Nowa seria diod firmy Citizen

Nowa seria diod firmy Citizen
Na początku 2012 roku japoński Citizen wypuścił na rynek nową serię diod wykonanych w technologii
CoB (Chip on Board). Firma, która do 2004 r. była wyłącznym dostawcą diod podświetlających dla
znanego fińskiego producenta telefonów komórkowych, przedstawia swoją nową koncepcję w
dziedzinie diod LED.
Charakterystyka ogólna
Dla tej serii diod LED japońscy inżynierowie stworzyli 5 całkowicie nowych obudów dla diod
produkowanych w technologii multi-chip. Najmniejsza dioda w serii ma wymiary 9,5x9,5mm, a
największa - 38x38mm. Ale 5 obudów nie oznacza tylko 5 diod. W obudowach ze środka zakresu (tzn.
typu drugiego, trzeciego i czwartego) zastosowano różną liczbę chipów, dzięki czemu otrzymujemy
11 diod o zróżnicowanej liczbie struktur w środku. Ale to jeszcze nie koniec; każdy z tych 11 typów
występuje w różnych odcieniach bieli (różnych temperaturach barwowych): 2700K, 3000K, 3500K,
4000K oraz 5000K. Jest to już pokaźne portfolio, ale to jeszcze nie wszystkie możliwości wyboru.
Diody występują z trzema różnymi wartościami współczynnika CRI (Colour Rendering Index –
współczynnik oddawania barw, który określa, jak dobrze dane źródło światła odwzorowuje kolory w
porównaniu do światła słonecznego (CRI = 100)). W ofercie firmy Citizen występują diody w trzech
wartościach współczynnika CRI:
65 – dla diod najmocniejszych, wykorzystywanych w aplikacjach, gdzie liczy się głównie ilość światła
(np. oświetlenie zewnętrzne budynków magazynowych)
80 - diody o tej wartości najlepiej nadają się do oświetlenia wewnętrznego (dominująca wartość w
ofercie Citizena)
min. 90- stosowane wszędzie tam, gdzie ma kluczowe znaczenie oddawanie barw ( oświetlenie
medyczne, muzealne). Diody o tym współczynniku weszły do produkcji na początku lipca 2012 roku.
Diody z tak szerokiego zakresu dają nam możliwość otrzymania strumienia świetlnego aż do 17000lm
przy najmocniejszej diodzie. Dla porównania, z 750W lampy halogenowej możemy otrzymać ok.
16 000lm.
Wsparcie techniczne
Aby ułatwić pracę konstruktorom, Citizen udostępnił na swojej stronie internetowej symulator pracy
diod LED, który umożliwia wybranie dowolnej temperatury barwowej i współczynnika CRI, a
następnie sprawdzenie, jaką ilość światła będą wstanie wyemitować diody o zadanej barwie przy
różnym prądzie oraz różnej temperaturze obudowy. Symulator pokazuje także, jaką moc i sprawność
będzie miała dana dioda oraz jaka będzie temperatura złącza. Dzięki temu można sprawdzić, jak dane
diody będą się zachowywać po zmianie warunków pracy.
Możemy też zmienić wytyczne i sprawdzić, która z dostępnych diod jest w stanie dać nam strumień
świetlny zadany w symulatorze. Dowiemy się, jakie parametry elektryczne (napięcie, prąd i moc)
będą do tego potrzebne, oraz jaka będzie sprawność i temperatura złącza.
Charakterystyka pracy
Citizen zaproponował całkiem nową koncepcję w zakresie punktu pracy diod LED. Nie jest on już
ustalony tak, jak to było w przypadku diod poprzedniej generacji. Teraz producent zapewnia nas, że
jeżeli będziemy przestrzegać odpowiedniej temperatury złącza (poniżej 150°C), możemy pracować z
dowolnym prądem w zakresie od zera do prądu maksymalnego danej diody i nie będzie to miało
negatywnego wpływu na jej długość życia.
