În dezvoltarea modernă a industriei iluminatului, sursele de lumină LED și COB sunt, fără îndoială, cele două perle cele mai strălucitoare. Se bazează pe avantajele lor tehnice unice pentru a promova împreună progresul industriei. Acest articol va analiza în profunzime diferențele, avantajele și dezavantajele surselor de lumină COB și LED-urilor și va explora oportunitățile și provocările cu care se confruntă cele două în mediul actual al pieței iluminatului, precum și impactul asupra tendinței viitoare de dezvoltare a industriei.
PARTEA 1
Procesul de ambalare: saltul de la unități discrete la module integrate
Surse tradiționale de lumină LED
Sursele tradiționale de lumină LED adoptă un mod de ambalare cu un singur cip, care constă din cipuri LED, fire de aur, suporturi, fosfor și coloizi de ambalare. Cipul este fixat pe partea inferioară a suportului reflectorului cu un adeziv conductiv, firul de aur conectează electrodul cipului și pinul suportului, iar fosforul este amestecat cu silicagel pentru a acoperi suprafața cipului și a realiza conversia spectrală. Această metodă de ambalare creează o varietate de forme, cum ar fi conectarea directă și tipul patch, dar este în esență o combinație repetată de unități independente emițătoare de lumină, cum ar fi perlele împrăștiate, care trebuie conectate cu atenție în serie pentru a străluci. Cu toate acestea, atunci când se construiește o sursă de lumină de mare suprafață, complexitatea sistemului optic va crește exponențial, la fel ca în cazul construirii unei clădiri magnifice, care necesită multă forță de muncă și resurse materiale pentru a îmbina și îmbina fiecare cărămidă și piatră.
Sursă de lumină COB
Sursa de lumină COB iese din paradigma tradițională de ambalare și adoptă tehnologia de sudare directă multi-cip pentru a lipi direct zeci sau chiar mii de cipuri LED pe o placă de circuit imprimat pe bază de metal sau un substrat ceramic. Cipurile sunt interconectate electric prin cabluri de înaltă densitate, iar întreaga suprafață este acoperită cu un strat de silicon care conține fosfor pentru a forma o suprafață luminoasă uniformă. Această arhitectură este ca și cum ai încrusta perle pe o pânză frumoasă, eliminând spațiul fizic dintre LED-uri individuale și realizând designul colaborativ al opticii și termicii. De exemplu, Lumileds LUXEON COB utilizează tehnologia de sudare eutectică pentru a integra 121 de cipuri de 0,5 W pe un substrat circular cu un diametru de 19 mm, cu o putere totală de 60 W. Distanța dintre cipuri este comprimată la 0,3 mm. Cu o cavitate reflectorizantă specială, uniformitatea distribuției luminii depășește 90%. Acest pachet integrat nu numai că simplifică procesul de producție, dar creează și o nouă formă de sursă de lumină " sub numele de modul"h, oferind o bază revoluționară pentru designul lămpilor, la fel cum le oferă designerilor de iluminat module prefabricate deosebite, îmbunătățind considerabil eficiența proiectării și producției.
PARTEA 02
Proprietăți optice: transformarea de la sursă de lumină punctuală la sursă de lumină de suprafață
LED unic
Un singur LED este în esență o sursă de lumină Lambertiană cu un unghi de emisie a luminii de aproximativ 120°, dar distribuția intensității luminii este o curbă în formă de aripă de liliac cu o scădere bruscă în centru, ca o stea strălucitoare, strălucind, dar oarecum împrăștiată. Pentru a satisface nevoile de iluminare, curba de distribuție a luminii trebuie remodelată prin design optic secundar. Sistemul de lentile utilizează lentile TIR pentru a comprima unghiul de emisie a luminii la 30°, dar pierderea eficienței luminii este de 15%-20%; reflectorul parabolic din soluția reflectoarelor poate crește intensitatea luminii centrale, dar va produce pete luminoase evidente; atunci când sunt combinate mai multe LED-uri, acestea trebuie să mențină o distanță suficientă pentru a evita aberația cromatică, ceea ce va crește grosimea lămpii, la fel ca încercarea de a reconstrui o imagine perfectă cu stele pe cerul nopții, dar este întotdeauna dificil să se evite defectele și umbrele.
