Виды и типы светодиодов: классификация, характеристики, назначение. СОВ светодиоды. Новое слово в светодиодном освещении Недостатки светодиодных матриц сов

Что такое СОВ светодиоды?

Уже достаточно долгое время на рынке светотехники основным направлением развития, являются светодиоды. Однако вполне естественно, что хоть сейчас светодиоды безусловный лидер, при этом, им тоже есть куда расти. Технологии самого производства с каждым днем совершенствуются, ровно как и появляются новые материалы, обладающие более полезными свойствами. В такой ситуации светодиоды подвергаются постоянным усовершенствованиям. Так же появляются и методы по сборке светодиодных лент и остальных светоэлементов. В последние года основным типом светодиодов были SMD- светодиоды . В последние же года, одним из основных конкурентов SMD-типу стали светодиоды СОВ технологии.

СОВ (chip on board) можно дословно перевести как: кристалл на плате. Светодиоды такого типа призваны решить несколько проблем, которые возникают при использовании светодиодов старых типов. К примеру, у обычных светодиодов большой мощности, за счет того, что производимый свет концентрирован, они обладают слепящим свойством. Такую проблему решают SMD светодиоды , при этом возникает другая. Свет недостаточно распределен, и привыкнуть к такому свету может быть достаточно трудно. Ведь, к примеру, потолок может быть чуть больше освещен чем пол, либо же мало заметные тени могут присутствовать в помещении. Такие тени создаются самыми светодиодами и создают трудности в некоторых видах работ. С одной стороны, уловить эту разницу очень сложно, но с другой, для мозга это создает некоторые трудности восприятия. Это пройдет как только он приспособится к такому освещению. Это может занимать разное время для разных людей. В среднем несколько дней. Однако, даже приспособившись, свет будет все равно казаться немного нереалистичным. Это слабое место практически всего светодиодного освещения. По параметрам приятности, такой свет уступает обычным лампам накалывания, которые более приятны и обычны для глаз. Да и к тому же, многие виды работ требуют рассеянного света, а не концентрированного. Ну и конечно же, большим недостатком SMD светодиодов является сложность их ремонта. Зачастую проще приобрести новую ленту чем отремонтировать один или несколько светодиодов. А покупать новую естественно накладно.

На СОВ светодиоды возлагают надежды на этот счет, надеясь с их помощью решить проблему неравномерного освещения. Обладая самой большой мощностью, такие светодиоды выдают самый сильный световой поток. Что интересно, большая яркость, равномерность рассеивания тепла и улучшенная цветопередача обеспечиваются более простой конструкцией. Суть технологии состоит в том, что кристаллы устанавливаются на самой плате или алюминиевой подложке. А более распределенный и плотный свет достигается благодаря высокой плотности расположения кристаллов и использования общего люминофорного слоя, которые и создают распределенный яркий свет.

Особенности:

• Важная особенность СОВ светодиодов в том, что их достаточно легко ремонтировать, при возникновении такой необходимости.
• Себестоимость СОВ светодиодов значительно ниже, сравнительно с другими видами светодиодов. Это позволит в массовых производствах значительно сократить расходы, а конечному покупателю сэкономить приличную сумму, при покупке светодиодов данного типа.
• Равномерно распределенный свет более приятен для глаза, да и помогает во многих работах, когда не требуется концентрированного света.
• Большая мощность, большая яркость и лучшая цветопередача.
• Срок службы не менее высок чем у других светодиодов. А если верить разработчикам, даже более долгий. Тем более, что работать такие светодиоды смогут в огромном температурном диапазоне, вплоть до 100°С.
• Легкий монтаж и простота использования, благодаря чему, вы сможете в короткое, сами установить такое освещение, там где необходимо,

Какой же вариант самый лучший?

