A világítástechnikai ipar modern fejlődésében a LED és a COB fényforrások kétségtelenül a két legszembetűnőbb gyöngyszem. Egyedi technikai előnyeikre támaszkodva együttesen mozdítják elő az iparág fejlődését. Ez a cikk mélyrehatóan elemzi a COB fényforrások és a LED-ek közötti különbségeket, előnyöket és hátrányokat, és feltárja a kettő előtt álló lehetőségeket és kihívásokat a jelenlegi világítástechnikai piaci környezetben, valamint az iparág jövőbeli fejlődési trendjére gyakorolt hatást.
1. RÉSZ
Csomagolási folyamat: ugrás a különálló egységekről az integrált modulokra
Hagyományos LED fényforrások
A hagyományos LED-es fényforrások egycsipes tokozási módot alkalmaznak, amely LED-chipekből, aranyhuzalokból, tartókonzolokból, foszforokból és tokozási kolloidokból áll. A chipet vezetőképes ragasztóval rögzítik a reflektortartó aljához, az aranyhuzal összeköti a chip elektródáját és a tartócsapot, majd a foszfort szilikagéllel keverik össze, hogy bevonják a chip felületét a spektrális konverzió elérése érdekében. Ez a tokozási módszer különféle formákat hoz létre, például közvetlen dugaszolható és patch típusú típusokat, de lényegében független fénykibocsátó egységek, például szórt gyöngyök ismételt kombinációja, amelyeket gondosan sorba kell kötni a fény eléréséhez. Nagy felületű fényforrás építésekor azonban az optikai rendszer bonyolultsága exponenciálisan növekszik, akárcsak egy nagyszerű épület építése, amely sok munkaerőt és anyagi erőforrást igényel az egyes téglák és kövek összeillesztéséhez és összekapcsolásához.
COB fényforrás
A COB fényforrás áttöri a hagyományos tokozási paradigmát, és többcsipes közvetlen hegesztési technológiát alkalmaz, hogy több tucat vagy akár több ezer LED-chipet közvetlenül rögzítsen fémalapú nyomtatott áramköri lapra vagy kerámia hordozóra. A chipek nagy sűrűségű vezetékekkel vannak elektromosan összekapcsolva, és a teljes felületet foszfort tartalmazó szilikonréteg borítja, hogy egyenletes világító felületet képezzen. Ez az architektúra olyan, mint egy gyönyörű vászonra helyezett gyöngyök, kiküszöbölve az egyes LED-ek közötti fizikai rést, és megvalósítva az optika és a hőelemek együttműködését. Például a Lumileds LUXEON COB eutektikus hegesztési technológiát alkalmaz, hogy 121 db 0,5 W-os chipet integráljon egy 19 mm átmérőjű, kör alakú hordozóra, összesen 60 W teljesítménnyel. A chipek közötti távolságot 0,3 mm-re sűrítik. Egy speciális fényvisszaverő üreggel a fényeloszlás egyenletessége meghaladja a 90%-ot. Ez az integrált csomag nemcsak leegyszerűsíti a gyártási folyamatot, hanem egy újfajta " fényforrást is létrehoz, mint modul", forradalmi alapot teremtve a lámpatervezés számára, akárcsak a világítástervezők számára a kiváló előre gyártott modulok biztosítása, jelentősen javítva a tervezés és a gyártás hatékonyságát.
2. RÉSZ
Optikai tulajdonságok: átalakulás pontszerű fényforrásból felületi fényforrássá
Egyetlen LED
Egyetlen LED lényegében egy Lambert-féle fényforrás, amelynek fénykibocsátási szöge körülbelül 120°, de a fényintenzitás-eloszlás egy denevérszárny-görbe, élesen csökkenve a közepén, mint egy fényes csillag, amely ragyog, de kissé szétszórtan. A világítási igények kielégítése érdekében a fényeloszlási görbét másodlagos optikai tervezéssel kell átalakítani. A lencserendszer TIR-lencsét használ a fénykibocsátási szög 30°-ra való sűrítésére, de a fényhatásfok-veszteség 15%-20%; a reflektor megoldásban lévő parabola reflektor növelheti a központi fényintenzitást, de ez szembetűnő fényfoltokat eredményez; több LED kombinálásakor elegendő távolságot kell fenntartani a kromatikus aberráció elkerülése érdekében, ami növeli a lámpa vastagságát, akárcsak egy tökéletes kép összeállítása az éjszakai égbolt csillagaival, de mindig nehéz elkerülni a hibákat és az árnyékokat.
