Устройства на светодиодах, и не только

Электрические и световые характеристики

Главный показатель эффективности светодиодной лампы (СЛ) - это ее светоотдача. Она измеряется в лм/Вт, где лм (люмен) - единица светового потока, а Вт - единица потребляемой электрической мощ­ности. Современные СЛ способны работать с прямым током свыше 1 А, однако при этом требуют постоянного отвода тепла и сохран­ности кристалла. Для бытовых нужд и потребителей со «средними запросами», а также для радиолюбителей целесообразно рассматри­вать СЛ с потребляемым током 300-350 мА.

Если подробнее рассмотреть предлагаемые потребителю на рынке СЛ, становится понятно, что производители СЛ с мощностью более 3 Вт используют новаторское техническое решение. Такая СЛ либо содержит тот же самый кристалл, что и СЛ с током 350 мА, либо включает в свой корпус сборку из таких кристаллов (об этом ниже). В обоих случаях требуется снижать тепловое сопротивление пере­ход СЛ-корпус. К этому стремится каждый производитель, однако если сие не удается, то он перекладывает (как у нас часто бывает) на потребителя все расходы по отводу тепла и сохранению ресурса СЛ.

В табл. 1.4 рассмотрены показатели эффективности серийных СЛ производства вышеназванных компаний-производителей. Очевидна зависимость эффективности от мощности СЛ. С ростом мощности СЛ эффективность работы кристалла (включающая в себя целый комплекс параметров) снижается. Это связано с нелинейностью за­висимости светоотдачи от прямого тока кристалла светодиода.

Безусловным лидером по параметру абсолютной величины све­тоотдачи на рынке коммерчески доступных СЛ является компа­ния Сгее. Благодаря запатентованной этой компанией технологии изготовления InGaN-кристаллов светоотдача СЛ типового ряда XLamp7090 превысила 200 лм/Вт.

Вообще (из области рекордов), в начале 2006 года другая ком­пания в области собственного производства кристаллов для СЛ NeoPac выпустила светодиодную матрицу NeoBulbTurbo со свето­вым потоком 2150 лм. Потребляемая мощность модуля 80 Вт, что намного меньше энергозатрат на «классическую» лампу накалива­ния, установленную, к примеру, в гостиной.

По технологии изготовления кристаллов больших размеров InGan-структур на карбиде кремния лидирует все та же Сгее, имен­но она обеспечила прорыв в области производства портативных твердотельных источников света. Относительная стоимость люмена излучаемого света намного уменьшилась, что предлагает дополни­тельную перспективу использования СЛ.

Конструкция СЛ оказывает значительное влияние не только на ресурс работы и надежность, но и на стоимость готовых изделий.

Так, оптимальная конструкция призвана обеспечить отвод тепла от кристалла, выдерживать термоциклирование, обеспечить высо­кую технологичность монтажа. На долговечность работы СЛ так­же влияют метод монтажа кристалла и материал теплоотводящего основания.

Лидирующие производители кристаллов решают эту проблему по-разному.

К примеру, компании Lumileds Lighting и Nichia используют мед­ное теплоотводящее основание.

Nichia «приклеивает» кристалл к подложке, а технологи фирмы Limileds Lighting используют эвтектическую установку. Каждый из методов обладает как положительными, так и отрицательными осо­бенностями. Пайка кристалла на подложку позволяет снизить теп­ловое сопротивление между кристаллом и корпусом (это, конечно, плюс), но при этом возникает диодный контакт между теплоотво­дящим основанием и кристаллом, что требует обязательной элект­рической изоляции СЛ при одиночном или групповом монтаже на печатную плату.

Этот «минус» не только снижает технологичность и делает бо­лее дорогим производство готовых изделий, но в итоге увеличивает тепловое сопротивление между корпусом и теплоотводом (радиа­тором). Кремниевая подложка и медное теплоотводящее основание по определению имеют значительно отличающиеся коэффициенты объемного расширения при нагревании, что при термоциклирова - нии приводит к нарушению эвтектики, к повреждению кристалла и, как следствие, к преждевременному старению источника света.

В этом ключе можно бесконечно долго рассматривать с разных сторон технологии изготовления СЛ, параметры их надежности и эффективности - безусловно, верного варианта пока еще не нашли. Важно знать, что метод приклеивания кристалла к медному тепло­отводящему основанию позволяет уменьшить нагрузки на кристалл и одновременно обеспечивает лучшую (по сравнению с предыдущим методом) его электрическую изоляцию. При этом снижаются долго­вечность и надежность СЛ, что, с другой стороны, делает продук­цию фирмы Nichia (особенности технологии которой рассмотрены последней) более дешевой и коммерчески доступной потребителям при прочих равных условиях.