А вот на этот вопрос нельзя ответить столь однозначно. Дело в том, что при всех своих преимуществах, СОВ светодиоды не являются универсальным средством, которое закроет все актуальные вопросы по освещению на ближайшие года. Да, обладая достаточным количеством преимуществ эти светодиоды вызывают к себе повышенный интерес. Да, много в чем они превосходят более старые технологии, что вполне логично. Однако как у достаточно молодой технологии, у них есть недостатки и инженерам еще предстоит большая работа, по их улучшению. Возможно, в данный момент СОВ является одной из самых перспективных технологий в освещении. При этом, не стоит исключать вариантов того, что в любой момент может появится новая технология, которая оставит далеко позади все нынешние и внесет в нашу жить другой, более качественный, дешевый, равномерный и приятный для нашего глаза свет.

COB светодиоды – это обычно конструкции в виде матрицы, содержащей от нескольких десятков до нескольких сотен светоизлучающих кристаллов. Примером светодиода, собранного по технологии COB является популярный светодиод типа SMD 2835, о котором есть информация в статье .

Развитие светодиодных устройств идет по пути увеличения их яркости, точнее получения всё большего светового потока. Поток можно увеличить несколькими способами:

• увеличить мощность единичного светодиода;
• скомбинировать в одном корпусе светодиода несколько десятков или сотен маломощных светоизлучающих кристаллов.

Первые попытки были в виде светодиодов типа «Пиранья». В них в один корпус помещали три или четыре кристалла небольшой мощности. Еще одним примером такого подхода стал трех-кристальный светодиод SMD 5050.

В «Пиранье» кристаллы припаиваются на торец проволочного вывода, который является пассивным теплоотводом, отводящим тепло на плату и токопроводящие медные дорожки.

В SMD корпусах кристалл(ы) устанавливаются на тонкое дно корпуса или керамические подложки. Тепло отводится через несколько тепловых контактов-переходов: кристалл – подложка – внутреннее дно корпуса, наружное дно корпуса – печатная плата или поверхность радиатора. Эти переходы имеют солидные тепловые сопротивления, не дающие теплу уходить от кристалла. Поэтому кристаллы в таких корпусах охлаждается не очень хорошо.

SMD-корпуса при установке большого количества светодиодов занимают немало места, «раздвигая» светящиеся точки светодиодов. Поэтому для выравнивания плотности свечения светильника в его конструкцию вводятся матовые или микропризматические светорассеиватели. Таким решением уменьшается световой поток. Даже прозрачные «экраны» поглощают до 10 % потока. А матовые – до 20 – 25 %.

Отличное решение этой проблемы нашли в начале этого столетия. Инженеры предложили размещать LED-кристаллы на подложке больших размеров. Если в SMD диоде ее размеры составляют от 1,4 до 6 мм, то новые подложки были диаметром 10 – 30 мм или прямоугольные – до 120 × 30 мм. Подложки изготавливают из теплопроводящей керамики, искусственного сапфира или просто из полупроводникового кремния. Кристаллы вначале приклеивали, но толщина клея была большая и его тепловое сопротивление тоже велико.

Приклеенные кристаллы соединяли в последовательные цепочки, работавшие от напряжения 9, 12, 24 В или более. Цепочки соединяли параллельно для набора нужной мощности и/или светового потока. Соединенные и проверенные цепочки покрывали люминофором на основе силикона или эпоксидных смол. Такой способ изготовления светодиодных матриц назвали COB-технологий. COB – это Chip-on-Board или «кристаллы на плате».

В 2009 г. в китайской Академии Наук придумали способ напыления тончайшего слоя адгезива («клея»). Технология получила имя Multi Chip on Board или МСОВ.

В СОВ-матрицах стоимость одного люмена светового потока колеблется от 0,07 руб. до 0,2 руб. При этом плотность кристаллов достигает 70 на кв. см. Светящиеся точки в матрице расположены намного плотнее, чем на плате с SMD-диодами. Люминофор может быть выполнен в виде линзы, которая сформирует нужную диаграмму светового потока. Так размеры COB-матрицы стали много меньше аналогичной по потоку SMD-«матрицы».

