Особенности филаментных светодиодных ламп

По сравнению с традиционными лампами накаливания, первые светодиодные устройства обладали рядом недостатков. Их цветовая температура (Т_с) и индекс цветопередачи (CRI) были далеки от требований СП 52.13330.2016, пульсация светового потока превышала 20%. Эти факторы могли приводить к искажению восприятия цветов и провоцировать динамическое снижение остроты зрения. По мере развития технологий, все перечисленные проблемы удалось успешно преодолеть, но до недавнего времени светодиодные решения все же проигрывали своим предшественникам по такому важному параметру, как направленность светового потока.

Например, у светодиодных ламп под цоколь E27 грушевидной формы (модификация A60) диаграмма направленности светового потока выглядит следующим образом:

Здесь угол расходимости (диапазон, в котором интенсивность свечения составляет не менее 50% от максимальной) находится в пределах 120°–180°. Такие лампочки устанавливаются колбой вниз и оптимально подходят для организации направленной подсветки рабочей поверхности (например, письменного стола), однако не годятся для общего освещения. В последнем случае более актуальны модели типа «кукуруза», в которых несколько плат образуют многогранную призму. При этом свечение SMD-светодиодов распространяется не только в переднюю полусферу, но и в стороны, а угол расходимости достигает уже 270°.

Тем не менее, «кукуруза» решительно не подходит для декоративных светильников и классических интерьеров. В люстрах и бра подобные лампы будут смотреться чужеродно, да и об игре света на гранях хрустальных подвесок можно забыть. Долгое время на этом поприще у ламп накаливания попросту не было конкурентов, вплоть до появления филаментных светодиодов.

Что такое филаментные лампы и как они устроены?

Филаментные светодиодные лампы (или сокращенно — ФСЛ) были представлены японской компанией Ushio в 2008 году. Первые образцы не получили широкого распространения на потребительском рынке, так как существенно проигрывали по мощности SMD-моделям. Ситуация изменилась лишь через 5 лет, когда в рамках отраслевой выставки InterLight Moscow сразу несколько китайских производителей (Qianshi Lighting, JNQ и ряд других) представили модели с цоколем типа «миньон», эквивалентные по силе светового потока 60-ваттным лампам накаливания.

Чем же они отличаются от привычных нам SMD-устройств? Технология Chip-on-Glass (COG), лежащая в основе ФСЛ, является логическим развитием более ранней COB (Chip-on-Board). Главное новшество заключается в том, что вместо металлической теплоотводящей подложки миниатюрные светодиоды размещаются в один ряд на стеклянной или сапфировой пластине длиной около 30 мм.

Гетерокристаллы синего свечения (в некоторых моделях часть из них заменяется красными в соотношении 1 к 3) соединяются друг с другом последовательно с помощью тончайщих золотых проводников. Их количество достигает 28 единиц на каждой нити. Сверху вся конструкция покрывается силиконовым компаундом, содержащим люминофор, который выполняет защитную функцию, а также позволяет добиться оптимальной цветовой температуры.

Мощность каждой нити фиксирована и лежит в пределах от 0.8 до 1.3 Вт — то есть, на отдельный кристалл приходится около 0.036 Вт, что в разы меньше по сравнению с SMD-чипами. Филаменты помещаются в герметичную колбу, заполненную газовой смесью на основе гелия, характеризующейся высокой теплопроводностью. Отвод тепла осуществляется благодаря явлениям конвекции и диссипации, благодаря чему необходимость в установке массивных радиаторов полностью отпадает.

Еще один важный нюанс: для питания филаментов используется постоянный ток напряжением от 60 до 100 вольт, а низковольтных модификаций не существует в принципе. Данный факт позволил существенно упростить схемотехнику драйвера, сделав электронный блок более компактным: все необходимые компоненты могут быть распаяны на единственной плате, без труда умещающейся в стандартный цоколь E27.

Перечисленные конструкционные особенности способствуют равномерному распределению светового потока без использования дополнительной оптики — диаграмма направленности филаментных светодиодных ламп оказывается практически идентична диаграмме ламп накаливания, а угол расходимости достигает 300°.

Помимо этого, филаментные светодиоды по сравнению с SMD-модулями и COB-матрицами оказываются значительно более энергоэффективными — их световая отдача может достигать 150 люменов на каждый ватт израсходованной электроэнергии.

Область применения филаментных ламп

Несмотря на все перечисленные преимущества, говорить о том, что ФСЛ способны заменить собой LED-лампы других модификаций, пока еще рано. На сегодняшний день филаментные лампы являются узкоспециализированным решением, ориентированным на использование в интерьерах, тяготеющих к классическому стилю. Для освещения же офисных помещений или рабочего места оптимальным выбором по-прежнему остаются изделия на основе SMD-чипов или COB-матриц. Если взглянуть на сравнительную таблицу бытовых ламп, приведенную ниже, причины этого становятся очевидны.

Тип	Мощность (Вт)	Световая отдача (Лм/Вт)	Цветовая температура (К)	Максимальный срок службы (часы)
Лампы накаливания	10–100	9–15	2200–2800	1000
Люминесцентные лампы	15–80	40–80	до 6500	40 000
Обычная LED-лампа	3–30	90–120	до 6400	50 000
Филаментная LED-лампа	4–8	120–140	до 4500	10 000

Несмотря на энергоэффективность, филаментные модели проигрывают обычным светодиодным лампам по таким параметрам, как диапазон мощностей и срок службы. Это связано с особенностью охлаждения нитей: во время работы каждая из них разогревается до 60°C (против 50°C у SMD-чипов), что ускоряет процесс деградации кристаллов, и любые попытки еще больше увеличить мощность такой лампочки неизбежно привели бы к ее перегреву и выходу из строя. Помимо этого, филаментные лампы хуже противостоят вибрации, поэтому не подходят для подсобных помещений, мастерских и промышленных объектов. Тем не менее, благодаря превосходным оптическим свойствам, именно ФЛС оказываются идеальным вариантом для использования в хрустальных люстрах, бра и других декоративных светильниках.