Integrált architektúra COB
A COB integrált architektúrája természetes módon egy felszíni fényforrás, például egy ragyogó galaxis jellemzőivel rendelkezik, egyenletes és lágy fénnyel. A több chip sűrű elrendezése kiküszöböli a sötét területeket, és a mikrolencse-tömb technológiának köszönhetően a megvilágítás egyenletessége 5 méteres távolságon belül elérheti a 85%-ot; az aljzat felületének érdesítésével a fényszög 180°-ra bővíthető, így a káprázás indexe (UGR) 19 alá csökken; azonos fényáram mellett a COB optikai kiterjedése 40%-kal alacsonyabb, mint a LED-tömbé, ami jelentősen leegyszerűsíti a világítástervezést. Múzeumi világítási környezetben az ERCO COB sínlámpája 0,5 méteres vetítési távolságból 50:1 megvilágítási arányt ér el egy szabad formájú lencsén keresztül, ami tökéletesen megoldja a termék egyenletes megvilágítása és a kulcsfontosságú pontok kiemelése közötti ellentmondást.
3. RÉSZ
Hőgazdálkodási megoldás: innováció a helyi hőelvezetéstől a rendszerszintű hővezetésig
Hagyományos LED fényforrás
A hagyományos LED-ek négyszintű hővezetési útvonalat alkalmaznak: "chip - tömör kristályréteg - tartó - NYÁKb", és a hővezetési ellenállás összetett, mint egy tekercselési útvonal, ami akadályozza a hő gyors elvezetését. A határfelület hővezetési ellenállása 0,5-1,0 ℃/W a chip és a tartó között; az anyag hővezetési ellenállása az FR-4 kártya hővezető képessége mindössze 0,3 W/m·K, ami a hőelvezetés szűk keresztmetszetét jelenti; a kumulatív hatás miatt a lokális forró pontok 20-30 ℃-kal növelhetik a csatlakozási hőmérsékletet, ha több LED-et kombinálnak. A kísérleti adatok azt mutatják, hogy amikor a környezeti hőmérséklet eléri az 50 ℃-ot, az SMD LED fénycsökkenési sebessége háromszor gyorsabb, mint a 25 ℃-os környezetben, és az élettartama az L70 szabvány 60%-ára csökken, akárcsak a hosszú távú napsugárzásnak való kitettség esetén, a LED-es fényforrások teljesítménye és élettartama jelentősen csökken.
COB fényforrás
A COB egy háromszintű hővezetési architektúrát alkalmaz: "chip - hordozó - hűtőborda", hogy minőségi ugrást érjen el a hőkezelésben, akárcsak egy széles és sík autópálya kikövezése a fényforrás számára, lehetővé téve a hő gyors elvezetését és elvezetését. A hordozó innovációja tekintetében az alumínium hordozó hővezető képessége eléri a 2,0 W/m·K-ot, az alumínium-nitrid kerámia hordozóé pedig a 180 W/m·K-ot; a hőelvezetés szempontjából egy hőelvezető réteget helyeznek a chip tömb alá, hogy a hőmérsékletkülönbséget ±2 ℃-on belül szabályozzák; ugyanakkor kompatibilis a folyadékhűtéssel, és a hőelvezetési kapacitás eléri a 100 W/cm²-t, miután a hordozó érintkezik a folyadékhűtő lemezzel. Autóipari fényszórók alkalmazásakor az Osram COB fényforrások termoelektromos elválasztási kialakítást alkalmaznak a csatlakozási hőmérséklet 85 ℃ alatti stabilizálására, megfelelnek az AEC-Q102 autóipari megbízhatósági követelményeknek, és több mint 50 000 órás élettartammal rendelkeznek, akárcsak nagy sebességű vezetés közben, így stabil és megbízható világítást biztosítanak a vezetőknek a vezetési biztonság érdekében.
4. RÉSZ
Fényhatékonyság és energiahatékonyság: áttörés az elméleti korlátoktól a mérnöki optimalizálásig
Hagyományos LED fényforrások
A LED-ek fényhatékonyságának javítása Heitz törvényét követi, és továbbra is áttörést ér el az anyagrendszer és a szerkezeti innováció révén. Az epitaxiális optimalizálás során az InGaN/GaN többkvantumú kútszerkezet eléri a 90%-os belső kvantumhatásfokot; a mintázott szubsztrátok, például a PSS minták, 85%-ra növelik a fénykivonási hatékonyságot; a foszfor innováció tekintetében a CASN vörös por és a LuAG sárgászöld por kombinációja Ra>95 színvisszaadási indexet ér el. A Cree KH sorozatú LED-je 303lm/W fényhatékonysággal rendelkezik, de a laboratóriumi adatok mérnöki alkalmazásokba történő átalakítása továbbra is gyakorlati kihívásokkal néz szembe, mint például a csomagolási veszteség és a vezetési hatékonyság, akárcsak egy tehetséges sportoló, aki ideális állapotban lenyűgöző eredményeket tud elérni, de a tényleges arénában számos tényezőnek van kitéve.
COB fényforrás
A COB áttörést ért el a mérnöki fényhatékonyságban az optikai csatolás és a hőkezelés szinergiájának köszönhetően. Amikor a chipek közötti távolság <0,5 mm, az optikai csatolási veszteség <5%; a fénycsillapítási sebesség 50%-kal csökken a csatlakozási hőmérséklet minden 10℃-os csökkenésével; az integrált meghajtó kialakítás lehetővé teszi az AC-DC meghajtó közvetlen integrálását az aljzatba, így a rendszer hatásfoka eléri a 90%-ot. Mezőgazdasági világítási alkalmazásokban a Samsung LM301B COB 3,1 μmol/J PPF/W (fotoszintetikus fotonhatásfok) értéket ér el a spektrumoptimalizálás és a hőkezelés révén, ami 40%-os energiamegtakarítást jelent a hagyományos HPS lámpákhoz képest. Egy tapasztalt mesteremberhez hasonlóan, gondos beállítással és optimalizálással a fényforrás maximális hatékonyságot érhet el a gyakorlati alkalmazásokban.
5. RÉSZ
Alkalmazási forgatókönyvek: A differenciált pozicionálástól az integrált innováció bővítéséig
Hagyományos LED fényforrások
A LED-ek rugalmasságuknak köszönhetően meghatározott piacokat foglalnak el. A kijelzők területén a 0402/0603 tokozású LED-ek uralják a szórakoztatóelektronikai jelzőfények piacát; a speciális világítástechnika területén az UV LED-ek monopolhelyzetet teremtettek a kikeményítő és az orvostechnikai területeken; a dinamikus kijelzők terén a Mini LED háttérvilágítások 10000:1 kontrasztarányt érnek el, felülmúlva az LCD kijelzőket. Például az okos viselhető eszközök területén az Epistar 0201 piros LED-je mindössze 0,25 mm² méretű, de 100 mcd fényintenzitást képes biztosítani, kielégítve a pulzusmérő érzékelők igényeit.
COB fényforrás
A COB újraértelmezi a világítástechnika paradigmáját. Kereskedelmi világításban bizonyos COB mélysugárzó márkák 120lm/W rendszerfény-hatékonyságot érnek el, ami 60%-os energiamegtakarítást jelent a hagyományos megoldásokhoz képest; kültéri világításban a legtöbb hazai COB utcai lámpamárka már képes igény szerinti világítást és fényszennyezés-szabályozást megvalósítani intelligens fényerő-szabályozással; az újonnan megjelenő alkalmazási területeken az UVC COB fényforrások 99,9%-os sterilizálási arányt érnek el a vízkezelés területén, a válaszidő pedig <1 másodperc. Növénygyárak területén a COB teljes spektrumú fényforrások spektrumképletének optimalizálásával a saláta C-vitamin-tartalma 30%-kal növelhető, a növekedési ciklus pedig 20%-kal lerövidíthető.
6. RÉSZ
Lehetőségek és kihívások: Hullámvölgyek a piaci hullámban
Lehetőségek
Fogyasztásfejlesztés és minőségi igények javítása: Az életszínvonal javulásával az emberek világításminőségi igényei is megnőttek. A COB kiváló fényerejével és egyenletes fényeloszlásával széles piacot nyitott a csúcskategóriás lakossági és kereskedelmi világítástechnikában; a LED gazdag színeivel, rugalmas fényerő-szabályozási és színbeállítási funkcióival az intelligens világítástechnika és a hangulatvilágítás piacán kedvelt, ami kielégíti a személyre szabott és intelligens világítási termékek iránti fogyasztói igényeket a fogyasztásfejlesztés trendje mellett.
Energiatakarékossági és környezetvédelmi politika előmozdítása: A világ nagy jelentőséget tulajdonít az energiatakarékosságnak és a környezetvédelemnek, és a különböző országok kormányai olyan politikákat vezettek be, amelyek ösztönzik a világítási ipart a nagy hatékonyság és az energiatakarékosság irányába való fejlődésre. Az energiatakarékos világítás képviselőjeként a LED alacsony energiafogyasztással és hosszú élettartammal rendelkezik, ami lehetővé teszi számára, hogy számos piaci alkalmazási lehetőséget kapjon a politikai támogatás keretében. Széles körben használják beltéri és kültéri világításban, útvilágításban, ipari világításban és más területeken; a COB is előnyös. A világítás minőségének javítása mellett bizonyos energiatakarékos hatásokat is elérhet. Professzionális világítási jelenetekben, ahol nagy a fénykihasználási igény, az optikai tervezés és az energiaátalakítás révén javíthatja az energiatakarékos hatásokat.