Arhitectură integrată COB
Arhitectura integrată a COB are în mod natural caracteristicile unei surse de lumină de suprafață, precum o galaxie strălucitoare, cu lumină uniformă și blândă. Aranjamentul dens al mai multor cipuri elimină zonele întunecate, iar cu tehnologia matricei de microlentile, uniformitatea iluminării poate fi de 85% pe o distanță de 5 m; prin rugozitatea suprafeței substratului, unghiul luminii poate fi extins la 180°, reducând indicele de strălucire (UGR) sub 19; sub același flux luminos, extensia optică a COB este cu 40% mai mică decât cea a matricei LED, ceea ce simplifică semnificativ designul iluminatului. În scena iluminatului muzeal, lumina pe șină COB de la ERCO atinge un raport de iluminare de 50:1 la o distanță de proiecție de 0,5 metri printr-o lentilă cu formă liberă, ceea ce rezolvă perfect contradicția dintre iluminarea uniformă a produsului și evidențierea punctelor cheie.
PARTEA 03
Soluție de gestionare termică: inovație de la disiparea locală a căldurii la conducția termică la nivel de sistem
Sursă de lumină LED tradițională
LED-urile tradiționale adoptă o cale de conducție termică pe patru niveluri: "chip - strat de cristal solid - suport - PCB"h, iar rezistența termică este complexă, similară unei căi de înfășurare, ceea ce împiedică disiparea rapidă a căldurii. În ceea ce privește rezistența termică la interfață, există o rezistență termică de contact de 0,5-1,0 ℃/W între cip și suport; în ceea ce privește rezistența termică a materialului, conductivitatea termică a plăcii FR-4 este de numai 0,3 W/m·K, ceea ce devine un blocaj în disiparea căldurii; sub efectul cumulativ, punctele fierbinți locale pot crește temperatura joncțiunii cu 20-30 ℃ atunci când sunt combinate mai multe LED-uri. Datele experimentale arată că atunci când temperatura ambiantă atinge 50 ℃, rata de descreștere a luminii LED-urilor SMD este de 3 ori mai rapidă decât cea a mediului de 25 ℃, iar durata de viață este scurtată la 60% față de standardul L70, la fel ca expunerea la soare pentru o perioadă lungă de timp, performanța și durata de viață a surselor de lumină LED vor fi reduse considerabil.
Sursă de lumină COB
COB adoptă o arhitectură de conducție pe trei niveluri: chip - substrat - radiator pentru a realiza un salt calitativ în gestionarea termică, la fel ca pavarea unei autostrăzi largi și plate pentru sursa de lumină, permițând conducerea și disiparea rapidă a căldurii. În ceea ce privește inovația substratului, conductivitatea termică a substratului de aluminiu atinge 2,0 W/m·K, iar substratul ceramic din nitrură de aluminiu atinge 180 W/m·K; în ceea ce privește designul de disipare a căldurii, un strat de disipare a căldurii este așezat sub matricea de cipuri pentru a controla diferența de temperatură în limita a ±2 ℃; în același timp, este compatibil cu răcirea cu lichid, iar capacitatea de disipare a căldurii atinge 100 W/cm² după ce substratul intră în contact cu placa de răcire cu lichid. În aplicațiile farurilor auto, sursele de lumină Osram COB utilizează un design de separare termoelectrică pentru a stabiliza temperatura joncțiunii sub 85 ℃, îndeplinesc cerințele de fiabilitate AEC-Q102 pentru automobile și au o durată de viață de peste 50.000 de ore, la fel ca atunci când mașina se deplasează cu viteză mare, putând oferi șoferilor o iluminare stabilă și fiabilă pentru a asigura siguranța la volan.
PARTEA 4
Eficiența luminii și eficiența energetică: o descoperire avansată de la limitele teoretice la optimizarea inginerească
Surse tradiționale de lumină LED
Îmbunătățirea eficienței luminii LED respectă legea lui Heitz și continuă să progreseze prin inovații structurale și de sistem materiale. În optimizarea epitaxială, structura multi-cuantică InGaN/GaN face ca eficiența cuantică internă să atingă 90%; substraturile modelate, cum ar fi modelele PSS, cresc eficiența de extracție a luminii la 85%; în ceea ce privește inovația în domeniul fosforului, combinația de pulbere roșie CASN și pulbere galben-verde LuAG atinge un indice de redare a culorii de Ra>95. LED-ul din seria KH de la Cree are o eficiență luminoasă de 303lm/W, dar transformarea datelor de laborator în aplicații inginerești se confruntă în continuare cu provocări practice, cum ar fi pierderile de ambalare și eficiența de conducere, la fel ca un atlet talentat care poate crea rezultate uimitoare într-o stare ideală, dar în arena reală, este supusă diverșilor factori.
