В современном развитии светотехнической индустрии светодиодные и КОБ-источники света, несомненно, являются двумя самыми яркими жемчужинами. Их уникальные технические преимущества совместно способствуют прогрессу отрасли. В данной статье подробно проанализированы различия, преимущества и недостатки КОБ-источников света и светодиодов, а также возможности и проблемы, с которыми они сталкиваются на современном рынке светотехники, а также их влияние на будущие тенденции развития отрасли.
ЧАСТЬ.01
Процесс упаковки: переход от отдельных единиц к интегрированным модулям
Традиционные светодиодные источники света
Традиционные светодиодные источники света используют однокристальный режим упаковки, который состоит из светодиодных чипов, золотых проводов, кронштейнов, люминофоров и упаковочных коллоидов. Чип крепится к нижней части кронштейна чашки отражателя с помощью токопроводящего клея, золотая проволока соединяет электрод чипа и штифт кронштейна, а люминофор смешивается с силикагелем, чтобы покрыть поверхность чипа для достижения спектрального преобразования. Этот метод упаковки создает множество форм, таких как прямое подключение и тип пэтч, но по сути это повторяющаяся комбинация независимых светоизлучающих единиц, таких как рассеянные жемчужины, которые необходимо тщательно соединить последовательно, чтобы светить. Однако при построении источника света большой площади сложность оптической системы будет возрастать экспоненциально, так же как строительство величественного здания, которое требует больших трудозатрат и материальных ресурсов для сращивания и комбинирования каждого кирпича и камня.
Источник света КОБ
Источник света КОБ ломает традиционную парадигму корпусирования и использует технологию прямой сварки нескольких чипов, что позволяет напрямую соединять десятки и тысячи светодиодных чипов на металлической печатной плате или керамической подложке. Чипы электрически соединены между собой с помощью высокоплотной проводки, а вся поверхность покрыта слоем кремния, содержащим люминофор, для формирования равномерно светящейся поверхности. Такая архитектура подобна инкрустации жемчужин на прекрасном холсте, устраняя физический зазор между отдельными светодиодами и реализуя совместный дизайн оптики и термоэлементов. Например, Люмиледы ЛЮКСЕОН КОБ использует технологию эвтектической сварки для интеграции 121 чипа мощностью 0,5 Вт на круглой подложке диаметром 19 мм с общей мощностью 60 Вт. Расстояние между чипами сжато до 0,3 мм. Благодаря специальной отражающей полости равномерность распределения света превышает 90%. Этот интегрированный пакет не только упрощает производственный процесс, но и создает новую форму источника света в виде модуля, обеспечивая революционную основу для проектирования ламп, а также предоставляя дизайнерам освещения изысканные готовые модули, что значительно повышает эффективность проектирования и производства.
ЧАСТЬ.02
Оптические свойства: преобразование точечного источника света в поверхностный источник света
Один светодиод
Один светодиод по сути является ламбертовским источником света с углом излучения света около 120°, но распределение интенсивности света представляет собой кривую крыла летучей мыши с резким уменьшением в центре, подобно яркой звезде, сияющей, но несколько рассеянной. Для того, чтобы удовлетворить потребности в освещении, кривая распределения интенсивности света должна быть изменена с помощью вторичной оптической конструкции. Система линз использует линзу МДП для сжатия угла излучения света до 30°, но потеря световой эффективности составляет 15%-20%; параболический отражатель в отражающем решении может увеличить интенсивность света в центре, но он будет создавать очевидные световые пятна; при объединении нескольких светодиодов необходимо поддерживать достаточное расстояние между ними, чтобы избежать хроматической аберрации, которая увеличит толщину лампы, точно так же, как пытаться собрать идеальную картину со звездами на ночном небе, но всегда трудно избежать изъянов и теней.