Мощность COB-матрицы может достигать сотен ватт, светоотдача – 120 – 160 Лм/Вт. Срок службы – до 50 – 60 тыс. часов. Высокая степень автоматизации производства довела среднюю стоимость не очень мощной COB-матрицы до эквивалента нескольких долларов. Поэтому ремонт светильника заменой матрицы может быть дешевле покупки нового светильника.

В чем разница между COB и SMD светодиодами?

SMD – это способ монтажа электронных элементов на печатной плате. В SMD-корпусах размещают резисторы, конденсаторы, транзисторы, катушки индуктивности и пр.

Светодиоды типа COB – это технология изготовления обычно мощного или очень мощного светодиода. Светодиоды COB могут размещаться в корпусе типа SMD. Пример, SMD 2835 изготавливается по технологии COB.

Отличие светодиода типа SMD от COB состоит в том, что SMD – это вид корпуса светодиода, предназначенного для монтажа на поверхности платы, а COB – это технология изготовления светодиода или ценой матрицы.

Светотехника активно занимается внедрением в освещение светодиодов. На рынке, помимо LED существуют и светодиоды COB. В их основе лежат более мощные излучатели. Осветительные светодиодные элементы СОВ (Chip On Board) – это источники света, с помощью которых можно сэкономить на потреблении электроэнергии. Но специалисты продолжают спорить, какие светильники использовать лучше. Что собой представляют Chip On Board светодиоды и какие у них особенности, об этом поговорим далее.

Появление на рынке

В полупроводниковой светотехнике до 2009 года было только одно направление – повышение мощности свечения диода. Это направление носит название Power LED, что в переводе означает «мощные светодиоды». Ученые смогли изобрести лампу, мощность которой достигала до 10 Вт. Но большим спросом, как правило, пользовались излучатели мощностью от 1 до 6 Вт.

Начиная с 2009 года, на рынке появляются SMD-диоды. Такая технология означает то, что устройство крепится на поверхность с помощью пайки, а каждый диод порывается слоем люминофора. Такие светильники маломощные и создают рассеиваемый свет за счет большого количества диодов (до семисот штук).

Следующим шагом в развитии стала технология СОВ, которая расшифровывается как «многочисленные кристаллы на плате». Суть Chip On Board заключается в том, что на плату кристаллы крепятся без корпуса и без подложек из керамики. Затем все кристаллы покрываются равномерным слоем люминофора. За счет этого лампа будет светить равномерно. Такая конструкция позволила существенно снизить стоимость на светодиоды.

Устройство COB-светодиодов демонстрируется на картинке:

Технология изготовления

Преимущества СОВ перед SMD состоит в том, что на один квадратный сантиметр размещается всего лишь 70 кристаллов. А это означает, что размеры светильника значительно уменьшены, но при этом ярость остается неизменной.

Chip On Board матрицы изготавливаются по определенной технологии, которая включает такие этапы:

• подложка покрывается специальным клеевым составом, который обеспечивает адгезионные качества;
• установка на подложку кристаллов;
• затвердение слоя клея, который выполняет защитную функцию;
• чистка матрицы от загрязнения при помощи плазменной технологии;
• пайка платы и контактов кристаллов между собой;
• покрытие люминофором, который смешивается с силиконом (последний необходим для герметизации кристаллов).

Самый сложный этап в данной технологии — равномерное нанесение очень тонкого слоя адгезионного материала. Для того чтобы кристаллы закрепились на подложке необходимо нанести тонкий слой клея, только он должен быть установленной толщины. Если этот слой будет тонким, то в ходе использования кристаллы отпадут. В случае если слой толстый – недостаточный контакт между подложкой и элементом (тепловая отдача уменьшается).

Вопрос решился китайскими учеными, которые предложили метод, с помощью которого адгезионный слой наносится равномерно, тем самым улучшая тепловой контакт. Этот метод носит название магнетронное распыление. Усовершенствованные матрицы называются теперь Multi Chip On Board. На сегодня практически все светодиоды СОВ-матрицы изготавливаются по этой технологии, тем самым создавая лампы высоких мощностей.

