Come e perché i LED COB (chip on board) riducono i costi e l'assorbimento di energia in progetti di illuminotecnica

Di Gina Roos

Contributo di Electronic Products


I LED competono con le tradizionali sorgenti luminose in diversi modi, tra cui una maggiore efficienza energetica, maggiore durata e dimensioni ridotte. Tuttavia, l'unico inconveniente con cui devono contendere molti progettisti è il costo, la ragione principale per cui i produttori di LED continuano a innovare per migliorare le economie di scala. Una delle più recenti soluzioni di packaging per ridurre i costi è data dai moduli COB (chip on board), in cui i chip LED hanno la forma di un chip a semiconduttore che non è né incapsulato né collegato ma montato direttamente su una scheda a circuiti stampati o, più in generale, su un substrato. Il design del packaging offre anche diversi vantaggi, quali una maggiore flessibilità progettuale, una migliore distribuzione della luce e processi di produzione più semplici.

Vi sono altri motivi per cui i progettisti dovrebbero prendere seriamente in considerazione i LED COB per il loro prossimo progetto. In una recente relazione di Research and Markets, gli analisti fanno notare che i LED COB, ossia gli emettitori di luce ad ampio raggio (in modo che possano essere utilizzati anche in autostrada e per i lampioni stradali), offrono tre vantaggi principali: una migliore miscelazione del colore, un miglior effetto di illuminazione e minori requisiti di resistenza termica. Inoltre, poiché questi LED COB garantiscono una maggiore densità di potenza, una dissipazione del calore più efficace e occupano una porzione minore dello spazio su scheda, sono idonei per una varietà di applicazioni di illuminazione generale, secondo gli analisti dell'impresa.

Analizziamo ora alcuni esempi di LED COB, quali Bridgelux Vero™, Sharp Zenigata e Cree CXA, per dimostrare come questi dispositivi possono semplificare i progetti di illuminotecnica realizzando al contempo risparmi sui costi e sull'energia.

Lo scorso anno, Bridgelux (Livermore, CA) introdusse la serie Vero di stringhe di LED COB (Figura 1) con efficacia ad alte prestazioni: 120 lm/W nominali, 110 lm/W media minima. Questo miglioramento è stato detto, offre un risparmio energetico dell'11% circa rispetto alla precedente generazione. Questa serie è disponibile in quattro configurazioni a superficie luminosa (LES) e può funzionare entro un ampio intervallo di valori di corrente. Inoltre, le stringhe Vero sono disponibili con due opzioni SDCM (corrispondenza di colore a deviazione standard) e tre opzioni di controllo colore SDCM per fornire elevata precisione di controllo del colore e illuminazione uniforme.

La famiglia Vero di Bridgelux offre opzioni CRI

Figura 1: La famiglia Vero di Bridgelux offre opzioni Décor a 70, 80, 90 e 97 CRI. (Lo spettro dei colori di bianco caldo è di 3000 K 80 CRI, 4000 K 80 CRI per bianco neutro e 5000 K 70 CRI per bianco freddo. Per gentile concessione di Bridgelux)

La maggiore precisione del controllo colore "migliora la qualità della luce, fornendo una maggiore coerenza e uniformità tra sorgenti di luce adiacenti" , secondo Bridgelux. In aggiunta, la serie Vero supera i requisiti R9 della California Energy Commission per apparecchi di illuminazione e lampade.

La specifica di efficacia di 120 lm/W è una prestazione media valida tra tutti i fattori di forma basata su configurazioni a 3000 K, 80 CRI comandate a correnti nominali, secondo Bridgelux. Tuttavia, i progettisti possono raggiungere un'efficacia fino a 140 lm/w con comandi a correnti inferiori.

La piattaforma Vero consente anche la connettività plug-and-play grazie a un connettore per la saldatura senza collegamenti elettrici e il montaggio facile per i produttori di impianti di illuminazione, che consente di semplificare i processi di produzione. I vantaggi includono costi inferiori, veloce time-to-market e ridotti requisiti di magazzino.