Sursă de lumină COB
COB realizează progrese în domeniul eficienței luminoase inginerești prin sinergia dintre cuplajul optic și managementul termic. Când distanța dintre cipuri este <0,5 mm, pierderea de cuplaj optic este <5%; rata de atenuare a luminii scade cu 50% pentru fiecare scădere de 10 ℃ a temperaturii joncțiunii; designul integrat al driverului permite integrarea directă a driverului AC-DC în substrat, iar eficiența sistemului atinge 90%. În aplicațiile de iluminat agricol, Samsung LM301B COB atinge un PPF/W (eficiență fotonică fotosintetică) de 3,1 μmol/J prin optimizarea spectrului și managementul termic, ceea ce reprezintă o economie de energie de 40% în comparație cu lămpile HPS tradiționale. Ca un meșteșugar experimentat, printr-o ajustare și optimizare atentă, sursa de lumină poate atinge eficiența maximă în aplicațiile practice.
PARTEA 05
Scenarii de aplicare: De la poziționare diferențiată la extinderea inovației integrate
Surse tradiționale de lumină LED
LED-urile ocupă piețe specifice datorită flexibilității lor. În domeniul afișajului indicatorilor, LED-urile încapsulate 0402/0603 domină piața indicatoarelor luminoase electronice de larg consum; în iluminatul special, LED-urile UV au format un monopol în domeniul vindecării și al medicinei; în afișajul dinamic, luminile de fundal Mini LED ating un raport de contrast de 10000:1, subminând afișajele LCD. De exemplu, în domeniul dispozitivelor inteligente portabile, LED-ul roșu 0201 de la Epistar are o dimensiune de doar 0,25 mm², dar poate furniza o intensitate luminoasă de 100 mcd, satisfăcând nevoile senzorilor de monitorizare a ritmului cardiac.
Sursă de lumină COB
COB redefinește paradigma ingineriei iluminatului. În iluminatul comercial, o anumită marcă de downlight COB atinge o eficiență luminoasă a sistemului de 120 lm/W, ceea ce reprezintă o economie de energie de 60% în comparație cu soluțiile tradiționale; în iluminatul exterior, majoritatea mărcilor de iluminat stradal COB pentru uz casnic pot realiza deja iluminat la cerere și control al poluării luminoase prin reglarea inteligentă a intensității luminoase; în domeniile de aplicare emergente, sursele de lumină UVC COB ating o rată de sterilizare de 99,9% în domeniul tratării apei, iar timpul de răspuns este <1 secundă. În domeniul fabricilor de plante, prin optimizarea formulei spectrale a surselor de lumină COB cu spectru complet, conținutul de vitamina C din salată poate fi crescut cu 30%, iar ciclul de creștere poate fi scurtat cu 20%.
PARTEA 06
Oportunități și provocări: suișuri și coborâșuri în valul pieței
Oportunități
Îmbunătățirea consumului și a cererii de calitate: Odată cu îmbunătățirea nivelului de trai, cerințele oamenilor privind calitatea iluminatului au crescut. COB a inaugurat o piață largă în iluminatul rezidențial și comercial de înaltă calitate, datorită performanței sale luminoase excelente și distribuției uniforme a luminii; LED-ul este preferat pe piețele de iluminat inteligent și de atmosferă, datorită culorilor sale bogate și funcțiilor flexibile de reglare a intensității luminoase și a culorii, ceea ce satisface cererea consumatorilor pentru produse de iluminat personalizate și inteligente, în contextul tendinței de îmbunătățire a consumului.
Promovarea politicilor de economisire a energiei și de protecție a mediului: Lumea acordă o importanță deosebită conservării energiei și protecției mediului, iar guvernele diferitelor țări au introdus politici pentru a încuraja dezvoltarea industriei iluminatului în direcția unei eficiențe ridicate și a economisirii energiei. Ca reprezentare a iluminatului de economisire a energiei, LED-ul are un consum redus de energie și o durată lungă de viață, ceea ce îi permite să obțină un număr mare de oportunități de aplicare pe piață sub sprijinul politicilor. Este utilizat pe scară largă în iluminatul interior și exterior, iluminatul stradal, iluminatul industrial și alte domenii; COB are, de asemenea, avantaje. Îmbunătățind calitatea iluminatului, poate obține anumite efecte de economisire a energiei. În scenele de iluminat profesional cu cerințe ridicate de utilizare a luminii, poate îmbunătăți efectele de economisire a energiei prin design optic și conversie a energiei.
