Филаментная лампа

Филаментная лампа — это тип электрического источника света, в котором основным излучающим элементом является тонкая нить накаливания (филамент), выполненная из тугоплавкого металла, чаще всего из вольфрама. В отличие от классических ламп накаливания, где нить помещена в вакуумированную или газонаполненную колбу произвольной формы, филаментные лампы конструктивно имитируют внешний вид и форму свечи или газового рожка, а их светоизлучающие элементы расположены на прозрачных сапфировых или стеклянных подложках. Данный тип ламп является разновидностью светодиодных (LED) источников света, поскольку излучение создается светодиодами, расположенными вдоль нитевидных подложек, а не за счет теплового излучения.

История развития

Предпосылки появления

Первые лампы накаливания с угольной нитью, созданные Томасом Эдисоном в 1879 году, имели естественную «нитевидную» форму — излучателем служила обугленная бамбуковая или хлопковая нить. Однако по мере совершенствования технологии нить накаливания становилась все более компактной и сворачивалась в спираль для увеличения площади излучения. К середине XX века классическая лампа накаливания приобрела привычную форму «груши» с компактной вольфрамовой спиралью. Эстетика открытой нити была утрачена.

Возрождение в эпоху LED

В 2010-х годах, с массовым переходом на светодиодное освещение, производители столкнулись с проблемой: светодиодные лампы, как правило, имели непрозрачный корпус с радиатором, что делало их внешне непривлекательными для использования в открытых светильниках (люстрах, бра). Потребители требовали «лампочку Эдисона» — источник света с видимой нитью, но энергоэффективный. Техническим решением стало размещение множества миниатюрных светодиодов (чипов) на длинной узкой подложке из сапфира или алюмооксидной керамики. Такая конструкция получила название «филамент» (от англ. filament — нить). Первые коммерческие образцы филаментных LED-ламп были представлены в 2013-2014 годах китайскими и европейскими производителями.

Устройство и принцип работы

Конструкция филамента

Основной элемент лампы — светодиодный филамент. Он представляет собой:

• Подложку — узкую полоску (шириной 1-2 мм и длиной 30-60 мм) из прозрачного сапфира (оксида алюминия) или специального стекла. Сапфир обладает высокой теплопроводностью и оптической прозрачностью.
• Светодиодные чипы — от 28 до 60 миниатюрных светодиодов синего свечения, последовательно смонтированных на подложке.
• Люминофор — слой желтого люминофора, нанесенный поверх чипов. Синий свет светодиодов, проходя через люминофор, преобразуется в белый свет различной цветовой температуры (от 2200 К до 4000 К).

Отличие от обычной LED-лампы

В отличие от стандартных светодиодных ламп, где чипы установлены на массивной металлической плате с радиатором, филаментная лампа не требует громоздкого радиатора. Тепло отводится через тонкую сапфировую подложку и газовую среду внутри колбы. В качестве газа используется смесь гелия и водорода, обладающая высокой теплопроводностью. Это позволяет делать лампу полностью прозрачной, без видимых охлаждающих элементов.

Компоненты лампы

Полная конструкция филаментной лампы включает:

1. Колба — прозрачная стеклянная колба, повторяющая форму классической лампы накаливания (груша, свеча, шар, ретро-форма).
2. Филаменты — от 1 до 8 (и более) нитевидных светодиодных сборок, расположенных внутри колбы.
3. Драйвер — миниатюрный блок питания, размещенный в цоколе. Он преобразует переменное напряжение сети (220 В) в постоянное низкое напряжение (обычно 60-80 В), необходимое для работы последовательно соединенных светодиодов.
4. Цоколь — стандартные резьбовые цоколи E27, E14 или штырьковые GU10.

Классификация и виды

По форме колбы

• Ретро-форма (A60, A45) — классическая «груша», имитирующая лампу Эдисона.
• Свеча (C37, C35) — вытянутая форма, часто с заостренным концом.
• Шар (G80, G95, G125) — сферическая колба большого диаметра.
• Трубка (T30, T45) — цилиндрическая форма, часто используется в декоративных целях.
• Специальные формы — спираль, капля, «кукуруза» (corn lamp).

