Druga generacja diod LED mocy firmy Citizen

fot. Citizen

Nie tak dawno, bo 19 października 2011, japońska firma Citizen, producent diod LED mocy, ogłosiła powstanie nowej linii produktów, opartej o 5 obudów różnej wielkości. W sumie w ofercie Citizena pojawiło 66 nowych typów diod wraz z potężną, 17000-lumenową diodą CLL050-1825A1-50KL1A1. Dziś, nieco ponad rok później, Citizen prezentuje światu drugą generację tej linii produktów.

Diody LED należą do jednej z najdynamiczniej rozwijających się technologii na świecie. Dlatego też nikogo nie dziwi, że producent, który jako pierwszy na świecie wykorzystał technologię COB (Chip-On-Board), wprowadza kolejne usprawnienia swoich produktów.

Nowe diody – kompatybilność wstecz 

Klienci na ogół mają mieszane uczucia, gdy słyszą o zmianach dotyczących produktów już przez nich używanych. Z jednej strony cieszą się, że na rynek wchodzi nowy produkt, który posiada lepsze parametry niż wcześniej używany element. Z drugiej, większość zmian pociąga za sobą konieczność przebudowania całej aplikacji. W wielu wypadkach cały proces konstrukcyjny trzeba powtórzyć, a to wiąże się z dodatkowym kosztem wytworzenia prototypów oraz kolejnymi godzinami pracy działów R&D. Problem ten jest szczególnie istotny w branży oświetleniowej, gdzie nowe diody pojawiają się bardzo często. Modyfikacja aplikacji przy każdej zmianie diody LED byłaby bardzo kosztowna.

Rys. 1. Nowa generacja diod Chip-On-Board firmy Citizen

Citizen bardzo dobrze rozumie ten problem. Dlatego nowa generacja diod COB posiada dokładnie te same wymiary, co pierwsza (rys 1). Dzięki temu nie trzeba dokonywać żadnych modyfikacji mechanicznych w istniejących aplikacjach. Drugą istotną kwestią jest optyka. Nie ma potrzeby poszukiwania oraz dobierania nowych soczewek czy reflektorów.

Kolejną niezmienioną składową diod jest cały interfejs elektryczny, dzięki czemu można użyć tych samych zasilaczy, co w poprzednich aplikacjach. Również konektory, stosowane przez niektórych producentów do elektrycznego podłączenia diod, nie muszą być zmieniane.

Implementacja nowej generacji diod w istniejących liniach produktów sprowadza się jedynie do zainstalowania nowej diody!

Nowa seria, podobnie jak poprzednia, jest przeznaczona do bardzo szerokiej gamy aplikacji. Wykorzystując najnowsze diody COB, jesteśmy w stanie osiągnąć strumień świetlny od 100 lm aż do 20190 lm! (rys. 2). W momencie pisania tego artykułu nie istnieje żadna inna dioda o tak potężnym strumieniu światła.

Rys. 2. Wartości strumienia świetlnego osiągane w poszczególnych modelach diod Citizen

Tak szeroki zakres strumienia świetlnego umożliwia zastosowanie diod Citizena w bardzo wielu aplikacjach, zaczynając od najmniejszych zamienników żarówek, poprzez oświetlacze, oprawy typu downlight czy spotlight, a kończąc na dużych lampach oświetlających hale produkcyjnych, zwanych highbay.

Na stronie producenta jest dostępny prosty symulator w postaci skoroszytu arkusza kalkulacyjnego, ułatwiający dobór diody do konkretnej aplikacji. Możemy w nim wpisać konkretne wartości strumienia świetlnego przy założonej temperaturze obudowy i sprawdzić, które diody będą w stanie sprostać naszym oczekiwaniom. Możemy też podejść do sprawy odwrotnie i wpisywać wartość prądu diody, sprawdzając jaki strumień świetlny można w ten sposób uzyskać.

Kolejną rzeczą, którą nowa seria odziedziczyła po swojej poprzedniczce, jest sposób binowania, a właściwie jego brak. Wszystkie diody posiadające współczynnik CRI 80 (90% nowej serii) są dostarczane klientom posortowane według elipsy McAdama stopnia 3. Rysunek 3 obrazuje elipsę na tle standardowego rozkładu ANSI.

Rys. 3. Wszystkie diody posiadające współczynnik CRI 80 (90% nowej serii) są dostarczane klientom posortowane według elipsy McAdama trzeciego stopnia.

Podczas masowej produkcji półprzewodników (nie tylko diod LED) wartości parametrów (w tym wypadku temperatury barwowej) nie są idealnie powtarzalne. Występuje pewien rozrzut technologiczny. Większość producentów diod LED sortuje swoje produkty w mniejsze grupy, tworząc tzw. biny. W ten sposób powstaje struktura złożona z mniejszych rombów wypełniających zakres ANSI. Używanie tak posortowanych diod jest problematyczne, ponieważ nie zawsze istnieje możliwość dostania konkretnego binu. Składa się na to kilka przyczyn. Między innymi, występowanie wielu binów powoduje, że ani producenci, ani dystrybutorzy nie są w stanie trzymać w swoich magazynach dużej liczby diod z każdego binu. Z drugiej strony, użycie diod z różnych binów w jednym produkcie może doprowadzić do tego, że klient, który kupi dwie lampy i zainstaluje je obok siebie, zaobserwuje różne odcienie koloru białego.

Diody Citizena sortowane według elipsy McAdama stopnia 3 są praktycznie pozbawione tej wady. Rozrzut wartości jest tak niewielki, że praktycznie niemożliwe jest spostrzeżenie różnicy temperatur barwowych dwóch diod. Dla przykładu, diody o temperaturze barwowej 3000 K mają tolerancję ±70 K.

Nowa generacja – nowa jakość 

Najważniejszą zmianą, której od nowych diod LED oczekują klienci, jest zwiększenie efektywności strumienia świetlnego. Nowa generacja diod mocy Citizena zapewnia sprawność diody zwiększoną w stosunku do poprzedniej od 15 aż do 38%. Dzięki temu możliwe jest budowanie jeszcze bardziej energooszczędnych źródeł światła, zmniejszanie powierzchni radiatora czy też użycie mniejszych (tańszych) diod do osiągnięcia tego samego rezultatu. Umożliwia to też przekroczenie granicy 20000 lm z jednej diody.

Dokonano tego dzięki zastosowaniu kilku zabiegów. Jednym z nich jest wykorzystanie do produkcji diod nowej generacji chipów. Poza tym zastosowano opatentowaną przez Citizena technologię Chip on Aluminium.

Podsumowanie

Citizen, jako pierwsza firma w historii, wykorzystał w produkcji diod technologię COB. Kolejna generacja tych diod, podobnie jak poprzednia, wyznacza ważny trend wśród liderów rynku; diody wykonane w tej technologii są już dostępne w ofercie wszystkich czołowych producentów na świecie. Jak dowodzą działania japońskiego producenta, to nie jest jego ostatnie słowo i za jakiś czas znów pokaże światu kierunek rozwoju technologii LED.