Inovație tehnologică și modernizare industrială: Valul de inovație tehnologică în industria iluminatului continuă, oferind un nou impuls pentru dezvoltarea COB și LED. Personalul de cercetare și dezvoltare COB explorează materiale și procese de ambalare pentru a îmbunătăți performanța de disipare a căldurii, eficiența luminii și fiabilitatea, a reduce costurile de producție și a extinde domeniul de aplicare; descoperirile tehnologice ale cipurilor LED, inovațiile în formele de ambalare și integrarea tehnologiei inteligente de control au îmbunătățit considerabil performanța și funcțiile acestora.
Provocări
Concurență acerbă pe piață: COB și LED se confruntă cu o concurență acerbă din partea multor producători. Piața LED are o tehnologie matură, bariere de intrare reduse, o omogenitate serioasă a produselor, o concurență acerbă la prețuri și marje de profit corporative reduse; deși COB are avantaje pe piața high-end, pe măsură ce numărul de companii crește, concurența s-a intensificat și ea, iar crearea unor avantaje competitive diferențiate a devenit o provocare pentru companii.
Actualizări tehnologice rapide: Industria iluminatului se confruntă cu o actualizare tehnologică rapidă, iar companiile COB și LED trebuie să țină pasul cu ritmul dezvoltării tehnologice și să se adapteze la schimbările pieței și la cererea consumatorilor. Companiile COB trebuie să acorde atenție progresului cipurilor, proceselor de ambalare și tehnologiilor de disipare a căldurii și să ajusteze direcția dezvoltării produselor; companiile LED se confruntă cu dubla presiune a actualizărilor tehnologice tradiționale și a creșterii noilor tehnologii de iluminat.
Standarde și specificații imperfecte: Standardele și specificațiile industriale pentru COB și LED sunt imperfecte și există zone gri în ceea ce privește calitatea produsului, testarea performanței, certificarea siguranței etc., ceea ce duce la o calitate inegală a produsului, îngreunând evaluarea calității de către consumatori, aducând dificultăți în construirea mărcii corporative și promovarea pe piață și crescând riscurile și costurile operaționale ale companiei.
PARTEA 7
Tendințe de dezvoltare a industriei: Calea viitoare către integrare, produse de înaltă calitate și diversificare
Tendințe de dezvoltare prin fuziune: Se așteaptă ca COB și LED să realizeze o dezvoltare integrată. De exemplu, în produsele de iluminat, COB, ca sursă principală de lumină, oferă o iluminare de bază uniformă și de înaltă luminozitate, combinată cu funcțiile de reglare a culorii și control inteligent ale LED-urilor, pentru a obține efecte de iluminare diversificate și personalizate, valorificând pe deplin avantajele ambelor și satisfacând nevoile complete și detaliate ale consumatorilor.
Dezvoltarea inteligentă și cea de înaltă performanță merg mână în mână: Odată cu îmbunătățirea calității vieții și a cerințelor privind experiența în iluminat, COB și LED-urile se dezvoltă în direcția high-end și a inteligenței. Întreprinderile vor crește investițiile în cercetare și dezvoltare și inovare, vor îmbunătăți performanța, calitatea și designul produselor și vor crea o imagine de marcă de înaltă calitate; produsele de iluminat vor fi integrate cu tehnologii precum Internetul Lucrurilor, big data și inteligența artificială pentru a realiza funcții precum controlul automat, comutarea scenelor și monitorizarea consumului de energie. Consumatorii pot controla de la distanță echipamentele de iluminat prin intermediul aplicației pentru telefoane mobile sau al asistenților vocali inteligenți pentru a realiza o gestionare a economisirii energiei.
Extinderea aplicațiilor diversificate: Domeniile de aplicare ale COB și LED continuă să se extindă și să se diversifice. Pe lângă iluminatul tradițional de interior și exterior, iluminatul rutier și alte piețe, acestea vor juca un rol important și în domenii emergente, cum ar fi iluminatul agricol, iluminatul medical și iluminatul marin. De exemplu, LED-urile din iluminatul agricol emit lumină cu o anumită lungime de undă pentru a promova fotosinteza plantelor; redarea ridicată a culorilor și lumina uniformă a COB în iluminatul medical îi ajută pe medici să diagnosticheze, să trateze și să îmbunătățească mediul medical pentru pacienți.
Pe vastul cer înstelat al industriei iluminatului, sursele de lumină COB și sursele de lumină LED vor continua să strălucească, fiecare având propriile avantaje și integrând inovația pentru a ilumina împreună drumul luminos al dezvoltării durabile a omenirii. Sunt ca o pereche de exploratori care merg unul lângă altul, explorând constant noi țărmuri în oceanul tehnologiei, aducând mai multe surprize și lumină în viața oamenilor și în dezvoltarea tuturor categoriilor sociale.