info@vlv-mag.com

Эко-информационный портал

Светодиодные филаментные лампы

Светодиодные филаментные лампы: вызовы, решения, перспективы

Несколько лет назад на рынке освещения произошла маленькая революция, на которую в то время никто не обратил особого внимания. В 2013 году китайские компании начали выпуск светодиодных ламп, очень похожих по внешнему виду на старую добрую лампу накаливания. Только вместо вольфрамовых в них были светодиодные нити.

Светодиодная филаментная лампа – это лампа традиционной формы и конструкции, в которой вместо вольфрамовой нити накаливания установлены нити из светодиодов. Такая структура позволила объединить экономичность и большой срок службы традиционных светодиодных ламп со всесторонним (360⁰) распределением света ламп накаливания. В результате получилась лампа, которая способна полностью заменить лампу накаливания в большинстве современных светильников.

С момента появления светодиодных ламп разработчики решали вопрос распределения света, угол которого изначально составлял всего 180⁰. Лампа освещала только в одной плоскости, что сильно сужало область её применения. Различные технические решения для подъёма источника света над основанием лампы позволили добиться расширения угла распределения света до 270⁰, но в глазах потребителей неравномерность светораспределения традиционных светодиодных ламп всё равно оставалась главным недостатком.

Первые попытки расположить светодиодный источник света в стеклянной колбе были предприняты в ещё в 2008 году японской компанией Ushio Lighting, но из-за сложностей с отводом тепла и неравномерностью распределения света это решение распространения не получило. Все разработчики светодиодных ламп сталкивались с проблемой неудобного для потребителей светораспределения и трудностью рассеивания большого количества тепла, выделяющегося при работе светодиодов.

Современная светодиодная филаментная лампаСовременная светодиодная филаментная лампа, foto WEB

Всё изменилось, когда китайская компания Zhejiang Ledison Optoelectronics запатентовала конструкцию светодиодной лампы, в которой светодиод был изготовлен по технологии Chip-On-Board (COB). Он состоял из нескольких десятков миниатюрных чипов, залитых люминофором, и запитан током в 50% от номинального. Это позволило эксплуатировать светодиоды в режиме половинной мощности и частично решить проблему отвода тепла от светодиодов.

Полностью закрыть этот вопрос удалось, наполнив колбу смесью инертных газов для переноса тепла от светодиодов на стекло колбы. В настоящее время каждый производитель таких ламп имеет свой состав газовой смеси и держит его в секрете, но наилучшие результаты достигаются при использовании гелия.

 Конструкция светодиодной филаментной лампыКонструкция светодиодной филаментной лампы, foto WEB

Филамент представляет собой светодиод, изготовленный по технологии Chip-On-Board. В нём светодиодные чипы синего спектра излучения установлены в одну линию на прозрачную подложку из искусственного сапфира длиной от 28 до 50 мм и соединены между собой последовательно с помощью золотой проволоки. Количество чипов варьируется от 22 до 30 шт. в зависимости от производителя, но, как правило, составляет 26 или 28 шт.

Схема филаментаСхема филамента, foto WEB

Готовая конструкция заливается смесью силиконового компаунда и люминофора, который преобразует излучение синего спектра светодиодов в белый свет.

Готовый филаментГотовый филамент, foto WEB

Практически все современные филаментные лампы имеют от 2-х до 8-ми филаментов, соединённых последовательно или последовательно-параллельно. Это техническое решение является следствием следующего вызова, стоявшего перед инженерами, — миниатюрные размеры источника питания (драйвера) для помещения в цоколь при питании постоянным током.

Традиционные светодиодные лампы имеют драйверы, рассчитанные на низкое напряжение (от 6 до 36 В) и большие токи (от 120 до 350 мА). Это объясняет большие габариты всей конструкции, где драйвер занимает значительную часть объёма лампы.
Чтобы уменьшить размер драйвера, потребовалось сделать питание филаментов в лампе близким к напряжению сети 220 В и использовать в них светодиодные чипы с малым рабочим током. Сами филаменты пересчитали на напряжение от 65В до 90 В, что в итоге их последовательного соединения позволило драйверу работать под напряжением от 130 до 180 В.

