Новая продукция и новая система биннинга компании CREE


PDF версия

В статье рассмотрены возможности новых изделий компании CREE, расширяющих существующую линейку продукции XLamp, а также новая система биннинга светодиодов по стандарту ANSI C78.377.

Во всем мире в целях повышения энергоэффективности экономики происходит постепенный отказ от обычных ламп накаливания и замена их энергосберегающими. В России уже с 1 января 2011 г. запрещены производство и продажа ламп накаливания мощностью более 100 Вт, а с течением времени от подобных ламп откажутся вовсе. Почему так происходит? Это обусловлено тем, что такие источники света крайне малоэффективны.

Для определения эффективности преобразования электрической энергии в свет применяется величина световой эффективности, которая измеряется в люменах на ватт (лм/Вт).

Обычные лампочки накаливания имеют световую эффективность в диапазоне 10…12 лм/Bт, галогенные — до 25 лм/Вт, а люминесцентные — 80…100 лм/Вт. Но все эти источники света имеют, к тому же, другой существенный недостаток — они недолговечны. Срок их службы составляет 1…8 тыс. ч, а некоторые из них (люминесцентные) к тому же экологически небезопасны, т.к. содержат крайне вредные пары ртути и требуют применения специальных мер по утилизации.

Всех этих недостатков лишены светодиоды и световые приборы на их основе. Светодиодная отрасль развивается очень быстрыми темпами, и то, что еще вчера считалось передовым, сегодня уже устаревает. Чтобы шагать в ногу с прогрессом и выпускать конкурентоспособные световые приборы, необходимо постоянно отслеживать и использовать все передовые изменения на рынке светодиодной продукции. Световые приборы на основе светодиодов с успехом могут применяться в ЖКХ, уличном и другом освещении.

Одним из мировых лидеров и новаторов на сегодняшний день в производстве полупроводниковых источников света является американская компания CREE, которая разработала и серийно выпускает осветительные светодиоды белого цвета свечения с рекордной в настоящее время эффективностью до 130 лм/Вт и сроком службы более 50 тыс. ч. Это новая серия светодиодов XP-G.

XP-G — новая серия светодиодов с рекордно высокими значениями светового потока и эффективности

До недавнего времени серия XP-G была представлена только в варианте холодного белого цвета, что являлось некоторым ограничивающим фактором при ее использовании. С начала текущего года светодиоды XP-G стали доступны и в вариантах нейтрального и теплого цветов свечения (см. табл. 1). Светодиоды этой серии при питании током 350 мА обладают световым потоком в диапазоне 139…148 лм. При токе 1 А они выдают 345 лм, при этом подводимая мощность составляет всего 3,3 Вт, а максимальное значение тока может достигать 1500 мА. Такие значения светового потока и протекающего тока достигнуты за счет использования в конструкции светодиода кристалла нового поколения с увеличенной площадью 2 мм2 (1,4×1,4 мм). Увеличенная площадь кристалла позволила также снизить тепловое сопротивление светодиода до 6°С/Вт. Поскольку значение температуры кристалла является основным фактором, влияющим на долговечность светодиода, то снижение теплового сопротивления ведет либо к увеличению срока жизни, либо к возможности уменьшить площадь теплоотводящего радиатора, уменьшив тем самым массогабаритные параметры конечного изделия. Использование светодиодов этой серии на токах 700 мА и более приводит к значительному снижению стоимости люмена (руб./лм) и, в конечном счете, способствует снижению общих материальных затрат на изделие. Например, при цене светодиода на сегодняшний день около 123 руб. стоимость люмена равна 55 коп. при токе 700 мА и 30 коп. — при токе 1500 мА. Светодиоды выпускаются в керамическом, миниатюрном (3,5×3,5×2,0 мм), симметричном корпусе для поверхностного монтажа с электрически изолированной от кристалла подложкой (см. рис. 1). Максимальная рабочая температура кристалла может достигать 150°C.

Таблица 1. Технические характеристики XP-G

Цвет

Холодный

Нейтральный

Теплый

Диапазон цветовой температуры, K

10000…5000

5000…3700

3700…2600

Световой поток при номинальном токе, лм

139

130

122

Световой поток при токе 1000 мА, лм

345

322

303

Эффективность при номинальном токе, лм/Вт

131

124

116

Эффективность при токе 1000 мА, лм/Вт

105

98

92

Номинальный ток, мА

350

Максимальный ток, мА

1500

Угол излучения, °

125

Тепловое сопротивление, °C/Вт

6

Падение напряжения при номинальном токе (тип.), В

3,0

Падение напряжения при токе 1000 мА (тип.), В

3,3

Индекс цветопередачи (тип.)

