W nowoczesnym rozwoju branży oświetleniowej, źródła światła LED i COB są niewątpliwie dwoma najbardziej olśniewającymi perełkami. Wykorzystują swoje unikalne zalety techniczne, aby wspólnie promować rozwój branży. Niniejszy artykuł dogłębnie przeanalizuje różnice oraz zalety i wady źródeł światła COB i diod LED, a także możliwości i wyzwania, przed którymi stoją te dwa źródła w obecnej sytuacji na rynku oświetleniowym, a także ich wpływ na przyszłe trendy rozwojowe branży.
CZĘŚĆ 01
Proces pakowania: przejście od jednostek dyskretnych do modułów zintegrowanych
Tradycyjne źródła światła LED
Tradycyjne źródła światła LED wykorzystują technologię jednoukładowego pakowania, która składa się z chipów LED, złotych drutów, wsporników, luminoforów i koloidów pakujących. Chip jest mocowany do spodu wspornika klosza reflektora za pomocą kleju przewodzącego, złoty drut łączy elektrodę chipa z pinem wspornika, a luminofor jest mieszany z żelem krzemionkowym, aby pokryć powierzchnię chipa i uzyskać konwersję widmową. Ta metoda pakowania pozwala na tworzenie różnorodnych form, takich jak bezpośrednie wtykanie i typ patch, ale w istocie jest to powtarzalna kombinacja niezależnych jednostek emitujących światło, niczym rozproszone perły, które muszą być starannie połączone szeregowo, aby świecić. Jednak podczas konstruowania źródła światła o dużej powierzchni, złożoność układu optycznego będzie rosła wykładniczo, podobnie jak budowa wspaniałego budynku, która wymaga dużej siły roboczej i zasobów materiałowych do łączenia i łączenia każdej cegły i kamienia.
Źródło światła COB
Źródło światła COB przełamuje tradycyjny paradygmat pakowania i wykorzystuje technologię bezpośredniego spawania wieloprocesorowego, aby bezpośrednio łączyć dziesiątki, a nawet tysiące chipów LED na metalowej płytce drukowanej lub podłożu ceramicznym. Chipy są połączone elektrycznie za pomocą przewodów o dużej gęstości, a cała powierzchnia pokryta jest warstwą silikonu zawierającą fosfor, tworząc jednolitą, świetlną powierzchnię. Ta architektura przypomina układanie pereł na pięknym płótnie, eliminując fizyczną przerwę między pojedynczymi diodami LED i realizując wspólne projektowanie optyki i termiki. Na przykład Lumileds LUXEON COB wykorzystuje technologię spawania eutektycznego, aby zintegrować 121 chipów o mocy 0,5 W na okrągłym podłożu o średnicy 19 mm i łącznej mocy 60 W. Odstęp między chipami jest ściśnięty do 0,3 mm. Dzięki specjalnej wnęce odblaskowej, równomierność dystrybucji światła przekracza 90%. Ten zintegrowany pakiet nie tylko upraszcza proces produkcji, ale także tworzy nową formę źródła światła " w postaci modułu", zapewniając rewolucyjną podstawę do projektowania lamp, tak jak zapewnia projektantom oświetlenia wykwintne prefabrykowane moduły, znacznie zwiększając wydajność projektowania i produkcji.
CZĘŚĆ 02
Właściwości optyczne: transformacja ze źródła światła punktowego do powierzchniowego
Pojedyncza dioda LED
Pojedyncza dioda LED jest zasadniczo źródłem światła Lamberta o kącie emisji światła około 120°, ale rozkład natężenia światła ma kształt skrzydła nietoperza z ostrym spadkiem w centrum, jak jasna gwiazda, świecąca, ale nieco rozproszona. Aby sprostać potrzebom oświetleniowym, krzywa rozkładu światła musi zostać przekształcona poprzez wtórną konstrukcję optyczną. System soczewek wykorzystuje soczewkę TIR do kompresji kąta emisji światła do 30°, ale strata wydajności świetlnej wynosi 15%-20%; reflektor paraboliczny w rozwiązaniu reflektorowym może zwiększyć centralne natężenie światła, ale spowoduje to powstawanie wyraźnych punktów świetlnych; w przypadku połączenia wielu diod LED należy zachować odpowiedni odstęp, aby uniknąć aberracji chromatycznej, która zwiększy grubość lampy, podobnie jak próba złożenia idealnego obrazu z gwiazdami na nocnym niebie, ale zawsze trudno jest uniknąć wad i cieni.
Zintegrowana architektura COB
Zintegrowana architektura COB naturalnie charakteryzuje się powierzchniowym źródłem światła, takim jak błyszcząca galaktyka, o jednolitym i miękkim świetle. Gęste rozmieszczenie wielu chipów eliminuje ciemne obszary, a dzięki technologii mikrosoczewek (microlens array) równomierność oświetlenia może sięgać 85% w odległości 5 m. Dzięki chropowatości powierzchni podłoża kąt padania światła można rozszerzyć do 180°, zmniejszając współczynnik olśnienia (UGR) do wartości poniżej 19. Przy tym samym strumieniu świetlnym, rozszerzalność optyczna COB jest o 40% niższa niż matrycy LED, co znacznie upraszcza projektowanie oświetlenia. W oświetleniu muzealnym, szynoprzewód COB firmy ERCO osiąga współczynnik oświetlenia 50:1 przy odległości projekcji 0,5 metra przez soczewkę o dowolnym kształcie, co doskonale rozwiązuje problem równomiernego oświetlenia produktu i uwydatnienia jego kluczowych punktów.
CZĘŚĆ 03
Rozwiązanie w zakresie zarządzania ciepłem: innowacja od lokalnego rozpraszania ciepła do przewodzenia ciepła na poziomie systemu
Tradycyjne źródło światła LED
Tradycyjne diody LED wykorzystują czteropoziomową ścieżkę przewodzenia ciepła: "chip – warstwa kryształu litego – wspornik – płytka PCB", a rezystancja termiczna jest złożona, niczym ścieżka uzwojenia, co utrudnia szybkie odprowadzanie ciepła. Jeśli chodzi o rezystancję termiczną interfejsu, rezystancja termiczna styku między układem a wspornikiem wynosi 0,5–1,0°C/W; jeśli chodzi o rezystancję termiczną materiału, przewodność cieplna płytki FR-4 wynosi zaledwie 0,3 W/m·K, co stanowi wąskie gardło w odprowadzaniu ciepła. W efekcie kumulacji, lokalne punkty przegrzania mogą zwiększyć temperaturę złącza o 20–30°C w przypadku połączenia wielu diod LED. Dane eksperymentalne pokazują, że gdy temperatura otoczenia osiągnie 50℃, szybkość zaniku światła diod SMD LED jest 3 razy szybsza niż w środowisku o temperaturze 25℃, a żywotność ulega skróceniu do 60% standardu L70. Podobnie jak przy długotrwałym wystawieniu na działanie promieni słonecznych, wydajność i żywotność źródeł światła LED ulegają znacznemu zmniejszeniu.
Źródło światła COB
Technologia COB wykorzystuje trójpoziomową architekturę przewodzenia: "chip – podłoże – radiator", co pozwala na jakościowy skok w zarządzaniu ciepłem, niczym wybrukowanie szerokiej i płaskiej drogi dla źródła światła, umożliwiając szybkie odprowadzanie i odprowadzanie ciepła. Jeśli chodzi o innowacyjność podłoża, przewodność cieplna podłoża aluminiowego sięga 2,0 W/m·K, a ceramicznego z azotku glinu 180 W/m·K. W kwestii odprowadzania ciepła, warstwa rozpraszająca ciepło jest umieszczona pod matrycą układu scalonego, co pozwala kontrolować różnicę temperatur z dokładnością ±2°C. Jednocześnie jest ona kompatybilna z chłodzeniem cieczowym, a wydajność rozpraszania ciepła sięga 100 W/cm² po zetknięciu podłoża z płytką chłodzenia cieczą. W reflektorach samochodowych źródła światła COB firmy Osram wykorzystują konstrukcję z separacją termoelektryczną, która stabilizuje temperaturę złącza poniżej 85℃, spełnia wymagania niezawodności klasy motoryzacyjnej AEC-Q102 i ma żywotność ponad 50 000 godzin. Podobnie jak w przypadku samochodu jadącego z dużą prędkością, nadal zapewniają kierowcom stabilne i niezawodne oświetlenie, gwarantując bezpieczeństwo jazdy.