Интегрированная архитектура КОБ
Интегрированная архитектура КОБ естественным образом обладает характеристиками поверхностного источника света, подобно яркой галактике, с равномерным и мягким светом. Плотное расположение множества чипов устраняет темные области, а благодаря технологии массива микролинз равномерность освещения может достигать 85% на расстоянии до 5 м; благодаря шероховатой поверхности подложки угол светового потока может быть расширен до 180°, что снижает индекс бликования (УГР) до менее 19; при том же световом потоке оптическое расширение КОБ на 40% меньше, чем у массива светодиодов, что значительно упрощает проектирование освещения. В музейном освещении трековый светильник КОБ от ЭРКО достигает коэффициента освещенности 50:1 на проекционном расстоянии 0,5 метра через линзу свободной формы, что идеально решает противоречие между равномерным освещением продукта и выделением ключевых точек.
ЧАСТЬ.03
Решение по управлению тепловым режимом: инновации от локального рассеивания тепла до теплопроводности на системном уровне
Традиционный светодиодный источник света
В традиционных светодиодах используется четырёхуровневая схема теплопроводности: чип – слой твёрдого кристалла – кронштейн – печатная плата. Тепловое сопротивление сложное, подобно обмотке, что препятствует быстрому рассеиванию тепла. Что касается теплового сопротивления интерфейса, контактное сопротивление между чипом и кронштейном составляет 0,5–1,0 ℃/Вт; что касается теплового сопротивления материала, теплопроводность платы FR-4 составляет всего 0,3 Вт/м·К, что становится узким местом для рассеивания тепла. В результате кумулятивного эффекта локальные горячие точки могут повысить температуру перехода на 20–30 ℃ при объединении нескольких светодиодов. Экспериментальные данные показывают, что при температуре окружающей среды 50℃ скорость затухания света SMD-светодиода в 3 раза выше, чем при температуре окружающей среды 25℃, а срок службы сокращается до 60% от стандарта L70. Точно так же, как при длительном воздействии солнца производительность и срок службы светодиодных источников света значительно снижаются.
Источник света КОБ
В КОБ используется трёхуровневая архитектура теплопроводности: чип – подложка – радиатор, что позволяет достичь качественного скачка в управлении теплом, подобно широкой и ровной магистрали для источника света, что позволяет теплу быстро отводиться и рассеиваться. Что касается инновационных подложек, теплопроводность алюминиевой подложки достигает 2,0 Вт/м·К, а керамической подложки из нитрида алюминия – 180 Вт/м·К. Что касается конструкции теплоотвода, под массивом чипов расположен слой теплоотвода, позволяющий контролировать разницу температур в пределах ±2 °C. Кроме того, она совместима с жидкостным охлаждением, а теплоотдача достигает 100 Вт/см² после контакта подложки с пластиной жидкостного охлаждения. При применении в автомобильных фарах источники света Осрам КОБ используют конструкцию с термоэлектрическим разделением для стабилизации температуры перехода ниже 85 ℃, соответствуют требованиям надежности автомобильного класса АЭК-Q102 и имеют срок службы более 50 000 часов. Даже при движении автомобиля на высокой скорости они по-прежнему могут обеспечивать водителей стабильным и надежным освещением, гарантируя безопасность вождения.
ЧАСТЬ.04
Светоэффективность и энергоэффективность: прорыв от теоретических ограничений к инженерной оптимизации
Традиционные светодиодные источники света
Повышение эффективности светодиодного освещения следует закону Гейтца и продолжает прорываться через систему материалов и структурные инновации. В эпитаксиальной оптимизации структура с несколькими квантовыми ямами InGaN/GaN позволяет достичь внутренней квантовой эффективности 90%; шаблонные подложки, такие как шаблоны ПСС, увеличивают эффективность извлечения света до 85%; с точки зрения инноваций в области люминофора, сочетание красного порошка CASN и желто-зеленого порошка ЛуАГ достигает индекса цветопередачи Ra>95. Светодиоды серии КХ от Кри имеют световую эффективность 303 лм/Вт, но преобразование лабораторных данных в инженерные приложения по-прежнему сталкивается с практическими проблемами, такими как потери при упаковке и эффективность вождения, точно так же, как одаренный спортсмен может добиться потрясающих результатов в идеальном состоянии, но на реальной арене он подвержен различным факторам.
