Линзованные модули: как выбрать

Линзованный светодиодный модуль — это печатная плата из стеклотекстолита или алюминия, на которой установлены светодиоды в корпусах 2835 или 3030. Поверх каждого светодиода установлена одиночная линза с углом раскрытия 155-170 градусов.

Линзованные модули — популярное и бюджетное решение для светодиодных светильников с равномерной засветкой, идеально подходящих под требования к освещению общеобразовательных и медицинских учреждений. Также на базе линзованных модулей удобно конструировать крупногабаритные и нестандартные световые конструкции, а также популярные у дизайнеров световые потолки.

Несмотря на высокую популярность на рынке, в производстве и эксплуатации линзованных модулей все еще достаточно много технических нюансов, существенно влияющих на возникновение гарантийных случаев и на срок службы осветительных приборов. Ниже мы расскажем, что выбрать и как эксплуатировать, чтобы температура не убила эффективность и цвет, а вы не убили бюджет.

Особенности выбора:

1. Расчет оптических потерь на раскрывающей линзе. Особенностью широкоугольной оптики является преобразование из косинусной в широкую КСС, т.е. уменьшение осевой силы света и увеличение интенсивности бокового излучения светодиода, что визуально создает эффект «равномерного свечения», однако, уменьшение осевой силы света приводит к достаточно большим оптическим потерям, от 15% до 25%% зависимости от КЦТ (спектра), LES, и материала линзы.

2. Синий страдает сильнее на косом проходе через PC/PMMA, потому фактические потери будут больше при высоких CCT.  Почему же потери на линзе будут отличаться в зависимости от изначальной цветовой температуры светодиода? 

3. Спектрально-угловые потери. При использовании широкоугольной оптики существенно меняется цветовая температура светильника в меньшую сторону, причем сдвиг ССТ зависит от изначальной температуры светодиода: чем ниже исходная ССТ, тем больше сдвиг на готовом изделии. 
Магии нет, есть скучная физика и немного оптической коварности. Каждый светодиод имеет определенную неравномерность цвета по углу (color over angle). Белый светодиод — это синий кристалл + желто-красный люминофор. У этой пары спектр зависит от направления: 

Непреобразованный «синий» излучается более направленно, по направлению осевой силы света.

Переработанный люминофором «желтый» сильнее рассеивается и иначе «преломляется» на границах.

В итоге при больших углах процентное соотношение синего и желто-красного спектра в излучении светодиода меняется и происходит сдвиг цветовой температуры.  

Ниже мы приводим средние значения сдвига цветовой температуры при использовании широкоугольной оптики:

3000К — 100~110K

4000К — 150~180K

5000К — 240~320К

6500К — 600~750К,

Соответственно, чем выше цветовая температура исходного светодиода, чем больше синего было в изначальном спектре излучения, тем больше сдвиг цветовой температуры в более теплую область. Эти данные необходимо учитывать при проектировании светильников с раскрывающей оптикой, особенно в сегменте биодинамического освещения, где широко применяются светодиоды 6500К.

Да, мир не идеален: вы расширяете угол, а физика берет плату в виде сдвига цветовой температуры. Хорошая новость в том, что это предсказуемо и лечится

4. Температурный менеджмент. Даже при небольших мощностях оптика образует локальную «тепловую полость» и ухудшает теплообмен. Чтобы избежать деградации фосфора и капсулянта, под широкую линзу стоит выбирать светодиоды с низким тепловым сопротивлением и платы с хорошей теплопроводностью.

Вариант — светодиод 3030 2D (6V@240 мА) в корпусе ЕМС (Lumileds). Многолетний (более 10 лет) опыт эксплуатации показал, что этот светодиод прекрасно чувствует себя под линзой даже на токе 175 мА. Однако, это не самое бюджетное решение, и в текущей ситуации всеобъемлющего удешевления мало кто решится на такой расточительный подвиг для офисного светильника. В качестве замены может подойти многокристальная версия 2835 (2-х или даже 3-х кристалльные версии, которые широко представлены у Runlite в низковольтовых сериях). В данном случае «чем больше — тем лучше». Тепловое сопротивление многокристального светодиода при прочих равных будет существенно ниже, а риск перегрева — меньше. При самостоятельном подборе светодиода стоит исходить из норматива по плотности тока 10–15 А/см².

При выборе печатной платы алюминиевое основание будет конечно же предпочтительнее, тем более что линза создает дополнительную тепловую нагрузку на светодиод, однако при работе с неизолированными источниками питания стоит остановиться на основании из стеклотекстолита и с тихой грустью снизить ток на модуле, увеличив количество светоточек. В противном случае может получиться «одноразовый светильник», за который будет стыдно уж через год.

Подбор пары «светодиод-линза» — настоящее искусство, требующее терпения и кругозора. При колоссальном разнообразии производителей широкой оптики и светодиодов 2835/3030 подобрать тот самый perfect match бывает не так просто. Так в чем подвох?  Сразу оговорюсь, если вы работаете с поликарбонатным рассеивателем любой структуры — вам повезло. Он «все стерпит». Сложности начинаются при работе со световым полотном, чувствительным к появлению аберраций, проявляющихся в виде колец над проекцией линзы.

Для обеспечения равномерного светораспределения на световом полотне важно учесть высоту корпуса светодиода: низкопрофильный 3030 2D и более высокий типовой 2835 потребуют разных линз с различным фокусным расстоянием; форму LES: один и тот же легендарный 3030 2D будет работать совершенно по-разному в версиях с круглой и квадратной LES, материал и внутреннюю поверхность линзы. Некоторые варианты оптики дают аберрации с любыми типами светодиодов, что говорит о низком качестве и проектирования, и отливки. «Но зато это дешево...» (с)

После проверки простых параметров, влияющих на подбор светодиодного модуля, встает финальный и закономерный вопрос: «А линза-то не отвалится?»

Надежность установки линзы — отнюдь не тривиальный момент, т.к. всего одна отвалившаяся линза в световой конструкции большой площади приведет к дорогостоящему и трудоемкому ремонту. А если не одна? А если это будет происходить регулярно? 
В ходе многолетних опытов нам удалось найти надежный клеевой состав, обеспечивающий действительно прочную адгезию. 

Линзованный модуль — решение, которое на первый взгляд кажется простым, но на деле таит в себе множество подводных камней: оптические потери, сдвиг цвета, тепловые ловушки, аберрации и риски отслоения линз. Без глубокого понимания физики света, материаловедения и технологий сборки легко получить не «равномерное свечение», а головную боль на годы вперед.