прожекторів (49 штук) вийшла з ладу світлодіодна матриця COB, а в 8 інших випадках - світлодіодний драйвер.

Що таке SMD

Технологія SMD (Surface Mounting Device) - можна перекласти як «пристрій з кріпленням на поверхню».

Основною відмінністю цієї технології від «традиційної» технології наскрізного монтажу до отворів є те, що компоненти монтуються на поверхню плати. Це забезпечує менші габарити конструкції, найкраще тепловідведення, варіативність виконання. Дана конструкціяна сьогодні є найпоширенішою у висвітленні та використовується в джерелах світла практично всіх типів.

На сьогоднішній день саме технологія SMD є найпоширенішою у світлодіодному освітленні та використовується у світильниках практично всіх типів.

Дана технологія створена для організації потужного розсіяного освітлення, яке досягається за рахунок розподілу по всій площі світильника значної кількості дрібних світлодіодів (в одному виробі буває до 700 шт), що дозволяє не застосовувати в світильниках ніякої додаткової оптики, тільки звичайне захисне склокорпус світильника. Для збільшення ступеня розсіювання (наприклад для приміщень з комп'ютерною технікою), застосовується молочний, призматичний чи микропризматический розсіювач.

Оскільки світлодіоди розташовуються на алюмінієвій лінійці великої площі, а відстань між ними досить велика, охолодження LED не викликає великих труднощів, звідси і довговічність ліній лінійок SMD при правильному їх живленні.

Їх із мінусів світильників із SMD лінійками слід відзначити велику складність їх ремонту, оскільки при виході з ладу одного світлодіода перестає горіти вся лінійка, а замінити SMD-світлодіод самостійно – досить трудомістке завдання. Заміна лінійки цілком - вже накладна у фінансовому плані. Заради справедливості слід сказати, що більшість виробників світлодіодних світильників в Росії при виникненні гарантійного випадку замінюють лінійку цілком.

Області застосування COB та SMD

1. Загальний випадок

Я зробив би розділ таким чином: якщо форм-фактор корпусу світильника дозволяє розмістити досить великий радіатор охолодження, то можна застосовувати світильники на COB LED, обмеживши їх потужністю до 30 Вт. Вся світлотехніка з більш високою потужністю – виключно SMD. А взагалі ідеальним варіантомВпровадження світлодіодного освітлення стане.

2. Здав об'єкт та забув

Якщо завдання саме таке - здати об'єкт і втекти, то, звичайно, потрібно застосовувати дешеві світильники або прожектори на COB матриці великої потужності. Часу їх роботи має вистачити для того, щоб Ви встигли втекти з поля видимості... :)

3. Короткий час роботи

Якщо світильник або прожектор працює зрідка, включаючись на кілька хвилин (наприклад, оснащений датчиком присутності та вмикається лише при проході людей), можна безбоязно вибирати COB. Матриця просто не встигатиме перегріватися.

4. Організація тимчасового висвітлення.

Для організації тимчасового освітлення (наприклад на будівельному майданчику при виконанні оздоблювальних робіт), я рекомендував би застосовувати прожектори COB потужністю 20 - 30 Вт.

5. Висвітлення складів, виробничих приміщень

На складах, у виробничих будинках та приміщеннях, зазвичай застосовують потужні світильники, підвішені на великій (6-12 метрів) висоті. Для їх електроосвітлення рекомендується застосовувати світильники, виконані на світлодіодних лінійках SMD. При виборі світильників приділяти особливу увагу наявності добре помітних радіаторів, призначення яких - розсіювання надлишків тепла в навколишнє середовище.

В останнє десятиліття велику популярність у світлотехнічних компаній набули світлодіоди COB. Це сталося тому, що технологія COB дозволяє створювати та серійно виробляти потужні світлодіоди спрямованого білого світла на основі звичайних світловипромінюючих кристалів великосерійного масового виробництва. COB - це абревіатура, тобто скорочення до перших букв англійського словосполучення chip-on-board. Російською мовою перекладається як кристал або елемент на платі.