CZĘŚĆ 04
Efektywność świetlna i efektywność energetyczna: przełom od ograniczeń teoretycznych do optymalizacji inżynierskiej
Tradycyjne źródła światła LED
Poprawa wydajności świetlnej diod LED jest zgodna z prawem Heitza i stale się rozwija dzięki innowacjom materiałowym i strukturalnym. W optymalizacji epitaksjalnej, wielokwantowa struktura studni InGaN/GaN pozwala osiągnąć wewnętrzną wydajność kwantową na poziomie 90%; podłoża wzorzyste, takie jak PSS, zwiększają wydajność ekstrakcji światła do 85%; jeśli chodzi o innowacje w zakresie fosforu, połączenie czerwonego proszku CASN i żółto-zielonego proszku LuAG pozwala uzyskać współczynnik oddawania barw Ra>95. Diody LED serii KH firmy Cree charakteryzują się wydajnością świetlną na poziomie 303 lm/W, ale transformacja danych laboratoryjnych do zastosowań inżynieryjnych wciąż wiąże się z praktycznymi wyzwaniami, takimi jak straty w opakowaniu i poprawa wydajności – niczym utalentowany sportowiec, który może osiągać niesamowite wyniki w idealnym stanie, ale w rzeczywistości podlega różnym czynnikom.
Źródło światła COB
Technologia COB osiąga przełom w inżynierii oświetleniowej dzięki synergii sprzężenia optycznego i zarządzania termicznego. Przy odstępie między chipami <0,5 mm, straty sprzężenia optycznego wynoszą <5%; współczynnik tłumienia światła spada o 50% na każde 10°C spadku temperatury złącza; zintegrowana konstrukcja sterownika umożliwia bezpośrednią integrację sterownika AC-DC z podłożem, a sprawność systemu sięga 90%. W zastosowaniach oświetleniowych w rolnictwie, Samsung LM301B COB osiąga PPF/W (sprawność fotonów fotosyntetycznych) na poziomie 3,1 μmol/J dzięki optymalizacji widma i zarządzaniu termicznemu, co oznacza oszczędność energii o 40% w porównaniu z tradycyjnymi lampami HPS. Dzięki starannej regulacji i optymalizacji, źródło światła, niczym doświadczony rzemieślnik, może osiągnąć maksymalną wydajność w praktycznych zastosowaniach.
CZĘŚĆ 05
Scenariusze zastosowań: Od zróżnicowanego pozycjonowania do rozwoju zintegrowanej innowacji
Tradycyjne źródła światła LED
Diody LED zajmują określone rynki dzięki swojej elastyczności. W dziedzinie wyświetlaczy wskaźników, diody LED w obudowach 0402/0603 dominują na rynku lampek kontrolnych w elektronice użytkowej; w oświetleniu specjalistycznym, diody UV LED zdobyły monopol w dziedzinie utwardzania i medycyny; w dziedzinie wyświetlaczy dynamicznych, mini-podświetlacze LED osiągają współczynnik kontrastu 10000:1, przewyższając wyświetlacze LCD. Na przykład, w dziedzinie inteligentnych urządzeń ubieralnych, czerwona dioda LED 0201 firmy Epistar ma zaledwie 0,25 mm², ale zapewnia natężenie światła na poziomie 100 mcd, spełniając wymagania czujników monitorujących tętno.
