Светодиодная лампа на технологии cob. Виды и типы светодиодов: классификация, характеристики, назначение. Короткое время работы

Князев О.В., ГК «Строй-ТК», май 2017г.

В настоящее время рынок светодиодного освещения в России переживает свой бум, в продаже представлены как высокотехнологичные дорогие модели светильников и прожекторов, гарантийный срок на которые составляет 3-7 лет, так и дешевые светодиодные изделия, вряд ли отработающие без поломок хотя бы 1 год. Попытаемся разобраться в этом множестве предложений.

Откуда берутся дешевые одноразовые "поделки"

Как ни парадоксально - в наличии большого количества предложений дешевых ширпотребных светодиодных светильников виноват сам Заказчик, ведь основным критерием выбора для Заказчика является Стоимость.

Ситуация повторяется, как это было ранее с : если есть спрос на дешевую продукцию, производители из Поднебесной обеспечат и предложение! Поскольку на ввоз из Китая ни у кого нет монополии, конкуренты начинают требовать у производителей постоянного, от партии к партии, снижения закупочных цен, чтобы просто забить конкурентов на рынке низкой ценой. Однако всему есть разумные пределы и постоянное снижение стоимости изделий при сохранении всех основных характеристик просто невозможно. Вот и начинается игра на снижение эксплуатационных характеристик, надежности и т.п. - лишь бы продать осветительное оборудование, поставив минимальный срок гарантии. И это при том, что для светодиодов анонсируются сумасшедшие сроки наработки - от 50 до 100 тыс. часов.

Что такое COB

Технология COB, в последнее время MCOB (Multi Chip-on-Board) - переводится как «Кристалл На Плате». Считается наиболее продвинутой на сегодняшний день светодиодной технологией.

Кратко её можно описать так: размещение на плате кристаллов без корпусов и керамических подложек, а также покрытие всех этих кристаллов общим слоем люминофора. Кристаллы светодиодов располагаются очень близко друг к другу - плотность размещения может достигать 70 кристаллов на 1 см 2 , т.е. кристаллы практически сливаются в единое поле и свечение матрицы получается очень равномерным, отдельные точки кристаллов неразличимы.

Немаловажный плюс технологии - качество излучаемого света. Предметы, освещаемые светильниками на COB-матрице, имеют чёткую теневую границу за счет равномерного распределения светового потока. Светильники на SMD светодиодах, к сожалению, не могут похвастаться такой контрастностью из-за большого количества сильно разнесенных в пространстве отдельных кристаллов и отражателей.

Энергоэффективность COB матриц может достигать 170 Лм/Вт.

Преимущества COB

Основными преимуществами технологии MCOB считаются:

1. Высокая светоотдача (более 100 лм/Вт);
2. Возможность достижения высокой интенсивности светового потока при относительно небольших размерах;
3. Совместимость с различными драйверами, в т.ч. с диммированием;
4. Равномерность светового потока, отсутствие теневого эффекта;
5. Компактность, небольшие размеры, доступность различных форм;
6. Возможность изготовления матриц любой цветовой температуры от 2700К до 7000К;
7. Индекс цветопередачи до 90Ra;

Недостатки COB

Основным минусом технологии COB является обязательное обеспечение хорошего теплоотвода от мощной COB матрицы, который обеспечить сложно, поскольку площадь матрицы мала, а с маленькой площади контакта сложно снять теплоизбытки.

Здесь-то и кроется подвох: дешевая, а значит изначально некачественная, матрица COB, смонтированная на радиатор охлаждения без должной подгонки и обработки поверхностей сопряжения, недостаточно охлаждается, начинает перегреваться и, в конце концов, перегорает.

В качестве подтверждения можно привести такой факт: не так давно нам в сервисный центр по поступили для диагностики и ремонта 57 светодиодных прожекторов (COB) мощностью 100Вт. Судя по их виду (см. фото), из дешевой серии GS Light .

После проведения диагностики выявлено, что в подавляющем большинстве прожекторов (49 штук) вышла из строя светодиодная матрица COB, а в остальных 8 случаях - светодиодный драйвер.

Что такое SMD

Технология SMD (Surface Mounting Device) - дословно можно перевести как «устройство с креплением 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.

На сегодняшний день именно технология SMD является самой распространенной в светодиодном освещении и используется в светильниках практически всех типов.

Данная технология прямо-таки создана для организации мощного рассеянного освещения, которое достигается за счет распределения по всей площади светильника значительного количества мелких светодиодов (в одном изделии бывает до 700 шт), что позволяет не применять в светильниках никакой дополнительной оптики, только обычное защитное стекло корпуса светильника. Для увеличения степени рассеивания (например для помещений с компьютерной техникой), применяется молочный, призматический либо микропризматический рассеиватель.

Поскольку светодиоды располагаются на алюминиевой линейке большой площади, а расстояние между ними достаточно велико, охлаждение LED не вызывает больших трудностей, отсюда и долговечность SMD линеек при правильном их питании.