Jest to rozwiązanie bardzo pomocne dla konstruktorów oświetlenia. Rysunek 1 przedstawia
omawiany wcześniej kalkulator. Założyliśmy, że chcemy otrzymać strumień świetlny 1500 lm przy
temperaturze barwowej 5000K oraz temperaturze obudowy 45°C. Jak widać na rysunku, aż 8 diod
jest w stanie dostarczyć nam wymagany strumień. Teraz nasuwa się pytanie: którą diodę wybrać?
Odpowiedź zależy od tego, które z pozostałych parametrów są dla nas najważniejsze. Jeśli przede
wszystkim ma znaczenie cena, to wybierzemy najtańszą diodę CLL020-1204A1-50KL1A1, ale
trzeba pamiętać o tym, że jej sprawność wyniesie tylko 107lm/W. Najwięcej oczywiście zapłacimy za
CLL050-1825A1-50kl1A1. JeŜeli najbardziej liczy się sprawność, np. ze względu na bateryjne
zasilanie układu i kaŜdy wat ma znaczenie, dobrym rozwiązaniem będzie dioda CLL040-1218A150KL1A1, której sprawność sięga aż 152lm/W Szeroki asortyment diod Citizen pozwala nam
znalezienie własnego „złotego środka”.
Testament samuraja
czyli cechy odziedziczone po poprzednich generacjach diod LED firmy
Citizen.:
Po pierwsze - czas pracy. Parametr ten jest podawany dla temperatury 120°C (maksymalna wartość
temperatury pracy poprzedniej serii diod). Nowa seria może pracować przy temperaturze złącza
wynoszącej aż 150°C. Wartość tego parametru znacznie przekracza 50 000 godzin. Aby
udokumentować te zapewnienia, pięć lat temu rozpoczęto badanie diody z poprzedniej serii w
temperaturze 120°C. W kwietniu tego roku dioda przekroczyła 46 000h pracy. Rysunek 2 obrazuje
wyniki tego testu. Jak widać, strumień świetlny badanej diody ma dużo powyżej 70% wartości
początkowej (według standardu LM-80 diodę, która świeci strumieniem równym 70% wartości
początkowej uważa się za „martwą”). Na tej podstawie inżynierowie Citizena wyliczyli, że czas życia
tej diody w jej warunkach pracy przekroczy 100 000 godzin, zanim osiągnie poziom 70% wartości
początkowej strumienia.
Po drugie - selekcja barwy. Citizen od wielu lat pracuje nad zwiększeniem powtarzalności barw diod.
Do opisania rozrzutu produkcyjnego używana jest tak zwana elipsa McAdama. Elipsy o danym stopniu
obrazują, jak bardzo może różnić się temperatura barwowa diody od zadanej. Dla porównania, elipsa
stopnia 7 to mniej więcej taka wartość rozrzutu, jak opisywana przez standard ANSI (rysunek 3), z
którego korzysta większość producentów diod LED na świecie. Aby wybrać diody o mniejszym
zakresie rozrzutu produkcyjnego, stosuje się sortowanie (binning). Niestety produkcja masowa nie
jest powtarzalna i producenci nie są w stanie zapewnić klientowi ciągłego dostępu do danej selekcji.
W przypadku Citizena sprawa wygląda inaczej. Wszystkie diody Citizena produkowane ze
współczynnikiem CRI 80 (najczęściej kupowane) mieszczą się w elipsie McAdama stopnia 3. Jest to
zakres, przy którym ludzkie oko ma bardzo małe szanse na zobaczenie różnicy w barwie diod. Na
przykład dla diody o temperaturze 3000K rozrzut technologiczny wynosi ±70K.
Podsumowanie
Diody LED firmy Citizen to bardzo ciekawa propozycja dla projektantów szeroko rozumianego
oświetlenia. Szerokie portfolio oraz wartości parametrów z najwyższej półki pozwalają na
zaprojektowanie nowoczesnego, oszczędnego oraz wydajnego źródło światła.
Mgr inż. Mariusz Sienicki