Характеристики и параметры светодиодов

Применение современных технологических процессов позволяет изготовлять светильники, в которых используется матрица СОВ, с мощностью до 100 Вт. А светоотдача при этом достигает 150 Лм/Вт. Типичная матрица Chip On Board имеет две формы: круглую и квадратную. Ее размеры (диаметр и сторона соответственно) колеблется от 1 до 3 см.

Но бывают светодиоды Chip On Board и больших размеров. Производители матрицы СОВ дают срок службы изделия до 30 000 часов, а более мощные светодиоды способны работать до 50 000 часов.

Такие показатели привели некоторых специалистов к мысли, что Chip On Board обладает низкой надежностью. Эти цифры о сроке службы изделия получены в ходе математических исследований. Светодиоды испытывались при экстремальных условиях, и результат принес следующие значения: при непрерывном режиме, устройство способно проработать до шести лет. За такое длительное время появятся другие более мощные и лучше модели изделия.

Но следует помнить о том, что все производители элементов освещения на основе матрицы Chip On Board дают гарантийный срок до 20 000 рабочих часов. Если за это время что-то произойдет, то они готовы осуществить бесплатный ремонт.

Конечно, СОВ-матрицы имеют и недостатки, но они не столь существенны по сравнению с достоинствами. Светильники с такой матрицей стоят дороже чем обычные, но если посчитать расход электроэнергии, то очевидно, что светодиодные лампы более выгодные.

Вот мы и рассмотрели Chip On Board светодиоды, их преимущества, характеристики и конструкцию. Надеемся, предоставленная статья была для вас полезной и интересной!

Наверняка вы не знаете:

Основным направлением светотехники является внедрение светодиодов в светильники всех мастей и видов. Но необходимо отметить, что единого направления данного развития нет. Сегодня кроме известных LED светильников на рынок поступают и так называемые COB светильники, в основе которых лежат более мощные светодиоды. Светодиодные лампы COB (Chip-on-Board) – это по сути, все те же светодиодные источники света, с помощью которых все хотят сэкономить потребление электроэнергии. Но среди специалистов до сих пор бушуют споры, в которых стороны никак не договорятся, как правильно выбирать.

Считается, что в современной светотехники до 2009 года было всего лишь одно направление развития – это увеличение мощности свечения диодов. И тогда, и сегодня это направление называют Power LED (мощный светодиод). Ученым удалось добиться значительных результатов – на свет появились светодиоды мощностью до 10 Вт. Хотя востребованными так и остались 3-6 ваттные приборы.

В чем же суть концепции Power LED? В принципе, все достаточно просто – снизить стоимость источников света. Считалось, что увеличение мощности, а соответственно и яркости, позволит уменьшить количество светодиодов. Но на самом деле всего этого не произошло. Стоимость светильников Power LED так и не снизилась, да и светоотдача повысилась ненамного. Почему так произошло?

• Причина первая – светодиод является и всегда был точечным источником света. Но для основных условий эксплуатации любого светильника необходим рассеивающий свет. Поэтому диодные лампы для дома обеспечивались специальными оптическими системами. Без них источник света излучал яркость большой мощности, к тому же поток был ослепляющий. Но тут есть еще два фактора: во-первых, сами оптические системы стоили дорого, во-вторых, через них сам светильник терял определенное количество яркости (до 35%).
• Причина вторая – сборка светодиодных ламп на COB диодах включает в себя достаточно большой объем ручного труда. Так что и здесь расходы сильно влияли на себестоимость изделия.

Прорыв

С 2009 года появились SMD диоды, мощность которых составляет 0,01-0,2 ватта. Состоят светодиоды данного типа из 1-3 кристаллов, которые приклеивались к керамической квадратной основе размерами от 1,4 до 6 мм. И каждый точечный диод покрыт сверху люминофором. Самое главное, что соединение светодиодов с плато происходит методом пайки. А, значит, весь технологический процесс можно полностью автоматизировать, избежав дорогого ручного труда.