Их из минусов светильников с SMD линейками следует отметить большую сложность их ремонта, поскольку при выходе из строя одного светодиода перестает гореть вся линейка, а заменить SMD-светодиод самостоятельно - достаточно трудоемкая задача. Замена же линейки целиком - уже накладна в финансовом плане. Справедливости ради нужно сказать, что большинство Производителей светодиодных светильников в России при возникновении гарантийного случая заменяют линейку целиком.

Области применения COB и SMD

1. Общий случай

Я бы сделал раздел таким образом: если форм-фактор корпуса светильника позволяет разместить достаточно большой радиатор охлаждения, то можно применять светильники на COB LED, ограничив их мощностью до 30 Вт. Вся светотехника с более высокой мощностью - исключительно SMD. А вообще идеальным вариантом внедрения светодиодного освещения станет .

2. Сдал объект и забыл

Если задача именно такова - сдать объект и убежать, то, конечно же, нужно применять дешевые светильники или прожекторы на COB матрице большой мощности. Времени их работы должно хватить для того, чтобы Вы успели скрыться из поля видимости... :)

3. Короткое время работы

Если светильник или прожектор работает изредка, включаясь на несколько минут (например оснащен датчиком присутствия и включается только при проходе людей), можно безбоязненно выбирать COB. Матрица просто не будет успевать перегреваться.

4. Организация временного освещения.

Для организации временного освещения (например на строительной площадке при выполнении отделочных работ), я бы рекомендовал применять прожекторы COB мощностью 20 - 30 Вт.

5. Освещение складов, производственных помещений

На складах, в производственных зданиях и помещениях, обычно применяют мощные светильники, подвешенные на большой (6-12 метров) высоте. Для их электроосвещения настоятельно рекомендуется применять светильники, выполненные на светодиодных линейках SMD. При выборе светильников особое внимание уделять наличию хорошо различимых радиаторов, назначение которых - рассеивание избытков тепла в окружающую среду.

В последнее десятилетие большую популярность у светотехнических компаний получили светодиоды COB . Это произошло потому, что технология COB позволяет создавать и серийно производить мощные светодиоды направленного белого света на основе обычных светоизлучающих кристаллов крупносерийного массового производства. COB – это аббревиатура, т. е. сокращение до первых букв английского словосочетания chip-on-board. На русский язык переводится как кристалл или элемент на плате.

Идея этого способа проста и стара как египетские пирамиды: если не хватает силы одного человека или света одного светодиода, то привлеки сотню людей тянуть камень для пирамиды. Или десяток излучающих свет кристаллов размести в одном корпусе. Светодиод типа COB это прямоугольная или круглая пластина желтого цвета, размещенная в корпусе с прозрачной крышкой или накрытая линзой вторичной светодиодной оптики. Линза формирует нужную диаграмму направленности потоку света и защищает COB-конструкцию от пыли, воды, механического воздействия и т. п.

Суть COB-технологии

Готовые светодиодные кристаллы без корпусов наклеивают на теплопроводящую подложку из искусственного сапфира или припаивают на пластину полупроводникового кремния. Чипы в зависимости от рабочего напряжения соединяют в последовательные цепочки. На 9 В – 3 шт., 12 В – 4 шт. и т. д. Цепочка запитывается током одной величины – номинальным рабочим для кристаллов этого типа, например, 20 мА. Последовательные цепочки соединяют параллельно, набирая мощность или величину светового потока. Потом кристаллы светодиодов синего света покрывают желтым люминофором. Таким способом набирают сверхмощные светодиоды COB.

Что значит словосочетание светодиоды SMD COB ? Это COB-матрица, размещенная в SMD-корпусе. Эти корпуса предназначены для автоматизированного монтажа ЭРЭ (электро-радиоэлементов) прямо на поверхность печатной платы. COB – это набор технологических операций по изготовлению мощных и сверхмощных светодиодов в виде единой матрицы. Матрица состоит из десятков или сотен кристаллов.

При увеличении мощности светодиодов производители начали поиск возможностей усовершенствования отвода тепла. В результате появились технология COB LED, позволяющая создавать компактные и мощные источники света с высокой оптической плотностью, избыток тепла из которых отводит корпус. Эти светодиоды встраиваются в лампы и прожекторы для освещения промышленных и жилых помещений, архитектурной подсветки.

В COB-светодиодах кристаллы без корпуса и подложки, располагаются близко друг к другу, соединяются последовательно параллельно и покрываются одним слоем люминофора. На 1 см 2 платы можно разместить до 70-и чипов, в результате значительно повышается оптическая плотность (свечение равномерное, без точек). Плата может иметь различные размеры, лишнее тепло уходит через корпус независимо от количества диодов.

Форма модуля может быть прямоугольная, квадратная, круглая, овальная, что позволяет установить его практически в любой осветительный прибор. Мощность зависит от площади, высокой яркости можно добиться при минимальных размерах модуля. Подобная конструкция не создает теней, поверхность освещается равномерно. Эти LED-источники хорошо работают со всеми пускорегулирующими устройствами, диммерами яркости и цвета, системами автоматического управления освещения.

Внимание! Чтобы получить большую мощность, можно использовать миниатюрную матрицу СОВ LED вместо объемной матрицы из SMD.

Процесс производства

Процесс производства COB LED состоит из множества этапов:

• изготовления подложек;
• нанесения на них состава, обеспечивающего адгезию;
• установки кристаллов;
• затвердения клеящего покрытия;
• плазменной очистки от загрязнений;
• электрического соединения светодиодов;
• покрытия кристаллов люминофором, обеспечивающим герметизацию.

Печатная плата трехслойная: основание из металла, диэлектрик, слой, проводящий ток.

Длительное время реализовать СОВ технологию не позволяло отсутствие способа равномерного нанесения на подложки адгезивного состава. Он должен быть определенной толщины, не допускается ни увеличение, ни уменьшение. При первом варианте нарушается тепловой контакт с корпусом, при втором кристаллы отклеиваются.

В 2009 году был предложен метод magnetron sputtering (магнетронное распыление), позволяющий создать тепловой контакт, по качеству превышающий тот, который создается на печатных платах SMD. Новый метод назвали MCOB (Multi Chip-onBoard). На данный момент его используют все лучшие производители.

Внимание! Даже в научных изданиях COB и MCOB обладает одним и тем же смыслом.

СОВ технология позволяет создавать матрицы любой формы без дополнительных оптических элементов.

Выразим нашу точку зрения на эту дилемму, начинающую напоминать спор о том, что лучше, iOS или Android. Однозначного ответа на этот вопрос нет. Необходимо четко понимать назначение светильника, в котором используется диодная матрица. Для одних будет лучше COB, для других- SMD.

COB для маломощных светильников направленного света

К примеру, COB однозначно выигрывает в коммерческих светильниках направленного света. Таких, как трековые светильники, даунлайты и другие виды акцентирующей подсветки.

Для рассеивающего же коммерческого освещения больше подойдет обычная светодиодная лента или линейка, монтируемая по периметру корпуса светильника под рассеивателем. Вполне не плохо ведут себя COB-матрицы и в уличных прожекторах мощностью до 50 ватт.

SMD для промышленных купольных светильников более 50 Вт

Что касается освещения промышленных предприятий, то, к примеру, в промышленных светодиодных светильниках колокол
COB-матрицу (см. рисунок справа) у всемирно известных продвинутых производителей встретить уже практически не возможно, хотя несколько лет назад все любили подобные эксперименты.

Промышленные купольные светильники светодиодные с COB-матрицей значительно дешевле чем светильник с SMD-диодной платой, как например промышленные купольные светильники .

Это связано с тем, что COB-матрица с диодами одного и того же производителя стоит на 30- 50% дешевле, что снижает себестоимость светильника. Минусом же является, по отзывам большинства именитых производителей промышленного и уличного света, частые замены COB-матриц по гарантии, если мощность светильника более 50 Вт.

На одной из фабрик, с которыми мы сотрудничаем, нам рассказывали историю о том, как промышленный светодиодный светильник колокол с качественной системой теплоотвода и качественным COB-диодом забыли включенным на столе чипом вниз, и за 2 часа стол воспламенился.

Реальный опыт

Из нашей личной практики нам известна история о том, как энергетик на крупном предприятии в целях экономии в ущерб качеству купил промышленные купольные светильники с COB-диодами и теперь ему приходится расплачиваться за свое неверное решение: каждый год менять диодные платы в 15- 20% светильников.

Чтобы не получить нагоняй от начальства за то, что в свое время сделал не правильный выбор, он просит выставлять ему счета на люминисцентные лампы и различную электротехническую расходку вместо COB-матриц, для того, чтобы скрыть реальные расходы.

Деградация COB-диодов

Не стоит также забывать и про реальную деградацию диодов в мощных светильниках промышленного назначения, которая, по наблюдениям пользователей, у мощных светильников с COB- элементами выше. Но очень редко кто- то проводит ежегодные замеры освещенности помещения.

Подделка диодов: Как выявить недобросовестных производителей промышленных светильников?

Ослепляющий эффект COB-диодов

Другим наблюдением пользователей является тот факт, что промышленные купольные светильники светодиодные с COB-матрицей на складах и в цехах дают более сильный ослепляющий эффект, что затрудняет работу персонала на высоте.

Экспертное мнение : «Наше мнение: светодиодные светильники с COB-матрицей – это лучшее решение для акцентирующего света и светильников умеренной мощности до 50Вт. Исключение составляют лишь многомодульные системы, в которых каждый модуль - это отдельная COB- матрица умеренной мощности. Для освещения более 50 ватт лучше использовать промышленные светильники колокол с SMD- матрицей. Причем, чем большее количество диодов на 1 ватт мощности, тем лучше», - говорит Алексей Фролов, инженер-светотехник «Грандэнергопроект».