Источник света КОБ
КОБ достигает прорыва в проектировании эффективности освещения благодаря синергии оптической связи и терморегулирования. При зазоре между кристаллами <0,5 мм потери на оптической связи составляют <5%; коэффициент затухания света уменьшается на 50% при снижении температуры перехода на каждые 10 °C; конструкция интегрированного драйвера позволяет интегрировать AC/DC-драйвер непосредственно в подложку, а эффективность системы достигает 90%. В сельскохозяйственных системах освещения Samsung LM301B COB достигает PPF/W (эффективность фотосинтетических фотонов) 3,1 мкмоль/Дж благодаря оптимизации спектра и терморегулированию, что на 40% экономит энергию по сравнению с традиционными HPS-лампами. Подобно опытному мастеру, благодаря тщательной настройке и оптимизации, источник света может обеспечить максимальную эффективность в практическом применении.
ЧАСТЬ.05
Сценарии применения: от дифференцированного позиционирования до расширения интегрированных инноваций
Традиционные светодиодные источники света
Светодиоды занимают определённые рынки благодаря своей гибкости. В области индикации светодиоды в корпусах 0402/0603 доминируют на рынке индикаторных ламп для бытовой электроники; в области специального освещения УФ-светодиоды заняли монопольное положение в областях лечения и медицины; в области динамической индикации мини-светодиоды достигают контрастности 10000:1, что значительно превосходит ЖК-дисплеи. Например, в сфере умных носимых устройств красный светодиод Эпистар 0201 имеет площадь всего 0,25 мм², но способен обеспечивать интенсивность света 100 мкд, что соответствует требованиям датчиков сердечного ритма.
Источник света КОБ
КОБ меняет парадигму светотехники. В коммерческом освещении определённая марка КОБ-светильников достигает световой эффективности системы 120 лм/Вт, что на 60% экономит электроэнергию по сравнению с традиционными решениями; в наружном освещении большинство отечественных брендов КОБ-светильников уже обеспечивают освещение по требованию и контроль светового загрязнения благодаря интеллектуальному диммированию; в новых областях применения источники УФ-излучение КОБ-света достигают 99,9% степени стерилизации в области очистки воды, а время отклика составляет менее 1 секунды. В области растениеводства, благодаря оптимизации спектральной формулы полноспектральных КОБ-светильников, содержание витамина С в салате может быть увеличено на 30%, а цикл роста сокращен на 20%.
ЧАСТЬ.06
Возможности и проблемы: взлеты и падения на рыночной волне
Возможности
Повышение потребительского спроса и качества освещения: с ростом уровня жизни требования людей к качеству освещения возросли. КОБ-светильники открыли широкий рынок высококачественного бытового и коммерческого освещения благодаря своим превосходным световым характеристикам и равномерному распределению света; светодиоды пользуются популярностью на рынках интеллектуального и атмосферного освещения благодаря насыщенным цветам и гибким функциям диммирования и регулировки цвета, что отвечает потребностям потребителей в персонализированных и интеллектуальных осветительных приборах в условиях роста потребления.
Продвижение политики энергосбережения и защиты окружающей среды: во всем мире придается большое значение энергосбережению и защите окружающей среды, и правительства разных стран внедрили политику, стимулирующую развитие светотехнической промышленности в направлении высокой эффективности и энергосбережения. Как представитель энергосберегающего освещения, светодиод отличается низким энергопотреблением и длительным сроком службы, что позволяет ему получить большое количество возможностей рыночного применения при политической поддержке. Он широко используется в внутреннем и наружном освещении, дорожном освещении, промышленном освещении и других областях; КОБ также выигрывает. Улучшая качество освещения, он может достичь определенных энергосберегающих эффектов. В профессиональных световых сценах с высокими требованиями к использованию света он может улучшить энергосберегающие эффекты за счет оптической конструкции и преобразования энергии.
