Філаментні світлодіодні лампи

У багатьох моделях світильників нитку розжарення лампи є важливим елементом дизайну. Тому замінити лампу розжарювання в них до недавнього часу було нічим. Створити компактну люмінесцентну лампу (КЛЛ), яка за формою світного тіла точно відповідала б лампі розжарювання, фізично неможливо. Світлодіоди є мініатюрними джерелами світла, що відкрило перспективи вирішення даної проблеми. Наприклад, були створені лампи, в яких світлодіоди розташовувалися на вузькій лінійці всередині колби, лінійка, в свою чергу, з'єднувалася з тепловідводом поза колби. Недоліками такої конструкції були обмеження по потужності (світлодіодна лампа по світловому потоку еквівалентна лампі розжарювання потужністю не більше 25 Вт), а також висока вартість. До того ж повної відповідності дизайну лампі розжарювання досягти так і не вдалося.

У 2008 році японською компанією Ushio були створені перші світлодіодні лампи, зовні відрізнити від ламп розжарювання. Новинка отримала назву Filament LED Bulb від англійського слова Filament, в перекладі означає «нитка розжарювання». У російській мові спочатку з'явився термін «світлодіодні лампи розжарювання», однак, він не прижився, бо поєднувала в собі суперечать один одному поняття. На момент написання статті вже усталився термін «філаментні світлодіодні лампи» (ФСЛ).

Спочатку ФСЛ випускалися тільки для декоративних цілей, їх світловий потік був недостатній для загального освітлення. Тому за межами Японії вони не набули популярності. Прорив стався в 2013 році, коли декілька китайських компаній одночасно представили потужні ФСЛ для загального освітлення, еквівалентні по світловому потоку лампи розжарювання потужністю до 60 Вт.

Слід зазначити, що, хоча створення ФСЛ і диктувалося насамперед естетичними міркуваннями, розробка їх конструкції не зводилася тільки до розміщення світлодіоди таким чином, щоб вони імітували нитка розжарювання. Довелося глибоко переосмислити безліч питань, пов'язаних з конструкцією світлодіодних джерел світла, в результаті чого вийшла принципово нова різновид ламп.

Як влаштований філамент

В основі ФСЛ лежить технологія Chip-on-Glass (COG), раніше вже успішно випробувана при створенні дисплеїв для мобільних пристроїв. Вона полягає в розміщенні надмініатюрних світлодіодів на підкладці зі штучного сапфіра або, як більш дешевий варіант, із спеціального сорту скла. Прозорість підкладки дозволяє створювати масиви світлодіодів, які світять в усі сторони.

Типовий філамент — світлодіодний аналог відрізка нитки розжарювання — являє собою стрижень з штучного сапфіра або скла довжиною діаметром 1,5 мм і завдовжки 30 мм. На ньому за допомогою технології COG розміщені 28 світлодіодів синього світіння, які з'єднані послідовно. У деяких моделях філамент може містити кілька світлодіодів червоного свічення для досягнення більш теплого відтінку світіння, при цьому загальна кількість світлодіодів в филаменте також одно 28. Зверху це все покрито шаром люмінофора на силіконовій основі. Споживана потужність одного филамента лежить в межах 0,8-1,3 Вт. Набираючи потрібну кількість філаментів в колбі, можна отримати світлодіодну лампу необхідної потужності. Відомі моделі ФСЛ, що містять до 16 філаментів.

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?». У самому справі, не по елементам ж кріплення філаментів. Так і тепловідведення ніякого, навіть найпростішого пластмасового, у типовій ФСЛ немає. І тут ми переходимо до другої важливої інновації.

Тепловідвід

Филаменты герметично запаяны в стеклянную колбу. Эта колба наполнена специальным газом, обладающим высокой теплопроводностью. Именно через газ и осуществляется отвод тепла от светодиодов. Стеклянная колба с тонкими стенками хорошо проводит тепло, поэтому она и используется в качестве теплоотвода. По утверждению производителей ФСЛ, такая система теплоотвода в ряде случаев оказывается даже более эффективной, чем у светодиодных ламп традиционной конструкции, температура р-n перехода не превышает 60°С.

При изготовлении колб и наполнении их газом используются уже хорошо отработанные для ламп накаливания процедуры. А вот состав газа является производственным секретом, тщательно оберегаемым производителями ФСЛ. Мы можем пока ориентироваться только на неофициальную информацию, размещенную на нескольких профессиональных сайтах, согласно которой колба заполнена гелием — газом с самой высокой (за исключением водорода) теплопроводностью. Другой вариант — смесь газов, где важной составляющей также является гелий.

Досить показово виглядають основні технічні параметри у порівнянні з іншими популярними приладами освітлення: