I den moderne udvikling af belysningsindustrien er LED- og COB-lyskilder uden tvivl de to mest blændende perler. De er afhængige af deres unikke tekniske fordele for i fællesskab at fremme branchens fremskridt. Denne artikel vil i dybden analysere forskellene, fordelene og ulemperne ved COB-lyskilder og LED'er og udforske de muligheder og udfordringer, som de to står over for i det nuværende belysningsmarkedsmiljø, samt deres indflydelse på branchens fremtidige udviklingstendens.
DEL.01
Pakkeprocessen: springet fra diskrete enheder til integrerede moduler
Traditionelle LED-lyskilder
Traditionelle LED-lyskilder anvender en enkeltchip-pakningsmetode, der består af LED-chips, guldtråde, beslag, fosfor og pakningskolloider. Chippen er fastgjort til bunden af reflektorkopbeslaget med ledende lim, guldtråden forbinder chipelektroden og beslagets stifter, og fosforen blandes med silicagel for at dække chippens overflade for at opnå spektral konvertering. Denne pakningsmetode skaber en række forskellige former, såsom direkte plug-in og patch-type, men det er i bund og grund en gentagen kombination af uafhængige lysudstrålende enheder, som spredte perler, der skal omhyggeligt forbindes i serie for at skinne. Men når man konstruerer en lyskilde med et stort område, vil kompleksiteten af det optiske system stige eksponentielt, ligesom at bygge en storslået bygning, hvilket kræver en masse arbejdskraft og materielle ressourcer at splejse og kombinere hver mursten og sten.
COB-lyskilde
COB-lyskilden bryder med det traditionelle pakningsparadigme og anvender multi-chip direkte svejsningsteknologi til direkte at binde snesevis til tusindvis af LED-chips på et metalbaseret printkort eller keramisk substrat. Chipsene er elektrisk forbundet via højdensitetsledninger, og hele overfladen er dækket af et silikonelag indeholdende fosfor for at danne en ensartet lysende overflade. Denne arkitektur er som at indlægge perler på et smukt lærred, hvilket eliminerer det fysiske mellemrum mellem enkelte LED'er og realiserer det samarbejdsbaserede design af optik og termik. For eksempel bruger Lumileds LUXEON COB eutektisk svejsningsteknologi til at integrere 121 0,5 W chips på et cirkulært substrat med en diameter på 19 mm, med en samlet effekt på 60 W. Chipafstanden er komprimeret til 0,3 mm. Med et specielt reflekterende hulrum overstiger lysfordelingens ensartethed 90 %. Denne integrerede pakke forenkler ikke kun produktionsprocessen, men skaber også en ny form for "-lyskilde som modul", hvilket giver et revolutionerende fundament for lampedesign, ligesom det giver lysdesignere udsøgte præfabrikerede moduler, hvilket forbedrer design- og produktionseffektiviteten betydeligt.
DEL.02
Optiske egenskaber: transformationen fra punktlyskilde til overfladelyskilde
Enkelt LED-lys
En enkelt LED er i bund og grund en Lambertsk lyskilde med en lysudsendelsesvinkel på omkring 120°, men lysintensitetsfordelingen er en flagermusvingekurve med et skarpt fald i midten, ligesom en lysende stjerne, der skinner, men er noget spredt. For at opfylde belysningsbehovene skal lysfordelingskurven omformes gennem sekundært optisk design. Linsesystemet bruger TIR-linser til at komprimere lysudsendelsesvinklen til 30°, men tabet af lyseffektivitet er 15%-20%; den parabolske reflektor i reflektorløsningen kan øge den centrale lysintensitet, men det vil producere tydelige lyspletter; når flere LED'er kombineres, skal de opretholde tilstrækkelig afstand for at undgå kromatisk aberration, hvilket vil øge lampens tykkelse, ligesom at forsøge at stykke et perfekt billede sammen med stjerner på nattehimlen, men det er altid svært at undgå fejl og skygger.
Integreret arkitektur COB
COB's integrerede arkitektur har naturligt karakteristika for en overfladelyskilde, som en strålende galakse, med ensartet og blødt lys. Den tætte placering af flere chips eliminerer mørke områder, og med mikrolinse-array-teknologien kan belysningensartetheden være 85 % inden for en afstand på 5 m. Ved at gøre substratoverfladen ru kan lysvinklen udvides til 180°, hvilket reducerer blændingsindekset (UGR) til under 19. Under den samme lysstrøm er COB's optiske udstrækning 40 % lavere end LED-array'ens, hvilket forenkler lysdesignet betydeligt. I museumsbelysningsscenen opnår ERCO's COB-skinnelampe et belysningsforhold på 50:1 ved en projektionsafstand på 0,5 meter gennem en friformslinse, hvilket perfekt løser modsætningen mellem ensartet belysning af produktet og fremhævelse af nøglepunkter.
DEL.03
Termisk styringsløsning: innovation fra lokal varmeafledning til varmeledning på systemniveau
Traditionel LED-lyskilde
Traditionel LED anvender en fire-niveau varmeledningsbane fra "chip - fast krystallag - beslag - PCB", og den termiske modstand er kompleks, ligesom en viklingsbane, hvilket hindrer hurtig varmeafledning. Med hensyn til grænsefladen termisk modstand er der en kontakttermisk modstand på 0,5-1,0 ℃/W mellem chippen og beslaget; med hensyn til materialets termiske modstand er den termiske ledningsevne for FR-4-kortet kun 0,3 W/m·K, hvilket bliver en flaskehals i varmeafledningen; under den kumulative effekt kan lokale hotspots øge forbindelsestemperaturen med 20-30 ℃, når flere LED'er kombineres. Eksperimentelle data viser, at når omgivelsestemperaturen når 50 ℃, er lyshenfaldshastigheden for SMD LED 3 gange hurtigere end i et miljø på 25 ℃, og levetiden forkortes til 60 % af L70-standarden, ligesom ved lang tids udsættelse for solen vil LED-lyskilders ydeevne og levetid blive reduceret betydeligt.