Queste sono le specifiche principali:
  • Le prestazioni di emissione luminosa variano da 240 a 16.400 lumen
  • Opzioni CCT da 2700 a 5000 K
  • Le opzioni CRI comprendono: 70, 80, 90 e 97 CRI per prodotti Decor
  • Tre SDCM standard con CCT da 2700 a 4000 K, con due opzioni SDCM
  • Funzionamento affidabile con corrente di comando nominale fino a 2x
  • Schema radiale del die per migliorare la densità luminosa e il controllo del fascio
  • Piazzole di saldatura termicamente isolate
  • Porta connettore senza saldatura per connettività plug-and-play e aggiornabilità in campo
  • Marcatura prodotto sul lato superiore e codice a barre 2D
Altri vantaggi comprendono la compatibilità con una vasta gamma di driver standard (con incrementi di 350 mA) e di componenti ottici, che offre una maggiore flessibilità di progettazione e altre opzioni che contribuiscono ad abbattere i tempi dei cicli di sviluppo del prodotto, a ridurre i costi e i problemi di magazzino.

Anche la tecnologia Zenigata COB di Sharp Electronics Corp. offre un design semplificato. La serie di moduli Zenigata è disponibile in tre varianti: Mega, Mini e Petite Zenigata. Il progetto di Sharp utilizza un substrato ceramico e non metallico, che la società ritiene fornisca "un'ottima dissipazione del calore senza decolorazione". Questo si traduce in basso scostamento cromatico con costante emissione luminosa nel tempo. Il LES uniforme semplifica il design ottico migliorando qualità della luce in una varietà di applicazioni.

Diamo un'occhiata più da vicino ai moduli COB di Sharp.

I moduli Mega Zenigata da 50 a 80 W si rivolgono alle applicazioni di illuminazione di alta potenza con le loro caratteristiche di risparmio energetico. I LED ad alta luminosità dovrebbero eliminare i problemi di uniformità insiti nell'uso di molti LED in un apparecchio di illuminazione. Questi moduli consentono l'utilizzo di un solo LED in un apparecchio, che oltre che risolvere problemi di uniformità, risparmia anche sullo spazio. Disponibile in contenitori di 20 × 24 mm, la famiglia Mega Zenigata include sia moduli a CRI elevato e normale, con prestazioni minime di 90 e 80 CRI rispettivamente. Questi LED COB possono essere usati in applicazione di illuminazione per interni e per esterni, tra cui illuminazione architettonica, proiettori, faretti, luci da incasso, illuminazione decorativa e lampade ad alta intensità luminosa.

Per applicazioni di prodotto di medie dimensioni, Sharp offre la famiglia COB Mini Zenigata a 15 W che semplifica il design di lente e riflettore grazie alla LED circolare di 8 mm. I LED Mini Zenigata, disponibili in un formato di 15 x 12 x 1,6 mm, offrono circa un terzo della superficie dei prodotti Mega, oltre a una riduzione dell'area emissiva, secondo Sharp. Le applicazioni includono illuminazione per interni ed esterni, illuminazione architettonica, lampade da lettura, proiettori, illuminazione mobile, lampade sospese, apparecchi di illuminazione per cartelli e simboli, come pure illuminazione decorativa.

Per prodotti a bassa potenza, i LED COB Petite Zenigata (Figura 2), da 4 a 6 W, sono progettati per applicazioni che richiedono lenti più piccole, compresi i punti luce a fascio luminoso stretto o le luci su binario. Questi LED sono forniti in un contenitore compatto di 8 x 12 mm con LES di 4 mm. I prodotti da 9,6 V consentono l'utilizzo di un convertitore c.c./c.c. buck nelle lampade MR16 (che normalmente richiedono 12 V), mentre un componente a maggiore tensione di 40 V semplifica il design del circuito di pilotaggio lampade GU10 con tensione di linea. Questi LED possono essere utilizzati in progetti che richiedono lenti ultracompatte, tra cui le lampade di ricambio MR16 o GU10, piccole luci su binario, piccoli faretti, lampade sospese, piccole lampade da lettura e piccole luci decorative. La linea ad alto CRI (minimo 90 CRI) offre una luminosità da 300 a 395 lumen.