Źródło światła COB
COB na nowo definiuje paradygmat inżynierii oświetleniowej. W oświetleniu komercyjnym, pewna marka downlightów COB osiąga wydajność świetlną systemu na poziomie 120 lm/W, co oznacza oszczędność energii rzędu 60% w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami; w oświetleniu zewnętrznym większość domowych marek lamp ulicznych COB może już zapewniać oświetlenie na żądanie i kontrolę zanieczyszczenia światłem poprzez inteligentne ściemnianie; w rozwijających się obszarach zastosowań, źródła światła UVC COB osiągają 99,9% skuteczność sterylizacji w uzdatnianiu wody, a czas reakcji wynosi <1 sekundy. W zakładach produkujących rośliny, dzięki optymalizacji widma pełnospektralnych źródeł światła COB, zawartość witaminy C w sałacie może wzrosnąć o 30%, a cykl wzrostu skrócić o 20%.
CZĘŚĆ 06
Szanse i wyzwania: wzloty i upadki na fali rynkowej
Możliwości
Zwiększenie konsumpcji i poprawa popytu na jakość: Wraz z poprawą standardów życia wzrosły wymagania dotyczące jakości oświetlenia. Technologia COB zapoczątkowała szeroki rynek oświetlenia wysokiej klasy w domach mieszkalnych i obiektach komercyjnych, dzięki doskonałej wydajności świetlnej i równomiernemu rozsyłowi światła. Technologia LED jest preferowana na rynku oświetlenia inteligentnego i nastrojowego ze względu na bogatą paletę barw oraz elastyczne funkcje ściemniania i regulacji barwy, co zaspokaja zapotrzebowanie konsumentów na spersonalizowane i inteligentne produkty oświetleniowe, zgodne z trendem zwiększania konsumpcji.
Promocja polityki energooszczędności i ochrony środowiska: Świat przywiązuje ogromną wagę do oszczędzania energii i ochrony środowiska, a rządy różnych krajów wprowadziły polityki mające na celu wspieranie rozwoju branży oświetleniowej w kierunku wysokiej wydajności i oszczędności energii. Jako przykład oświetlenia energooszczędnego, diody LED charakteryzują się niskim zużyciem energii i długą żywotnością, co pozwala im na uzyskanie wielu możliwości zastosowania na rynku w ramach wsparcia politycznego. Są szeroko stosowane w oświetleniu wewnętrznym i zewnętrznym, oświetleniu dróg, oświetleniu przemysłowym i innych dziedzinach; diody COB również przynoszą korzyści. Poprawiając jakość oświetlenia, mogą one osiągnąć pewne efekty energooszczędne. W profesjonalnych scenach oświetleniowych o wysokich wymaganiach dotyczących wykorzystania światła, mogą one poprawić efekty energooszczędności dzięki odpowiedniej konstrukcji optycznej i konwersji energii.
Innowacje technologiczne i modernizacja przemysłu: Fala innowacji technologicznych w branży oświetleniowej trwa, dając nowy impuls rozwojowi diod COB i LED. Zespół badawczo-rozwojowy COB bada materiały i procesy pakowania, aby poprawić wydajność rozpraszania ciepła, wydajność świetlną i niezawodność, obniżyć koszty produkcji i rozszerzyć zakres zastosowań. Przełom w technologii chipów LED, innowacje w zakresie form opakowań oraz integracja inteligentnych technologii sterowania znacznie poprawiły wydajność i funkcjonalność diod.
Wyzwania
Zacięta konkurencja rynkowa: diody COB i LED zmagają się z zaciętą konkurencją ze strony wielu producentów. Rynek diod LED charakteryzuje się dojrzałą technologią, niskimi barierami wejścia, znaczną jednorodnością produktów, zaciętą konkurencją cenową i niskimi marżami zysku przedsiębiorstw. Chociaż diody COB mają przewagę na rynku produktów z wyższej półki, wraz ze wzrostem liczby firm konkurencja również się zaostrzyła, a budowanie zróżnicowanych przewag konkurencyjnych stało się wyzwaniem dla firm.