Технологические инновации и модернизация промышленности: волна технологических инноваций в светотехнической отрасли продолжается, давая новый импульс развитию КОБ и светодиодов. Сотрудники отдела исследований и разработок КОБ изучают упаковочные материалы и процессы для улучшения характеристик рассеивания тепла, светоотдачи и надежности, снижения производственных затрат и расширения сферы применения. Прорывы в технологии светодиодных кристаллов, инновации в упаковке и интеграция интеллектуальных технологий управления значительно улучшили их производительность и функциональность.
Проблемы
Жесткая рыночная конкуренция: КОБ и светодиоды сталкиваются с жесткой конкуренцией со стороны многих производителей. Рынок светодиодов характеризуется зрелыми технологиями, низкими барьерами для входа, высокой однородностью продукции, жесткой ценовой конкуренцией и низкой рентабельностью корпораций. Хотя КОБ имеет преимущества на рынке высокого класса, по мере роста числа компаний конкуренция также усиливается, и создание дифференцированных конкурентных преимуществ становится для компаний сложной задачей.
Быстрое обновление технологий: В светотехнической отрасли технологии стремительно обновляются, и производителям КОБ- и светодиодных ламп необходимо идти в ногу со временем и адаптироваться к изменениям рынка и потребительскому спросу. Компаниям, производящим КОБ-лампы, необходимо следить за развитием микросхем, процессов упаковки и технологий теплоотвода, а также корректировать направление разработки продукции. Производители светодиодов сталкиваются с двойным давлением: модернизацией традиционных технологий и появлением новых технологий освещения.
Несовершенные стандарты и спецификации: отраслевые стандарты и спецификации КОБ и ВЕЛ несовершенны, а в качестве продукции, тестировании производительности, сертификации безопасности и т. д. существуют «серые зоны», что приводит к неравномерному качеству продукции, затрудняет оценку качества потребителями, создает трудности для создания корпоративного бренда и продвижения на рынке, а также увеличивает операционные риски и расходы компании.
ЧАСТЬ.07
Тенденции развития отрасли: будущий путь интеграции, высокого класса и диверсификации
Тенденции развития слияния: ожидается, что КОБ и светодиоды будут развиваться в комплексе. Например, в светотехнической промышленности КОБ, как основной источник света, обеспечивает равномерное и яркое базовое освещение, а в сочетании с функциями регулировки цвета и интеллектуального управления светодиодами позволяет добиться разнообразных и персонализированных световых эффектов, в полной мере используя преимущества обоих источников и удовлетворяя всесторонние и глубокие потребности потребителей.
Высокотехнологичные и интеллектуальные разработки идут рука об руку: с повышением качества жизни и требований к освещению КОБ и ВЕЛ развиваются в направлении высоких и интеллектуальных технологий. Предприятия увеличат инвестиции в НИОКР и инновации, повысят производительность, качество и дизайн продукции, а также создадут имидж бренда класса люкс. Светотехническая продукция будет интегрироваться с такими технологиями, как Интернет вещей, большие данные и искусственный интеллект, для реализации таких функций, как автоматическое управление, переключение сцен и мониторинг энергопотребления. Потребители смогут удаленно управлять осветительным оборудованием через мобильное приложение или голосовых помощников, обеспечивая энергосберегающее управление.
Расширение диверсифицированных сфер применения: области применения КОБ и светодиодов продолжают расширяться и диверсифицироваться. Помимо традиционного внутреннего и наружного освещения, дорожного освещения и других рынков, они также будут играть важную роль в таких развивающихся областях, как сельскохозяйственное, медицинское и морское освещение. Например, светодиоды в сельскохозяйственном освещении излучают свет определенной длины волны, стимулирующий фотосинтез растений; высокая цветопередача и равномерность света КОБ в медицинском освещении помогают врачам диагностировать и лечить заболевания, а также улучшать условия для пациентов.
На бескрайнем звездном небе светотехнической индустрии источники света КОБ и светодиодные источники света продолжат сиять, каждый из которых обладает своими преимуществами и объединяет инновации, чтобы совместно освещать яркий путь устойчивого развития человечества. Они подобны паре исследователей, идущих бок о бок, постоянно исследуя новые берега в океане технологий, принося всё больше сюрпризов и света в жизнь людей и способствуя развитию всех сфер жизни.