LED COB Petite Zenigata di Sharp

Figura 2: I LED COB Petite Zenigata di Sharp offrono un contenitore compatto di 8 x 12 mm e LES di 4 mm. I prodotti da 9,6 V consentono l'utilizzo di un convertitore c.c./c.c. buck nelle lampade MR16 (che normalmente richiedono 12 V), mentre un componente a maggiore tensione di 40 V semplifica il design del circuito di pilotaggio lampade GU10 con tensione di linea. (Per gentile concessione di Sharp)

Cree Inc. (Durham, NC) ha di recente ampliato la famiglia CXA con le stringhe di LED CXA3070 che offrono oltre 11.000 lumen a 85 °C. Finalizzati a semplificare la progettazione e ridurre il costo totale del sistema, le stringhe di LED ad elevata emissione luminosa offrono fino a 134 lumen per watt a 85 °C e opzioni a 70-95 CRI. I LED, caratterizzato e classificati a 85 °C, sono disponibili nelle temperature cromatiche ANSI White ed EasyWhite (circa 2700 K e 5000 K).

Con un'elevata emissione luminosa e alta efficacia, le stringhe di LED CXA3070 sono in grado di fornire prestazioni del sistema da 8000 a più di 10.000 lumen. Possono dunque essere utilizzati in applicazioni ad elevata emissione luminosa come alternative per lampade a sospensione e lampade ceramiche ad alogenuro metallico.

I valori del flusso luminoso relativo forniti dal fornitore per la stringa CXA 3070 (Figura 3 in basso) sono il rapporto delle misurazioni di CXA3070 al funzionamento a stato stazionario nelle condizioni date, diviso per flusso misurato durante la classificazione (misurazione pulsata a 1925 mA a TJ = 85 °C).

Ad esempio, nel funzionamento a stato stazionario di TC = 25 °C, IF = 1300 mA, il rapporto del flusso luminoso relativo è dell'80%, come mostrato nel grafico. Un LED CXA3070 LED che misura 8500 lm durante la classificazione fornirà 6800 lm (8500 * 0,8) nel funzionamento a stato stazionario di TC = 25 °C, IF = 1300 mA.

Cree CXA3070 nel funzionamento a stato stazionario

Figura 3: I valori del flusso luminoso relativo si basano sul rapporto tra le misurazioni di CXA3070 durante il funzionamento a stato stazionario nelle condizioni date, diviso per il flusso misurato durante la classificazione (misurazione pulsata a 1925 mA a TJ = 85 °C) (Per gentile concessione di Cree).

Le specifiche principali della stringa CXA3070 di Cree comprendono:
  • Disponibile in classi EasyWhite a quattro e due passi a CCT 2700, 3000, 3500, 4000 e 5000 K
  • Disponibile in classi ANSI White a CCT 4000 e 5000 K
  • Disponibile in opzioni a CRI minimo di 70 e 80
  • Tensione diretta: 38,5 V
  • Classificazione e caratterizzazione a 85 °C
  • Corrente di comando massima di 2800 mA
  • Angolo di visualizzazione di 115°, profilo di resa cromatica uniforme
  • Collegamenti a saldare sul lato superiore
In sintesi, i costi sono sempre il problema principale per i progettisti di illuminotecnica. Tuttavia, con il ridursi dei prezzi medi di vendita dei LED, l'adozione dei LED COB continuerà ad aumentare via via che i progettisti vedono che questi dispositivi offrono la possibilità di un elevato risparmio energetico, una maggiore flessibilità di progettazione, nonché di una migliore distribuzione della luce, a vantaggio sia dei produttori sistema di illuminazione sia degli utenti finali.

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Gina Roos

Per più di 20 anni, Gina Roos ha contribuito in veste di writer su business e tecnologia a pubblicare articoli - sia su mezzi cartacei che su web - su influenti pubblicazioni commerciali per il settore dell'elettronica. Queste pubblicazioni comprendono EE Times, Electronics Supply & Manufacturing, Electronic Business, Electronic Design News, Government Computer News e Purchasing. Roos ha fornito un grande contributo al sito Web eeProductCenter di EETimes, occupandosi in particolare di sensori, componenti passivi, prodotti di interconnessione e dispositivi elettromeccanici. Ha anche scritto la colonna "In the Channel" sul settore della distribuzione elettronica per ProductWeek. Roos ha conseguito un B.S. in giornalismo presso la Suffolk University di Boston, Massachusetts.

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