Negli ultimi anni i produttori di Led hanno messo a punto la tecnologia Led Cob, sfruttando le carenze della tecnologia Smd. I Led Cob fanno a meno del packaging standard dei Led Smd perseguendo un’efficienza termica superiore e una maggiore densità del flusso luminoso. I Led Cob sono ancora più compressi dei Led con tecnologia Smd, al punto da avere uno spessore inferiore al millimetro ed essere appena visibili a occhio nudo. Decine o centinaia di questi minuscoli chip popoleranno un singolo array di Led. I die di questi Led sono collegati direttamente al substrato della scheda a circuiti stampati e collegati tramite filo. Invece di singoli rivestimenti al fosforo per ciascun diodo, un unico grande rivestimento al fosforo copre l’intero array per diffondere la luce in modo uniforme. I Led Cob sono generalmente più grandi della versione Smd e vanno da pochi millimetri a pochi centimetri quadrati. Anziché essere saldati su una scheda come i moduli Smd, questi Led sono attaccati direttamente a un dissipatore di calore, offrendo prestazioni termiche superiori. Il cablaggio è molto semplice e richiede solo due contatti su ogni array Cob.
Più luminosi, più semplici, più economici
I Led Cob possono sembrare un’evoluzione della tecnologia Smd ma in realtà il loro impatto è stato rivoluzionario. Attraverso l’elevata densità dei chip in un singolo array, i Led Cob ottengono non solo una migliore densità del flusso luminoso, ma anche una qualità di luce superiore, riduzione dei costi e un design notevolmente semplificato. Grazie alle migliori caratteristiche di illuminazione, la tecnologia Cob ha consentito di utilizzare i Led per sostituire efficacemente sorgenti di luce spot tradizionali che si sono rivelate problematiche per il packaging Smd. I singoli Led Smd in genere non producono abbastanza luce per alimentare un apparecchio di illuminazione, così è necessario combinare più Led in un array, con elementi ottici per diffondere la luce. Alla fine questa luce non è ancora una grande sorgente spot. L’illuminazione non è uniforme, con sorgenti puntiformi spesso visibili che creano abbagliamento e molteplici effetti d’ombra. Al contrario, i Led Cob hanno una superficie che emette luce uniforme, il che li rende un ottimo sostituto delle sorgenti spot tradizionali come faretti, illuminazione high-bay e proiettori. Come una singola unità preconfigurata, i Led Cob hanno anche una temperatura di colore più uniforme rispetto agli apparecchi di illuminazione realizzati con vari Led discreti. Infine, con un’uscita più luminosa da un’area più piccola rispetto a un gruppo di Led Smd, le luci Cob non solo utilizzano lo spazio in modo più efficiente, ma sono anche in grado di creare un angolo di fascio più stretto. Il design dei tradizionali apparecchi di illuminazione a Led con chip Smd comporta la definizione del numero di Led necessari per creare l’uscita di illuminazione prevista, progettando un circuito personalizzato per l’apparecchio in questione che tenga conto dello spazio, dei requisiti di temperatura e dell’alimentazione, sperando che tutti i Led siano del colore giusto. Con i Led Cob invece si utilizza generalmente un singolo modulo, per cui non sono necessarie schede personalizzate, e questo semplifica notevolmente la progettazione. Le dimensioni maggiori e il cablaggio semplificato dei package Cob rende questi dispositivi facili da montare senza complesse e costose apparecchiature di saldatura per rifusione, e un apparecchio a Led perfettamente funzionante può essere realizzato con poco più di un dissipatore di calore appropriato, un driver Led, un modulo Led Cob e componenti ottici. In genere gli apparecchi di illuminazione con Led Cob hanno un migliore rapporto lumen/costo rispetto ai modelli basati su tecnologia Smd. Oltre a ridurre i costi degli utensili grazie alla facilità di montaggio, i Led Cob beneficiano dei costi inferiori di packaging, progettazione e costruzione della scheda a circuiti stampati necessaria per montare, pilotare e raffreddare un gruppo di Led Smd.
Progettare apparecchi di illuminazione Cob
I punti luce discreti di gruppi di illuminazione con tecnologia Smd creano punti caldi che per la maggior parte delle applicazioni di illuminazione devono essere corretti attraverso la diffusione, ma questo può ridurre molto l’efficienza. Gli apparecchi Cob producono luce omogenea da un’unica sorgente, consentendo un design ottico semplificato, con migliore efficienza e controllo del fascio. Mentre gli apparecchi basati sulla tecnologia Smd di solito personalizzano i componenti ottici, i Led Cob più diffusi, come ad esempio gli array di Led Cree XLamp CXA o Philips Luxeon, hanno ottiche preconfigurate subito disponibili. Questi prodotti spesso sono anche provvisti di connettori o supporti che agevolano il montaggio sul Cob.
