Светодиод с красным затемнением создает мягкий свет

Компания LED Engin на выставке Light+Building во Франкфурте (15-20 апреля) раскроет детали светодиода, которые тускнеет, как галогенная лампа при отключении питания.

Устройство под названием Luxitune, имеет характеристики затемнения, которые соответствуют известным ожиданиям в сфере архитектурного освещения. В компании говорят, что данное решение особенно полезно для применения в отелях, ресторанах и барах - там, где требуется воссоздать нужную атмосферу.

Компания LED Engin специализируется в монтаже нескольких светодиодных кристаллов на малой площади, что позволяет компактной оптике формировать плотные лучи для заданного угла, при том, что минимальный диаметр оптической системы пропорционален диаметру источника света.

Эксперты компании уделяют особое внимание отводу тепла от плотно смонтированных кристаллов. Подробнее об этом далее.

Для получения белого света с температурой 2000 - 3200 К, светодиоды LuxiTune используют преимущества отдельно-адресуемых составных штампов, а так же внутреннее смешивание.

“Характеристика цветовой температуры располагается на кривой излучения абсолютно черного тела”, - рассказывает для Electronics Weekly главный менеджер LED Engin, Уве Томас. “Получается так же, как и у галогенных источников - без розоватых или зеленоватых оттенков”.

Как сказал Томас, на самом деле в области излучения модуля находятся три ряда светодиодов - каждый ряд со своей цветовой температурой.

 Электроника, управляющая изменением цветовой температуры и затемнением, встроена в модуль LuxiTune. При диаметре 50 мм, ему требуется лишь 24 В постоянного тока и стандартный для такой архитектуры сигнал затемнения 0-10 В. Есть версии и с внешним модулем.

“Свет находится в рамках двух эллипсов МакАдамса вдоль графика распределения энергии спектра абсолютно чёрного тела”, - заявляют в компании.

Аргумент компании LED Engin в пользу многокристальных корпусов, таких как LuxiTune, аналогичен аргументу в пользу многокристального решения от компании Bridgelux - светодиоды открывают широкий диапазон возможностей, а проектировщики светового оборудования хотят, чтобы такие источники света соответствовали устройствам, с которыми им приходилось работать ранее. “Им нужны эквиваленты традиционным источникам иллюминации, таким как лампочки 60 или 100 Вт”, говорит Томас из LED Engin.

Не существует светодиода на одном кристалле, способного выдать 850 или 1600 лм. Однако решение XM-L от компании Cree, выполненное, вероятно, на кристалле 2х2 мм, по заявлениям выдает 700 лм тёплого белого света при питании максимальным для него током в 3 А, что близко к мощности в 10 Вт. С применением многокристальных кластеров на общей подложке, выходная мощность может быть увеличена произвольно при добавлении новых кристаллов. Как только принимается решение о применении многокристальных конфигураций, то появляется два варианта фокусирования оптики: одна оптика на кристалл, либо одна оптика на весь кластер кристаллов. По мнению Томаса, первый вариант - это всегда громоздкое решение.

Так же, как и у оптики большего диаметра для узких пучков лучей, большому кристаллу требуется оптика с большим диаметром. Томас считает, что если нужно получить плотный пучок лучей при узкой оптике, то нужен и малых размеров источник. “Наше решение с 12 кристаллами (площадью 1 мм² каждый) располагается на керамической подложке 9х9 мм и заключено в корпус с эквивалентным диаметром 4,6 мм”, - говорит Томас, сравнивая это с диаметрами 20-50 мм у конкурентов. “Есть и дополнительный фактор”, - отмечает он.

Если необходимо сконцентрировать свет в определенном месте с небольшим рассеиванием по краям (что обычно актуально в сценическом и архитектурном освещении), тогда формованные коллиматоры дают лучшие пучки света, в отличии от обычных отражателей. Причина в том, что простые конусные отражатели фокусируют только тот свет, что распространяется в стороны от источника и отражается от внутренней поверхности конуса. Свет, который исходит из верхней части источника, просто рассеивается в той части полусферы, которую не обслуживает отражатель. Поэтому такие отражатели всегда дают широкий ореол (гало).