Таким образом, драйвер является очень важной частью светодиодной лампы. От его схемотехнического решения зависит не только срок службы, но и цена лампы, а также коэффициент пульсаций светового потока. В дешёвых лампах многих китайских производителей установлен примитивный драйвер, часто без сглаживающего конденсатора, что вызывает очень большие пульсации светового потока и приводит к быстрой усталости глаз.

Вместе с тем последовательное и последовательно-параллельное соединение филаментов имеет один существенный недостаток – при выходе из строя хотя бы одного светодиода при последовательном соединении, перестаёт светиться вся лампа. При аналогичной неисправности при параллельно-последовательном соединении, прекращает течь ток через один филамент, вследствие чего увеличивается ток через другие, светодиоды в них перегреваются и вся лампа также выходит из строя.

Этого недостатка лишены светодиодные филаментные лампы, в которых филаменты соединены параллельно. При выходе из строя одного сегмента, токи через другие не изменяются, и лампа продолжит работать, хотя и с потерей яркости. К сожалению, о применении такого решения в массовом масштабе сведений нет, но известно, что российская компания Luxtron готовит такие лампы к производству.

Технология производства филаментных ламп позволяет для их выпуска использовать значительную часть оборудования для производства обычных ламп накаливания. Поэтому в мире сейчас массово идёт перевооружение таких заводов и строительство новых.

Цена ламп китайских производителей снизилась более чем в 4 раза за период с 2014 по 2017 год - с 5 $ до 1,24 $ за эквивалент лампы накаливания 60 Вт. Это обусловлено общемировой тенденцией снижения цен на светодиодные чипы примерно на 15% в год, падением стоимости сапфиров и наращиванием ведущими производителями мощностей по производству комплектующих. 

Динамика отпускных цен на филаментные лампы у китайских производителейДинамика отпускных цен на филаментные лампы у китайских производителей, foto WEB

О надёжности и востребованности этой технологии свидетельствует и тот факт, что весной 2016 года на выставке во Франкфурте свою филаментную лампу представил один из мировых лидеров в области освещения — концерн Osram. Почти одновременно о запуске производства таких ламп объявил и Philips.
По данным интернет-магазинов Amazon и Led-zentrum, розничные цены на светодиодные филаментные лампы в Германии также снизились и в начале 2017 года в среднем составили от 5 до 7 евро за эквивалент лампы накаливания 60 Вт.

Сравнение параметров светодиодных филаментных ламп различных производителейСравнение параметров светодиодных филаментных ламп различных производителей, foto WEB

Рынок светодиодных ламп показывает постоянный рост и пока нет никаких видимых причин для его замедления. Поэтому на нём можно ожидать обострения конкурентной борьбы, в том числе за счёт защиты патентами всех технических решений. Шаги в этом направлении уже сделаны, у кого серьёзные, у кого скромные:


Всё это свидетельствует о том, что в ближайшей перспективе большинство светодиодных ламп в мире будут производиться по филаментной технологии. Сейчас более 90% таких ламп изготавливают на небольших предприятиях с большой долей ручного труда. В ближайшие 2-3 года ожидается строительство крупных предприятий по производству филаментных ламп с мощностью до 5 млн. штук в месяц и автоматизация всех технологических процессов производства. Это неминуемо приведёт к вымыванию с рынка мелких производителей.

Однако это не означает, что у мелких компаний нет шансов выжить в борьбе с промышленными гигантами. Сейчас ведущими производителями светодиодов освоен выпуск так называемых высоковольтных чипов, способных заменить собой целый филамент.

Вместо 112-и в лампе будет всего 4 или 6 чипов с рабочим напряжением 80 В и выше, но светить она будет также ярко. Очевидно, что увеличение числа таких чипов позволит получить лампы совсем с другими яркостными характеристиками, но и конструкция такой лампы должна быть другой. Поэтому у небольших инновационных компаний снова появляется шанс совершить очередной технологический рывок, выведя на рынок лампу совершенно другого типа.

Вадим Филатов, Россия, Москва

Статьи