75

75

80

Размеры, мм

3,5×3,5×2,0

Рис. 1. Внешний вид и габаритные размеры светодиодов семейства XP

Светодиоды XP-G ориентированы на применение там, где требуется максимальная эффективность и максимальный световой поток. К числу таких применений, прежде всего, относятся: наружное освещение (освещение улиц, туннелей, парковок); осветительные системы с автономным питанием (питание от солнечных батарей, аккумуляторов); портативные световые приборы (головные фонари различного назначения) и т.д.

Многие производители светодиодов для увеличения светового потока на единицу площади интегрируют несколько кристаллов в одном корпусе. Компания CREE с начала текущего года также заявила о выпуске нового многокристального светодиода MPL-EZW с увеличенным световым потоком до 1350 лм при подводимой мощности около 20 Вт.

MPL-EZW — новый многокристальный светодиод повышенной мощности со сверхбольшим световым потоком

MPL-EZW состоит из трех независимых цепочек по восемь кристаллов в каждой. Все кристаллы размещены в едином керамическом корпусе и под единой линзой. Размеры корпуса светодиода 12,1×13,1×6,1 мм, корпус имеет электрически изолированную подложку (см. рис. 2). Светодиод излучает белый цвет в четырех значениях цветовой температуры: 2700 K; 3000 K; 3500 K; 4000 K (см. рис. 3). Максимальное значение тока — до 250 мА на цепочку. Технические характеристики светодиода MPL-EZW даны в таблице 2.

Рис. 2. Внешний вид и габаритные размеры светодиода MPL-EZW

Таблица 2. Технические характеристики MPL-EZW

Ток (через цепочку), мА

150

250

Световой поток (тип.), лм (эффективность, лм/Вт)*

2700 K

750 (68)

1125 (56)

3000 K

850 (77)

1275 (64)

3500 K

850 (77)

1275 (64)

4000 K

900 (82)

1350 (68)

Индекс цветопередачи (тип.)

80

Мощность, Вт

11

20

Тепловое сопротивление, °C/Вт

3

Угол излучения, °

120

Срок службы (IES LM-80-2008), ч

>50 тыс.

>50 тыс.

Размеры, мм

12,1×13,1×6,1

* предварительные данные

Основное применение светодиод найдет в направленных системах освещения в коммерческом секторе и ЖКХ в качестве прямой замены направленных и обычных ламп накаливания.

Выше были рассмотрены новинки в секторе мощных осветительных светодиодов, т.е. светодиоды с белым цветом свечения, но CREE обновила линейку продукции и в секторе мощных цветных светодиодов — новинками пополнились семейства XP и MC.

XP-C Color — лучшие по цене, а XP-E Color — лучшие по эффективности мощные цветные светодиоды

В настоящее время семейство XP включает серии цветных светодиодов XP-C Color и XP-E Color (см. табл. 3). Серия XP-C довольно продолжительное время была представлена исключительно светодиодами белого цвета свечения и только с начала текущего года пополнилась цветными светодиодами.