Il sistema ottico
Esistono due tipi fondamentali di sistemi ottici, quelli che creano un fascio più largo della sorgente, noti come ottiche divergenti, e quelli che creano un fascio stretto rispetto alla sorgente, la cosiddetta ottica di collimazione. Come sorgente di luce piatta con una vasta distribuzione lambertiana, le luci Cob richiedono l’ottica di collimazione per la maggior parte delle applicazioni. L’ottica non solo restringe l’angolo del fascio, ma controlla anche la distribuzione della luce per meglio adattarsi all’applicazione. Questo può includere la creazione di una luce più diffusa con illuminazione uniforme, fasci più mirati per aumentare la lunghezza e l’intensità o fasci con tagli stretti. L’ottica di collimazione include sia lenti che riflettori. Le lenti sono in genere più efficienti dei riflettori e di solito offrono un migliore controllo del fascio. Per una luce di collimazione, di solito si utilizzano le lenti a riflessione interna totale. Le lenti Tir coprono l’intera Les per raccogliere tutta la luce del Led e utilizzano principi di rifrazione e riflessione per ottenere un alto grado di efficienza. Mentre sono adatte per i Led con una Les più piccola, con Cob più grandi, le lenti Tir possono essere troppo grandi o antieconomiche. Di conseguenza, i Cob di dimensioni maggiori tendono a usare i riflettori per fornire il giusto equilibrio tra prestazioni ed economicità. Seppure convenienti e leggeri, i riflettori sono in grado d’influenzare solo la luce emessa lateralmente dal Led che tocca la superficie riflettente. La luce che viene emessa direttamente dal Led senza toccare il riflettore non viene coinvolta. Mentre la luce rivolta in avanti viene trasmessa in maniera molto efficiente, non vi è alcun controllo sulla sua distribuzione. Alcune applicazioni possono tollerare questo aspetto, ma per applicazioni che richiedono un controllo del fascio più completo, i riflettori possono non essere sufficienti. Recentemente sono stati introdotti sul mercato elementi ottici ibridi che combinano un design del riflettore con una lente Tir per dirigere la luce che normalmente sarebbe trasmessa senza passare attraverso l’ottica in un riflettore puro. Questi design, come Saga di LedIL, sono in grado di raggiungere il controllo totale del fascio senza avere un ingombro e un peso eccessivi.
Considerazioni termiche
In un Led Cob, il die è collegato direttamente al substrato, che è montato direttamente sul dissipatore insieme a materiale di interfaccia termica. Questo design migliora le prestazioni termiche rispetto ai Led Smd che sono separati dal dissipatore di calore dal packaging e da uno strato della scheda relativamente più spesso. Tuttavia, la bassa resistenza termica dei Led Cob non significa che il raffreddamento sia meno importante, in quanto la natura ad alta densità degli array genera molto calore su un’area di piccole dimensioni. Come per tutti i Led, la temperatura di giunzione del Led Cob deve essere mantenuta sempre al di sotto dei limiti di funzionamento specificati nelle schede tecniche attraverso l’uso di un dissipatore con resistenza termica adeguata. Il materiale del substrato del Led Cob influenzerà anche la resistenza termica del dispositivo. I Led Cob con substrato di alluminio sono più economici, mentre quelli con substrato ceramico come la famiglia Cree CXA offrono migliori prestazioni termiche.
Considerazioni elettriche
Anziché utilizzare un circuito personalizzato, i Led Cob sono di solito alimentati da un driver Led esterno che fornisce una corrente costante. La scelta del driver corretto per il design Cob è generalmente molto semplice, in quanto di solito c’è solo un Led da pilotare e per i modelli Cob più comuni le tabelle di compatibilità dei driver sono facilmente reperibili.
I vantaggi della tecnologia Cob
L’impatto della tecnologia Led Chip-on-board sul settore dell’illuminazione è stato immenso. Evitando i vincoli dei package standard dei Led Smd, la tecnologia Cob è riuscita a ottenere una maggiore densità del flusso luminoso, riducendo i costi del materiale. Con un’unica, grande Les, i Led Cob forniscono anche una sorgente di luce omogenea che ben si adatta a faretti, luci spot e proiettori. I vantaggi della tecnologia Cob vanno oltre quelli di un’illuminazione di alta qualità dai prezzi contenuti. Con un elevato numero di lumen in un unico package, molte applicazioni di illuminazione standard possono essere alimentate da un singolo array Cob, semplificando notevolmente il design e il montaggio dell’apparecchio. Per molti Led Cob popolari, sono stati prodotti anche interi ecosistemi di ottiche compatibili, driver e dissipatori di calore, rendendo estremamente facile creare un apparecchio completo basato sulla tecnologia Cob. I Led Cob non possono ancora fare tutto - per le strisce di luci, le lampade, i tubi luminosi e l’illuminazione architettonica sono ancora migliori le tradizionali soluzioni basate su Led Smd, ma per molte applicazioni di illuminazione comuni rappresentano una forte proposta di valore sia per gli utenti finali che per i lighting designer.