Ідея цього способу проста і стара як єгипетські піраміди: якщо не вистачає сили однієї людини чи світла одного світлодіода, то залучи сотню людей тягнути камінь для піраміди. Або десяток випромінюючих світло кристалів розмісти в одному корпусі. Світлодіод типу COBце прямокутна або кругла пластина жовтого кольору, розміщена в корпусі із прозорою кришкою або накрита лінзою вторинної світлодіодної оптики. Лінза формує потрібну діаграму спрямованості потоку світла та захищає COB-конструкцію від пилу, води, механічного впливу тощо.

Суть COB-технології

Готові світлодіодні кристали без корпусів наклеюють на теплопровідну підкладку зі штучного сапфіру або припаюють на пластину напівпровідникового кремнію. Чіпи залежно від робочої напруги з'єднують у послідовні ланцюжки. На 9 – 3 шт., 12 – 4 шт. і т. д. Ланцюжок запитується струмом однієї величини – номінальним робітником для кристалів цього типу, наприклад, 20 мА. Послідовні ланцюжки з'єднують паралельно, набираючи потужність чи величину світлового потоку. Потім кристали світлодіодів синього світла покривають жовтим люмінофором. У такий спосіб набирають надпотужні світлодіоди COB.

Що означає словосполучення світлодіоди SMD COB? Це COB-матриця, розміщена у SMD-корпусі. Ці корпуси призначені для автоматизованого монтажу ЕРЕ (електро-радіоелементів) прямо на поверхню друкованої плати. COB – це набір технологічних операцій з виготовлення потужних та надпотужних світлодіодів у вигляді єдиної матриці. Матриця складається з десятків чи сотень кристалів.

При збільшенні потужності світлодіодів виробники розпочали пошук можливостей удосконалення відведення тепла. В результаті з'явилися технологія COB LED, що дозволяє створювати компактні та потужні джерела світла з високою оптичною густиною, надлишок тепла з яких відводить корпус. Ці світлодіоди вбудовуються в лампи та прожектори для освітлення промислових та житлових приміщень, архітектурного підсвічування.

У COB-світлодіодах кристали без корпусу та підкладки, розташовані близько один до одного, з'єднуються послідовно паралельно і покриваються одним шаром люмінофора. На 1 см 2 плати можна розмістити до 70 чіпів, в результаті значно підвищується оптична щільність (свічення рівномірне, без крапок). Плата може мати різні розміри, зайве тепло йде через корпус незалежно кількості діодів.

Форма модуля може бути прямокутна, квадратна, кругла, овальна, що дозволяє встановити його практично будь-який освітлювальний прилад. Потужність залежить від площі, високої яскравостіможна досягти за мінімальних розмірів модуля. Подібна конструкція не створює тіней, поверхня висвітлюється рівномірно. Ці LED-джерела добре працюють з усіма пускорегулюючими пристроями, димерами яскравості та кольору, системами автоматичного керування освітлення.

Увага!Щоб отримати велику потужність, можна використовувати мініатюрну матрицю СОВ LED замість об'ємної матриці SMD.

Процес виробництва

Процес виробництва COB LED складається з багатьох етапів:

• виготовлення підкладок;
• нанесення на них складу, що забезпечує адгезію;
• встановлення кристалів;
• затвердіння покриття, що клеїть;
• плазмового очищення від забруднень;
• електричного з'єднання світлодіодів;
• покриття кристалів люмінофором, що забезпечує герметизацію

Друкована плата тришарова: основа з металу, діелектрик, шар, що проводить струм.

Довгий час реалізувати СОВ технологію не дозволяло відсутність способу рівномірного нанесення на підкладки адгезивного складу. Він має бути певної товщини, не допускається ні збільшення, ні зменшення. При першому варіанті порушується тепловий контакт із корпусом, при другому кристали відклеюються.