Но и это еще не все.

• SMD диоды маломощные, для одного светильника приходится устанавливать их в большом количестве (до 700 штук). А это стопроцентный рассеивающий свет. То есть, нет необходимости использовать дорогие и сложные оптические системы. Оптимальный вариант – плафон из обычного стекла, у которого светопотери составляют всего лишь 8%.
• Светодиоды располагаются на плато через определенные промежутки, которые в несколько раз превышают размеры самих кристаллов. Поэтому так хорошо видны сами диоды по отдельности, а не в общей массе. К тому же есть возможность увеличить оптимальное свечение в комнатах, где стоит компьютер. Можно просто установить светильники с молочными светодиодами.

Единственный минус SMD светильников – низкая их ремонтопригодность. Разобрать и перепаять сгоревший диод вручную практически невозможно. Так что лучше, если заменить полностью светильник новым. Обойдется это недорого.

Прорыв продолжается

Итак, возвращаемся к теме «диодная лампа COB». Никто не собирался отказываться от этих светодиодов, просто пришла необходимость видоизменить сам светильник, сделав его недорогим. Вариантов изменения конструкции было несколько, но оптимальным оказался один.

• Во-первых, отказались от керамических подложек. То есть кристаллы стали устанавливать на плато напрямую.
• Во-вторых, все кристаллы покрывались единым слоем люминофора. Поэтому светильник светится равномерно без видимых отдельных светящихся точек.

И вот тут COB матрицы стали выигрывать перед SMD матрицами. В схемах светодиодных ламп на 220 В помешалось до 70 кристаллов на один квадратный сантиметр. То есть, светильник становится в разы меньше, но его яркость не уступала другим моделям. В конце концов появилась возможность использовать в источниках света данного типа и отражатели, и рассеиватели, которые устанавливаются на традиционных лампах.

Процесс производства

COB матрицы изготавливаются в несколько автоматизированных этапов.

• На подложку наносится клеевой состав, который обеспечит высокие адгезионные качестве.
• Монтаж кристаллов.
• Затвердение клея.
• Чистка матрицы плазменной технологией.
• Пайка кристаллов с плато.
• Нанесение люминофора.

Внимание! В данной технологии люминофор смешивается с силиконом. Последний обеспечивает полную герметичность световой конструкции.

Самая сложная технологическая операция, которую до недавнего времени невозможно было реализовать, это нанесение тонкого адгезионного слоя. Все дело в том, что слой клея должен быть определенной толщины. Если он будет тонким, то кристаллы в процессе эксплуатации начнут отклеиваться. Если будет слишком толстым, то уменьшится тепловая отдача кристаллов на подложку. Эту проблему решили китайцы, которые предложили использовать метод магнетронного напыления. Поэтому новые матрицы теперь носят название MCOB, то есть Multi Chip-on-Board, что в переводе означает «многочисленные кристаллы на плате». Правда, от этого устройство светодиодной лампы не изменилось. Именно эта технология позволяет в настоящее время производить светодиодные лампы больших мощностей.

Параметры и характеристики

Итак, технические характеристики. Современные COB светильники могут достигать мощности 100 Вт. При этом яркость свечения достигает до 150 Лм/Вт, что является даже очень приличным показателем.

Размеры матрицы (она может быть квадратной или круглой) от 1 до 3 см. Это для внутреннего применения. Для уличных светодиодных ламп используются диоды с размером матрицы 3×12 см. Срок службы светодиодных ламп с COB диодами составляет 300000 часов, более мощные аналоги служат до 500000 часов.

Некоторые специалисты, учитывая небольшой срок службы, говорят о низкой способности данного вида светильников. Но тут есть один нюанс. Проверка срока эксплуатации ламп проводилась в экстремальных условиях. После чего математическими исчислениями подвели итог, что они в непрерывном режиме проработают 6 лет. А за это время, наверняка, появятся новые осветительные приборы, более экономичные, надежные и яркие.