С коллиматорами, более широко известными как TIR (устройства “полного внутреннего отражения”), весь свет находится под контролем. Боковое рассеивание фокусируется полным внутренним отражением из TIR’а, а свет с верхней части источника собирается простой преломляющей линзой, установленной в центре. Таким образом, устройства TIR позволяют подавить гало и доставить больше света к целевому объекту. Интересы компании LED Engin - в разработках подобных решений.

“Мы создаем нишу, где клиентам действительно нужна эффективность”, - говорит Томас. “Нет люксов света на целевом объекте - нет эффективности”.

По существу, Томас поддерживает оптику TIR. Она ограничена в размерах ввиду физических процессов формовки, и поэтому требуется очень плотное расположение кристаллов. А значит здесь не обойтись без методов продвинутого терморегулирования.

Одно исключение из аргументов в пользу отражателей TIR - это 225 сборка от Беркширской компании Polymer Optics, в которой линза Френеля подвешивается по центру традиционного отражателя с целью улучшить управление световым потоком. Для того, чтобы получить такой узкий пучок в +/-4° от источника в 4,6 мм, компания LED Engin создает возможно самый большой возможный отражатель TIR (см. фото), необычный внешний вид которого обусловлен выдалбливанием передней структуры, во время остывания после формовки для исключения появления трещин.

“Компактные коллекции кристаллов светодиодов заменят 60-ти и 100-ваттные лампочки, и даже 30-ваттные, при этом занимая крошечный объём”, - продолжает Томас.

Для отвода тепла от кристалла, компания LED Engin использует комплексную, основанную на чередующихся слоях метала и керамики, структуру в виде керамической плитки. По словам Томаса, это не самая дешевая технология. Сразу же под кристаллом располагается серебряный слой. Этот металл - лучший из известных проводников тепла. Слой собирает тепло и рассеивает его в первый керамический слой. Эффективное рассеивание тепла - это ключ к его передаче от кристалла к радиатору. Под первым керамическим слоем находится следующий слой серебра для дальнейшего рассеивания тепла.

Керамика представляет собой не стандартный оксид алюминия, который имеет меньшую стоимость, а нитрид алюминия. Томас отмечает, что и другие производители пришли к использованию нитрида алюминия.

В общей сложности, используется до 9 слоев металла, рассеивающих тепло по всему керамическому “сэндвичу”, представляющему собой корпус компонента. Металлы ,керамика и их толщины отобраны так, чтобы лучшим образом соответствовать коэффициенту расширения кристалла, материала его присоединения и стекла основной линзы. По словам Томаса, имеющаяся в наличии подложка из нитрида алюминия не подошла. Также особенным является материал крепления кристалла.

Томас не согласен, что припои хороши для крепления кристалла. Поскольку они могут быть настолько тонкими по отношению к месту крепления и теплопроводность припоя не подходит в данном случае, если сравнить с эпоксидными смолами, которые не могут иметь такую малую толщину. Также он утверждает, что поры (пустоты) в материале крепления, занимающие иногда до 30% площади крепления, играют значительную роль в теплоустойчивости. “Эпоксидная смола не позволяет сильно нагружать светодиод. Мы используем золото-оловянную бесфлюсовую эвтектику”, - говорит Томас. “Золото-оловянный сплав минимизирует образование пустот. Наша поверхность раздела имеет 90% степень заполнения”.

Сосредоточение тепла в таком малом пространстве означало бы “варку” кристалла, если бы не были приняты соответствующие меры.

“Компания покажет данные теста, подтвердив адекватную работу в течение длительного времени, световой поток, с максимальным изменением в 2% за 6000 часов при температуре окружающей температуры в 85°C с очень стабильной цветовой температурой”, заявили в компании LED Engin.

Используя температурную технологию, компания LED Engin производит светодиоды с количеством кристаллов: 1, 4, 12, 24 и 25 с площадью 1 мм² каждый  (кристаллы компаний Cree, Epi-Star и SemiLED). Также она выпускает отражатели TIR с углами раствора пучка +/-4, 7.5, 12, 17.5 и  23.5°.