По цветовой температуре

• Теплый белый (2200-2700 К) — имитирует свет лампы накаливания, наиболее популярен для жилых интерьеров.
• Нейтральный белый (3000-4000 К) — более яркий и холодный свет, используется в общественных помещениях.
• Холодный белый (5000-6500 К) — редко встречается в филаментных лампах из-за эстетических предпочтений.

По типу цоколя

• E27 — стандартный резьбовой цоколь (27 мм), наиболее распространен.
• E14 — «миньон», цоколь меньшего диаметра (14 мм) для небольших светильников.
• GU10 — штырьковый цоколь с поворотным механизмом, используется в точечных светильниках.

Характеристики

Основные технические параметры филаментных ламп:

Преимущества и недостатки

Преимущества

• Энергоэффективность — потребляют до 90% меньше электроэнергии по сравнению с лампами накаливания.
• Эстетика — полностью прозрачная колба, видимая «нить» создает винтажный или индустриальный стиль.
• Мгновенное включение — не требуют времени на разогрев, в отличие от люминесцентных ламп.
• Высокий индекс цветопередачи — цвета выглядят естественно.
• Долговечность — ресурс работы значительно превышает ресурс ламп накаливания (в 15-20 раз).
• Устойчивость к вибрациям — в отличие от хрупкой вольфрамовой нити, светодиодные филаменты не разрушаются от тряски.

Недостатки

• Чувствительность к перегреву — хотя радиатор не требуется, перегрев драйвера в цоколе может сократить срок службы. Не рекомендуется использовать в закрытых герметичных плафонах без вентиляции.
• Снижение светового потока со временем — люминофор деградирует, и через 10-15 тысяч часов яркость может упасть на 20-30%.
• Цена — филаментные лампы дороже обычных светодиодных ламп с матовой колбой, хотя дешевле многих дизайнерских решений.
• Ограниченная мощность — максимальная мощность редко превышает 12-15 Вт из-за сложности отвода тепла от большого количества филаментов.

Применение

Филаментные лампы наиболее популярны в следующих областях:

• Интерьерное освещение — люстры, бра, настольные лампы, торшеры, где лампа видна. Используются в стилях лофт, ретро, прованс, скандинавский.
• Декоративное освещение — гирлянды, световые буквы, витрины, кафе и рестораны, где требуется создать уютную атмосферу.
• Освещение открытых пространств — террасы, веранды, беседки (при использовании ламп с защитой от влаги).
• Замена ламп накаливания — в исторических зданиях, музеях, где требуется сохранение исторического облика светильников.

Интересные факты

• Первые филаментные LED-лампы были разработаны японской компанией Citizen Electronics, но массовое производство наладили китайские заводы.
• Сапфировая подложка для филаментов выращивается искусственно; природный сапфир не используется из-за высокой стоимости.
• В 2016 году компания Philips представила филаментную лампу с возможностью изменения цветовой температуры (от 2200 К до 2700 К) с помощью диммера.
• Некоторые производители выпускают филаментные лампы с декоративными «угольными» нитями, которые на самом деле являются светодиодными, но имитируют внешний вид угольной нити XIX века.
• В России филаментные лампы получили широкое распространение после 2015 года, когда были введены ограничения на оборот ламп накаливания мощностью 100 Вт и выше.

Источники

1. Справочник по светотехнике / под ред. Ю. Б. Айзенберга. — М.: Знак, 2006.
2. Технический регламент Таможенного союза «Об ограничении применения опасных веществ в изделиях электротехники и радиоэлектроники» (ТР ТС 037/2016).
3. Каталоги продукции ведущих производителей светодиодного освещения (OSRAM, Philips, Gauss, Navigator).
4. Статья «LED Filament Lamps: Technology and Application» в журнале «Lighting Research & Technology», 2018.
5. Материалы конференции «Светотехника и энергоэффективность», 2019, Москва.