Таблица 3. Технические характеристики XP-C Color и XP-E Color

XP-C Color

XP-E Color

Цвет

Глубокий синий

Синий

Зеленый

Янтарный

Красно-оранжевый

Красный

Глубокий синий

Синий

Зеленый

Янтарный

Красно-оранжевый

Красный

Длина волны, нм

450…465

465…485

520…535

585…595

610…620

620…630

450…465

465…485

520…535

585…595

610…620

620…630

Световой поток при токе 350 мА, лм

300 мВт

18,1

73,9

51,7

56,8

45,7

425 мВт

30,6

100

62,0

73,9

56,8

Максимальный ток, мА

500

500

500

350

350

350

1000

1000

1000

500

700

700

Угол излучения, °

125

125

125

125

125

125

130

130

130

130

130

130

Тепловое сопротивление, °C/Вт

12

12

15

15

15

15

9

9

15

10

10

10

Падение напряжения (тип.) при токе 350 мА, В

3,4

3,4

3,5

2,2

2,2

2,2

3,2

3,2

3,4

2,1

2,1

2,1

Размеры, мм

3,5×3,5×2,0

Поскольку эти серии (XP-C Color, XP-E Color) принадлежат одному семейству, между ними много общего. Все серии в настоящее время выпускаются в шести цветовых вариантах: глубокий синий, синий, зеленый, янтарный, красно-оранжевый, красный и конструктивно выполнены в идентичных керамических корпусах такого же вида и размера как серия светодиодов XP-G (см. рис.1). Различия между сериями определяются размерами установленных кристаллов. У серии XP-E Color размер площадь кристалла увеличена в два раза, по сравнению с серией XP-C Color: 1 мм2 против 0,5 мм2. Увеличенный размер кристалла дает больший световой поток, позволяет увеличить максимальное значение рабочего тока и вместе с тем добиться меньшего теплового сопротивления, что в конечном итоге только улучшает потребительские характеристики. Цветные светодиоды характеризуются широкими углами излучения (125…130°) и так же, как и белые, имеют электрически изолированную подложку и максимально допустимую рабочую температуру кристалла 150°C.

В силу того, что XP-C Color обладает наименьшим размером кристалла, эта серия является самой недорогой среди мощных цветных светодиодов и относится к бюджетному варианту, но тем не менее позволяет создавать на своей основе конкурентоспособные конечные изделия.

Основные области применения светодиодов этих серий: архитектурно-декоративная подсветка зданий, студийное светотехническое оборудование, рекламные установки, медицинская техника и т.д.

Рис. 3. Сортировка светодиода MPL-EZW по цветовой температуре

MC-E Color — многокристальный цветной RGBW-светодиод

Серия MC-E Color относится к многокристальным цветным светодиодам и состоит из четырех кристаллов разного цвета (RGBW: красный, зеленый, синий, белый), размещенных в одном корпусе. Все четыре кристалла имеют отдельные выводы и позволяют управлять каждым из них отдельно. Размер корпуса 9×7×4,5 мм (см. рис. 4).

Рис. 4. Внешний вид и габаритные размеры светодиода MC-E Color

Среди светодиодов других производителей также имеются различные многокристальные цветные светодиоды: RGB, RGBА, RGGB, но структура RGBW, т.е. дополнение к RGB кристалла белого цвета, сделана впервые компанией CREE. Размещение цветных кристаллов в одном миниатюрном корпусе под единой линзой и добавление к ним кристалла белого цвета обеспечивает улучшенное и более качественное смешение цвета. Все возможные цветовые оттенки реализуются практически без искажений. Кроме того, устраняется такой неприятный эффект, присущий системам на дискретных светодиодах, как появление цветных ореолов.

MC-E Color обладает уникальными характеристиками: тепловое сопротивление светодиода всего 4°C/Вт, а максимально допустимый ток через каждый кристалл достигает значения 700 мА; при этом суммарный световой поток возрастает до 500 лм.

Серия MC-E Color выпускается в двух вариантах, различающихся типом установленного кристалла белого цвета: вариант А1 — холодный белый; вариант В1 — нейтральный белый (см. табл. 4).

Таблица 4. Технические характеристики

Вариант

Все варианты

А1

В1

Цвет

Синий

Зеленый

Красный

Белый холодный

Белый нейтральный

Длина волны, нм/цветовая температура, К

450…465

520…535

620…630

6500

4000

Ток

350 мА

Минимальный световой поток, лм

8,2

67,2

30,6

100

80

Прямое напряжение (тип.), В

3,2

3,4

2,1

3,2

Ток

700 мА

Минимальный световой поток (тип.), лм

14,3

106

58,1

175

140

Прямое напряжение (тип.), В

3,5

3,7

2,3

3,5

Максимальный ток, мА

700 (на кристалл)

Угол излучения, °

125

Тепловое сопротивление, °C/Вт

4

Размеры, мм

7,0×9,0×4,5

Имея подобные количественные и качественные характеристики, светодиоды серии MC-E Color найдут широкое применение в областях, где требуется качественная интенсивная подсветка с оперативным управлением яркостью и цветом: студийное светотехническое оборудование, архитектурно-декоративная подсветка, рекламные установки и т.д.

Биннинг по ANSI C78.377 — важное преимущество продукции CREE

Обновив линейку продукции, компания CREE изменила также систему биннинга по цветности своих светодиодов и привела ее в соответствии со стандартом ANSI C78.377, что является одним из главных преимуществ выпускаемой продукции по отношению к другим производителям светодиодов.