Внимание! Практически все производители дают гарантийный срок эксплуатации 200000 часов, в течение которого они готовы провести ремонт.

В принципе, технические характеристики говорят о том, что светодиодные лампы на сегодняшний день это самый экономичный вариант системы освещения в доме. Конечно, он и самый дорогой в плане первого взноса (цена). Но стоит на них обратить внимание, если перед потребителем стоит проблемы экономии.

Заключение по теме

Для многих, наверное, уже не секрет, что многие европейские страны хотят отказаться от электроэнергии, которая выработана на расщеплении урана. Атомные электростанции ненадежны. К примеру, Швейцария до 2036 года закроет все АЭС, хотя на них ложиться до 41% выработки электроэнергии. Поэтому европейцы большие деньги вкладывают в разработку новых энергоемких технологий, где светодиодное освещение находится в приоритете.

И последнее по данной теме. Многие потребители задаются вопросом, какие светодиодные лампы все-таки лучше, как правильно выбрать? Если вы прочитали статью, тогда должны понять, что в этом вопросе нет смысла.

Cветоизлучающие (СИД) и излучающие диоды АЛ, 3Л – полупроводниковые источники излучения с прямым напряжением от 1,35В до 3,0В и силой прямого тока от 5мА до 300мА . Сила света при этом в зависимости от номинала варьируется от 0,02мкд до 350мкд .

Представленные излучающие диоды подразделяются на три типа: светоизлучающие диоды (СИД), излучающие диоды инфракрасного диапазона (ИК) и знакосинтезирующие индикаторные светодиоды (АЛ304 красного и зеленого свечения). Широко распространены и другие названия светодиодов: индикаторные светодиоды, круглые DIP светодиоды (Dual In-line Package), DIL светодиоды (Dual In-Line – "в два ряда"), LED светодиоды (Light Emitting Diode).

Фосфидогалиевые эпитаксиальные светодиоды АЛ, 3Л представлены несколькими вариантами цветового свечения : красный, желтый, зеленый. Инфракрасные излучающие диоды арсенидогаллиевые мезаэпитаксиальные или мезадиффузионные.

Изготавливаются в металлостеклянном или в металлическом корпусе с оптически прозрачным или диффузно-рассеивающим компаундом, а также в пластмассовом корпусе. Вывода однонаправленные радиальные, гибкие, проволочного типа. Анодный вывод немного длиннее, иногда утолщенный, а катодный вывод может маркироваться небольшим срезом корпуса.

При подключении необходимо соблюдать полярность . Также запрещено подключать светодиоды напрямую к источнику питания. В качестве ограничительного стабилизатора тока необходимо использовать резисторы. При этом на каждую цепочку последовательно соединенных светодиодов подключается отдельный токоограничивающий резистор , что распространяется и на параллельное включение.

Некоторые светодиоды и излучающие диоды АЛ, 3Л дополнительно маркируются цветными точками или ободками на корпусе.

Монтаж осуществляется по THT-технологии (выводы монтируются непосредственно в сквозные отверстия печатной платы) с помощью пайки. Излучающие диоды типов АЛ119, 3Л119, АЛ123, 3Л123, АЛ124, 3Л124 закрепляются на дополнительных теплоотводящих радиаторах.

Повышенная рабочая температура среды составляет не более +85°С , пониженная рабочая температура – не ниже -60°С . Потери мощности не превышают 500 мВт . Угол свечения от 8° до 120° . Срок службы не менее 15 000 ч .

Более подробные характеристики, расшифровка маркировки, габаритные размеры с указанием цоколёвки полярности светодиодов и излучающих диодов АЛ , 3Л указаны ниже.

Гарантийный срок работы поставляемых нашей компанией светодиодов и излучающих диодов АЛ, 3Л составляет 2 года, что подкрепляется соответствующими документами по качеству.

Окончательная цена на светодиоды и излучающие диоды АЛ, 3Л зависит от количества, сроков поставки, производителя, страны происхождения и формы оплаты.