У 2009 році було запропоновано метод magnetron sputtering (магнетронне розпилення), що дозволяє створити тепловий контакт, який за якістю перевищує той, що створюється на друкованих платах SMD. Новий метод назвали MCOB (Multi Chip-onBoard). На даний момент його використовують усі найкращі виробники.

Увага!Навіть у наукових виданнях COB і MCOB має один і той же зміст.

СОВ-технологія дозволяє створювати матриці будь-якої форми без додаткових оптичних елементів.

Висловимо нашу точку зору на цю дилему, яка починає нагадувати суперечку про те, що краще, iOS або Android. Однозначної відповіді це питання немає. Необхідно чітко розуміти призначення світильника, де використовується діодна матриця. Для одних буде краще COB, для інших – SMD.

COB для мало потужних світильниківспрямованого світла

Наприклад, COB однозначно виграє у комерційних світильниках спрямованого світла. Таких, як трекові світильники, даунлайти та інші види підсвічування, що акцентує.

Для комерційного освітлення, що розсіює, більше підійде звичайна світлодіодна стрічкаабо лінійка, що монтується по периметру корпусу світильника під розсіювачем. Цілком добре поводяться COB-матриці і в вуличних прожекторах потужністю до 50 Вт.

SMD для промислових купольних світильників більше 50 Вт

Що стосується освітлення промислових підприємств, то, наприклад, у промислових світлодіодних світильниках дзвін
COB-матрицю (див. малюнок праворуч) у всесвітньо відомих просунутих виробників зустріти вже практично неможливо, хоча кілька років тому всі любили подібні експерименти.

Промислові купольні світильники світлодіодні з COB-матрицею значно дешевше ніж світильник із SMD-діодною платою, як, наприклад, промислові купольні світильники.

Це з тим, що COB-матриця з діодами однієї й тієї ж виробника коштує на 30- 50% дешевше, що знижує собівартість світильника. Мінусом є, за відгуками більшості іменитих виробників промислового та вуличного світла, часті заміни COB-матриць за гарантією, якщо потужність світильника більше 50 Вт.

На одній із фабрик, з якими ми співпрацюємо, нам розповідали історію про те, як промисловий світлодіодний світильник дзвін із якісною системою тепловідведення та якісним COB-діодом забули увімкненим на столі чіпом вниз, і за 2 години стіл спалахнув.

Реальний досвід

З нашої особистої практики нам відома історія про те, як енергетик на великому підприємстві з метою економії на шкоду якості купив промислові купольні світильники з COB-діодами і тепер йому доводиться розплачуватися за своє неправильне рішення: щороку міняти діодні плати 15-20% світильників .

Щоб не отримати наганяю від начальства за те, що свого часу зробив не правильний вибір, він просить виставляти йому рахунки на люмінісцентні лампи та різну електротехнічну витратку замість COB-матриць, щоб приховати реальні витрати.

Деградація COB-діодів

Не варто також забувати і про реальну деградацію діодів у потужних світильниках промислового призначення, яка, за спостереженнями користувачів, у потужних світильників з COB-елементами вище. Але дуже рідко хтось проводить щорічні виміри освітленості приміщення.

Підробка діодів: Як виявити несумлінних виробників промислових світильників?

Сліпучий ефект COB-діодів

Іншим спостереженням користувачів є той факт, що промислові купольні світлодіодні світильники з COB-матрицею на складах і в цехах дають сильніший сліпучий ефект, що ускладнює роботу персоналу на висоті.

Експертна думка: «Наша думка: світлодіодні світильники з COB-матрицею – це краще рішеннядля акцентуючого світла та світильників помірної потужності до 50Вт. Виняток становлять лише багатомодульні системи, у яких кожен модуль - це окрема COB-матриця помірної потужності. Для освітлення більше 50 Вт краще використовувати промислові світильники дзвін із SMD-матрицею. Причому чим більше діодів на 1 ват потужності, тим краще», - каже Олексій Фролов, інженер-світлотехнік «Гранденергопроект».