Technológiai innováció és ipari korszerűsítés: A világítástechnikai iparban folytatódik a technológiai innováció hulláma, amely új lendületet ad a COB és LED fejlesztésének. A COB K+F személyzete csomagolóanyagokat és eljárásokat vizsgál a hőelvezetési teljesítmény, a fényhatékonyság és a megbízhatóság javítása, a termelési költségek csökkentése és az alkalmazási kör bővítése érdekében; a LED-chip technológiai áttörések, a csomagolási forma innovációi és az intelligens vezérléstechnológiai integráció jelentősen javították a teljesítményt és a funkciókat.
Kihívások
Éles piaci verseny: A COB és a LED számos gyártó erős versenyével néz szembe. A LED piac érett technológiával, alacsony belépési korlátokkal, komoly termékhomogenitással, erős árversennyel és szűk vállalati profitrátákkal rendelkezik; bár a COB előnyökkel rendelkezik a felsőkategóriás piacon, a vállalatok számának növekedésével a verseny is fokozódott, és a differenciált versenyelőnyök megteremtése kihívássá vált a vállalatok számára.
Gyors technológiai frissítések: A világítástechnikai iparág gyors technológiai frissítéseken megy keresztül, és a COB és LED vállalatoknak lépést kell tartaniuk a technológiai fejlődés ütemével, és alkalmazkodniuk kell a piaci változásokhoz és a fogyasztói igényekhez. A COB vállalatoknak figyelmet kell fordítaniuk a chipek, a csomagolási folyamatok és a hőelvezetési technológiák fejlődésére, és módosítaniuk kell a termékfejlesztés irányát; a LED vállalatoknak a hagyományos technológiai frissítések és az új világítási technológiák térnyerésének kettős nyomásával kell szembenézniük.
Tökéletlen szabványok és specifikációk: A COB és LED iparági szabványai és specifikációi tökéletlenek, és vannak szürke zónák a termékminőség, a teljesítménytesztelés, a biztonsági tanúsítás stb. terén, ami egyenetlen termékminőséget eredményez, megnehezíti a fogyasztók számára a minőség megítélését, nehézségeket okoz a vállalati márkaépítésben és a piaci promócióban, valamint növeli a vállalati működési kockázatokat és költségeket.
7. RÉSZ
Iparági fejlesztési trendek: Az integráció, a high-end és a diverzifikáció jövőbeli útja
Fúziós fejlesztési trendek: A COB és a LED várhatóan integrált fejlődést ér el. Például a világítástechnikai termékekben a COB, mint fő fényforrás, egyenletes és nagy fényerejű alapvilágítást biztosít, a LED színbeállításával és intelligens vezérlési funkcióival kombinálva változatos és személyre szabott világítási effektusokat ér el, teljes mértékben kihasználja mindkét fél előnyeit, és kielégíti a fogyasztók átfogó és mélyreható igényeit.
A csúcskategóriás és intelligens fejlesztés kéz a kézben jár: Az életminőség és a világítási élmény követelményeinek javulásával a COB és a LED a csúcskategóriás és intelligens megoldások felé fejlődik. A vállalatok növelni fogják a K+F és az innovációba történő beruházásokat, javítják a termékek teljesítményét, minőségét és dizájnját, és egy csúcskategóriás márkaimázst alakítanak ki; a világítási termékeket olyan technológiákkal integrálják, mint a dolgok internete, a big data és a mesterséges intelligencia, hogy olyan funkciókat érjenek el, mint az automatizált vezérlés, a jelenetváltás és az energiafogyasztás-figyelés. A fogyasztók mobiltelefon-alkalmazáson vagy intelligens hangsegédeken keresztül távolról is vezérelhetik a világítóberendezéseket az energiatakarékosság érdekében.
Diverzifikált alkalmazásbővítés: A COB és LED alkalmazási területei folyamatosan bővülnek és diverzifikálódnak. A hagyományos beltéri és kültéri világítás, az útvilágítás és más piacok mellett fontos szerepet játszanak majd olyan feltörekvő területeken is, mint a mezőgazdasági világítás, az orvosi világítás és a hajóvilágítás. Például a mezőgazdasági világításban használt LED-ek meghatározott hullámhosszú fényt bocsátanak ki a növények fotoszintézisének elősegítése érdekében; az orvosi világításban használt COB magas színvisszaadása és egyenletes fénye segíti az orvosokat a diagnózis felállításában és a kezelésben, valamint javítja a betegek egészségügyi környezetét.
A világítástechnikai ipar hatalmas csillagos égboltján a COB fényforrások és a LED fényforrások továbbra is ragyogni fognak, mindegyik a maga előnyeit kihasználva, és az innovációt integrálva egymással, hogy közösen megvilágítsák az emberiség fenntartható fejlődésének fényes útját. Olyanok, mint két felfedező, akik egymás mellett sétálnak, folyamatosan új partokat fedezve fel a technológia óceánjában, újabb meglepetéseket és fényt hozva az emberek életébe és az élet minden területének fejlődésébe.