Что это за стандарт? Дело в том, что при производстве светодиодов практически невозможно изготовить изделия с точно заданными значениями параметров. Изделия, произведенные даже в едином технологическом цикле, всегда имеют некий разброс характеристик. По этой причине производители светодиодов вынуждены делать сортировку (биннинг) изготовленных изделий по значениям параметров. Как правило, каждый производитель устанавливают группы и диапазон значений параметров по своему усмотрению.

При промышленном производстве любой продукции, и светотехнической особенно, для того чтобы выпускаемые изделия были взаимозаменяемы по своим основным параметрам, важно соблюдать и придерживаться разработанных для отрасли норм и стандартов. К сожалению, и ввиду того, что светодиодное освещение на сегодняшний день в России находится только на начальном этапе развития, отсутствует достаточное количество разработанных и принятых стандартов. Однако за долгое время использования люминесцентных ламп мы уже привыкли к испускаемому ими свету и поэтому хотелось бы при переходе к светодиодному освещению сохранить преемственность с существующим стандартом освещения, тем более что для люминесцентных ламп уже давно разработан ряд различных норм. В результате для стандартизации и унификации полупроводниковых источников света и приборов на их основе институт ANSI (American National Standards Institute) разработал стандарт C78.377, который описывает рекомендуемые цветовые характеристики светильников, выполненных на основе светодиодов, и их соответствие стандартным цветовым температурам люминесцентных ламп. Основная идея стандарта основана на восьми четырехугольниках излучения абсолютно черного тела, расположенных таким образом, чтобы перекрыть цветовое пространство оттенков от холодного белого цвета до оттенков теплого белого и соотнести их с цветовыми координатами для люминесцентных ламп (см. рис. 5). На рисунке 5а изображен весь видимый человеческим глазом диапазон цветов. В центральной части прямоугольником выделена область белого цвета от холодного до теплого, а на рисунке 5б эта же область показана в увеличенном виде. На рисунке 5б изображены шесть эллипсов, расположенных вдоль кривой излучения «абсолютно черного тела», ограничивающие область цветовых координат люминесцентных ламп с определенной цветовой температурой. Там же изображены восемь четырехугольников, ограничивающих область цветовых координат светодиодов. Видно, что эти области, за некоторым исключением (5700 и 4500 К) практически соответствуют друг другу.

Рис. 5. Хроматическая диаграмма

Таким образом, если производитель светодиодов сортирует свою продукцию по цвету в соответствии с данным стандартом, потребитель всегда сможет выбрать светодиоды для осветительного прибора с требуемой цветовой температурой и с разбросом в таком диапазоне, что человеческий глаз «усредненного» наблюдателя не заметит различий в цвете свечения разных изделий. Это весьма большое преимущество, с точки зрения дальнейшей эксплуатации светодиодных светильников, т.к. позволяет исключить очень неприятное явление, когда, казалось бы, одинаковые светильники с одинаковой цветовой температурой (сортировка в более широком диапазоне) светят с различным оттенком. При сортировке по стандарту ANSI качественные показатели освещения действительно улучшаются.

Выпуская продукцию по данному стандарту, компания CREE производит еще более точную сортировку светодиодов по цветности. Каждый четырехугольник (см. рис. 5б) разбивается на более узкие области: в нейтральном и холодном белом цвете на четыре части, а в теплом белом — на 16 частей (см. рис. 6—8).

Завершая обзор о новинках в линейке продукции CREE, хотелось бы сказать, что 3-го февраля 2010 г. пресс-служба компании объявила об изготовлении кристаллов с эффективностью 208 лм/Вт. Испытания проводились в лабораторных стандартных условиях (комнатная температура, ток 350 мА) при коррелированной цветовой температуре 4580 К. Такие результаты были достигнуты за счет увеличения выходной мощности кристалла синего цвета и понижением прямого падения напряжения на кристалле. В среднем между лабораторными испытаниями и массовым выпуском светодиодной продукции CREE проходит около 1 года.

Рис. 6. Биннинг в холодном белом цвете

Рис. 7. Биннинг в нейтральном белом цвете

Рис. 8. Биннинг в теплом белом цвете

Исходя из того, что теоретическое значение эффективности в белом свете составляет 280 лм/Вт, КПД полученного кристалла составляет около 74%. Это еще раз подтверждает новаторство и лидерство компании CREE в светодиодной отрасли.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *