1. Главная

Филаментные светодиодные лампы.

193059025_w640_h2048_filament_bulb.jpgС момента появления на рынке и по сей день конструкция большинства светодиодных ламп остается принципиально неизменной. В целом, конструкция выглядит так — один GaN чип высокой мощности или несколько чипов большего размера, люминофор (фосфор), драйвер, радиатор, который помогает рассеивать тепло и продлевает срок службы лампы. Значительное тепловыделение  определяет наличие массивных радиаторов, а также ограниченный угол рассеивания обычных светодиодных ламп.
Во многих моделях светильников нить накала лампы является важным элементом дизайна. Поэтому заменить лампу накаливания в них до недавнего времени было нечем. Создать компактную люминесцентную лампу (КЛЛ), которая по форме светящегося тела точно соответствовала бы лампе накаливания, физически невозможно. Светодиоды являются миниатюрными источниками света, что открыло перспективы решения данной проблемы. Например, были созданы лампы, в которых светодиоды располагались на узкой линейке внутри колбы, линейка, в свою очередь, соединялась с теплоотводом вне колбы. Недостатками такой конструкции были ограничение по мощности (светодиодная лампа по световому потоку эквивалентна лампе накаливания мощностью не более 25 Вт), а также высокая стоимость. К тому же полного соответствия дизайна лампе накаливания достичь так и не удалось.
 В 2008 году японской компанией Ushio были созданы первые светодиодные лампы, внешне неотличимые от ламп накаливания. Новинка получила название Filament LED Bulb от английского слова Filament, в переводе означающее «нить накаливания». В русском языке сначала появился термин «светодиодные лампы накаливания», однако, он не прижился, так как объединял в себе противоречащие друг другу понятия. На момент написания статьи уже устоялся термин «филаментные светодиодные лампы» (ФСЛ).
6986881.jpgКак устроен?
В основе ФСЛ лежит технология Chip-on-Glass (COG), ранее уже успешно опробованная при создании дисплеев для мобильных устройств. Она заключается в размещении сверхминиатюрных светодиодов на подложке из искусственного сапфира или, как более дешевый вариант, из специального сорта стекла. Прозрачность подложки позволяет создавать массивы светодиодов, которые светят во все стороны. Типичный филамент — светодиодный аналог отрезка нити накаливания — представляет собой стержень из искусственного сапфира или стекла длиной диаметром 1,5 мм и длиной 30 мм. На нем при помощи технологии COG размещены 28 светодиодов синего свечения, которые соединены последовательно. В некоторых моделях филамент может содержать несколько светодиодов красного свечения для достижения более теплого оттенка свечения, при этом общее число светодиодов в филаменте также равно 28. Сверху это все покрыто слоем люминофора на силиконовой основе. Потребляемая мощность одного филамента лежит в пределах 0,8-1,3 Вт. Набирая нужное количество филаментов в колбе, можно получить светодиодную лампу требуемой мощности. Известны модели ФСЛ, содержащие до 16 филаментов. Важным преимуществом филамента по сравнению с традиционными светодиодными матрицами является то, что для равномерного распределения света во все стороны не нужно использовать сложную оптическую систему, вносящую большие потери. Это обеспечивает высокий КПД лампы. Мощность, подводимая кфиламенту, в 1,5 раза выше, чем к традиционной светодиодной матрице, при равном значении светового потока. Уменьшение подводимой мощности означает снижение тепловыделения. Тем не менее, первый вопрос, который возникает у специалиста, впервые взявшего в руки ФСЛ: «Как здесь отводится тепло?». В самом деле, не по элементам же крепления филаментов. Да и теплоотвода никакого, даже простейшего пластмассового, у типичной ФСЛ нет. И здесь мы переходим к другой важной инновации.
Параметры ФСЛ
Максимальные значения параметров серийных образцов ФСЛ с обычной колбой типоразмера А60, имеющих коррелированную цветовую температуру 2700 К были следующими:
  • световой поток — 980 лм (соответствует лампе накаливания мощностью 85 Вт);
  • светоотдача всей лампы — 116 лм/Вт (некоторые производители заявляют о значениях до 150 лм/Вт, но эти данные не подтверждены независимой экспертизой);
  • индекс цветопередачи CRI — 90;
  • срок службы, заявленный производителем — 30 000 часов;
  • возможность диммирования.classicled.jpg
Следует отметить, что выпускаются ФСЛ со сферической колбой диаметром 95 мм, обладающей большей площадью поверхности, чем колба А60. Это обеспечивает лучший теплоотвод по сравнению с колбой А60, что позволяет достичь светового потока 1500 лм.
К одному филаменту подводится напряжение около 100 В. Поэтому все ФСЛ выпускаются для непосредственного подключения к осветительной сети, низковольтные модели (скажем, на 12 В) не производятся. ФСЛ на момент статьи выпускались под европейские патроны Е27 и Е14, принятые и в России, американские патроны Е26 и Е12, а также под патроны байонетного типа. Последние, как известно, применяются там, где есть тряска и вибрации, например, на кораблях. Данные об устойчивости ФСЛ к вибрации пока нигде не публиковались, но можно предположить, что она выше, чем у ламп накаливания.
Преимущества и недостатки
Большой интерес к ФСЛ со стороны как специалистов, так и обычных потребителей связан с тем, что эти лампы имеют целый ряд неоспоримых преимуществ:
  • полная совместимость по кривой силы света со светильниками, изначально проектировавшимися под лампы накаливания;
  • высокая светоотдача, обусловленная отсутствием оптической системы для равномерного распределения света в разные стороны;
  • возможность снижения себестоимости производства за счет использования уже имеющихся мощностей по производству ламп накаливания;
  • преодоление психологического барьера при использовании светодиодного освещения в быту.
В то же время, ФСЛ свойственны и некоторые недостатки:
  • малое место под драйвер, вследствие чего используются или драйвера упрощенной конструкции с высоким коэффициентом пульсации, или драйвера с высокой степенью миниатюризации без пульсации, которые стоят очень дорого;
  • история практического применения данного типа ламп для общего освещения насчитывает всего около 1,5 лет, поэтому еще нет достоверной статистики о реальной надежности, есть только теоретические расчеты;
  • для ФСЛ принципиально использование стеклянной колбы, так что, в отличие от других типов светодиодных ламп, они не являются небьющимися;
  • пока ФСЛ производятся лишь малоизвестными китайскими компаниями, что усложняет задачу выбора для потребителей, далеких от светотехники.
В скором будущем, планируется выпустить филаментные светодиодные лампы для автомобилей!