Szybkie aktualizacje technologiczne: Branża oświetleniowa dynamicznie się rozwija, a firmy produkujące diody COB i LED muszą nadążać za tempem rozwoju technologicznego i dostosowywać się do zmian rynkowych oraz popytu konsumentów. Firmy produkujące diody COB muszą zwracać uwagę na postęp w dziedzinie chipów, procesów pakowania i technologii odprowadzania ciepła oraz dostosowywać kierunek rozwoju produktów. Firmy produkujące diody LED zmagają się z podwójną presją: modernizacji tradycyjnych technologii i rozwoju nowych technologii oświetleniowych.
Niedoskonałe standardy i specyfikacje: Branżowe standardy i specyfikacje dotyczące diod COB i LED są niedoskonałe, a ponadto występują niejasności w zakresie jakości produktów, testów wydajności, certyfikacji bezpieczeństwa itp., co skutkuje nierówną jakością produktów, utrudniając konsumentom ocenę jakości, powodując trudności w budowaniu marki korporacyjnej i promocji rynkowej oraz zwiększając ryzyko operacyjne i koszty przedsiębiorstwa.
CZĘŚĆ 07
Trendy rozwoju branży: Przyszła ścieżka integracji, wysokiej klasy i dywersyfikacji
Fuzyjne trendy rozwojowe: Oczekuje się, że COB i LED będą się rozwijać w sposób zintegrowany. Na przykład, w produktach oświetleniowych, COB, jako główne źródło światła, zapewnia równomierne i jasne oświetlenie podstawowe, w połączeniu z regulacją barwy i inteligentnymi funkcjami sterowania LED, co pozwala uzyskać zróżnicowane i spersonalizowane efekty świetlne, w pełni wykorzystać zalety obu technologii oraz zaspokoić kompleksowe i dogłębne potrzeby konsumentów.
Zaawansowany i inteligentny rozwój idą w parze: Wraz z poprawą jakości życia i wymagań dotyczących oświetlenia, COB i LED rozwijają się w kierunku zaawansowanego i inteligentnego oświetlenia. Przedsiębiorstwa zwiększą inwestycje w badania i rozwój oraz innowacje, poprawią wydajność, jakość i wzornictwo produktów oraz stworzą wizerunek marki wysokiej klasy; produkty oświetleniowe będą integrowane z technologiami takimi jak Internet Rzeczy, Big Data i sztuczna inteligencja, aby realizować funkcje takie jak automatyczne sterowanie, przełączanie scen i monitorowanie zużycia energii. Konsumenci mogą zdalnie sterować oświetleniem za pomocą aplikacji mobilnej lub inteligentnych asystentów głosowych, co pozwoli im oszczędzać energię.
Zróżnicowana ekspansja zastosowań: Obszary zastosowań diod COB i LED stale się rozszerzają i dywersyfikują. Oprócz tradycyjnego oświetlenia wewnętrznego i zewnętrznego, oświetlenia drogowego i innych rynków, będą one również odgrywać ważną rolę w rozwijających się dziedzinach, takich jak oświetlenie rolnicze, medyczne i morskie. Na przykład diody LED w oświetleniu rolniczym emitują światło o określonej długości fali, wspomagając fotosyntezę roślin; wysokie oddawanie barw i jednorodne światło diod COB w oświetleniu medycznym pomagają lekarzom diagnozować i leczyć pacjentów oraz poprawiać ich warunki medyczne.
W rozległym, rozgwieżdżonym niebie branży oświetleniowej źródła światła COB i LED będą nadal błyszczeć, każde z nich wykorzystując swoje atuty i integrując innowacje, aby wspólnie oświetlać jasną drogę zrównoważonego rozwoju dla ludzkości. Są jak para odkrywców idących ramię w ramię, nieustannie eksplorujących nowe brzegi oceanu technologii, wnosząc kolejne niespodzianki i światło do życia ludzi oraz rozwoju wszystkich dziedzin życia.