COB-lyskilde
COB anvender en tre-niveau ledningsarkitektur bestående af "chip - substrat - køleplade for at opnå et kvalitativt spring inden for termisk styring, ligesom at bane en bred og flad motorvej til lyskilden, hvilket tillader hurtig varmeledning og -afledning. Med hensyn til substratinnovation når aluminiumsubstratets termiske ledningsevne 2,0 W/m·K, og aluminiumnitrid-keramisk substrat når 180 W/m·K; med hensyn til varmeafledningsdesign lægges et varmeafledningslag under chip-arrayet for at kontrollere temperaturforskellen inden for ±2 ℃; samtidig er det kompatibelt med væskekøling, og varmeafledningskapaciteten når 100 W/cm², efter at substratet er i kontakt med væskekølepladen. I forbindelse med bilforlygter bruger Osram COB-lyskilder et termoelektrisk separationsdesign til at stabilisere forbindelsestemperaturen under 85 ℃, opfylde AEC-Q102-kravene til pålidelighed i bilklassen og have en levetid på over 50.000 timer. Ligesom når bilen kører med høj hastighed, kan de stadig give føreren stabil og pålidelig belysning for at sikre køresikkerheden.
DEL.04
Lyseffektivitet og energieffektivitet: et gennembrud fra teoretiske grænser til teknisk optimering
Traditionelle LED-lyskilder
Forbedring af LED-lyseffektivitet følger Heitz' lov og fortsætter med at bryde igennem gennem innovation inden for materialesystemer og strukturer. Inden for epitaksial optimering opnår InGaN/GaN multi-kvante brøndstruktur den interne kvanteeffektivitet på 90%; mønstrede substrater som PSS-mønstre øger lysudvindingseffektiviteten til 85%; med hensyn til fosforinnovation opnår kombinationen af CASN rødt pulver og LuAG gulgrønt pulver et farvegengivelsesindeks på Ra>95. Crees KH-serie LED har en lyseffektivitet på 303 lm/W, men omdannelsen af laboratoriedata til tekniske applikationer står stadig over for praktiske udfordringer såsom pakningstab og drivkraft, ligesom en talentfuld atlet kan skabe fantastiske resultater i en ideel tilstand, men i den faktiske arena er det underlagt forskellige faktorer.
COB-lyskilde
COB opnår gennembrud inden for teknisk lyseffektivitet gennem synergien mellem optisk kobling og termisk styring. Når chipafstanden er <0,5 mm, er tabet af den optiske kobling <5 %; lysdæmpningshastigheden falder med 50 % for hver 10 ℃ fald i forbindelsestemperaturen; det integrerede driverdesign gør det muligt at integrere AC-DC-driveren direkte i substratet, og systemeffektiviteten når 90 %. I landbrugsbelysningsapplikationer opnår Samsung LM301B COB en PPF/W (fotosyntetisk fotoneffektivitet) på 3,1 μmol/J gennem spektrumoptimering og termisk styring, hvilket er 40 % energibesparende sammenlignet med traditionelle HPS-lamper. Som en erfaren håndværker kan lyskilden gennem omhyggelig justering og optimering yde maksimal effektivitet i praktiske anvendelser.
DEL.05
Anvendelsesscenarier: Fra differentieret positionering til udvidelse af integreret innovation
Traditionelle LED-lyskilder
LED'er optager specifikke markeder med deres fleksibilitet. Inden for indikationsdisplay dominerer 0402/0603-pakkede LED'er markedet for indikatorlys til forbrugerelektronik; inden for specialbelysning har UV-LED'er dannet monopol inden for hærdning og medicin; inden for dynamisk display opnår Mini LED-baggrundsbelysning et kontrastforhold på 10000:1, hvilket undergraver LCD-displays. For eksempel er Epistars 0201 røde LED inden for smart wearables kun 0,25 mm² stor, men kan give 100 mcd lysintensitet, hvilket opfylder behovene for pulsmålere.
COB-lyskilde
COB omdefinerer paradigmet inden for belysningsteknik. Inden for kommerciel belysning opnår et bestemt mærke af COB downlight en systemlyseffektivitet på 120 lm/W, hvilket er 60 % energibesparende sammenlignet med traditionelle løsninger. Inden for udendørsbelysning kan de fleste COB-gadebelysningsmærker til husholdningsbrug allerede opnå on-demand belysning og lysforureningskontrol gennem intelligent dæmpning. I nye anvendelsesområder opnår UVC COB-lyskilder en steriliseringsrate på 99,9 % inden for vandbehandling, og responstiden er <1 sekund. Inden for planteværker kan C-vitaminindholdet i salat øges med 30 %, og vækstcyklussen kan forkortes med 20 %. Dette kan ske ved at optimere spektrumformlen for COB-fuldspektrede lyskilder.
DEL.06
Muligheder og udfordringer: Op- og nedture i markedsbølgen
Muligheder
Forbrugsopgradering og forbedring af kvalitetsbehov: Med forbedringen af levestandarden er folks krav til belysningskvalitet steget. COB har indledt et bredt marked inden for avanceret boligbelysning og erhvervsbelysning med sin fremragende lysydelse og ensartede lysfordeling; LED er foretrukket på markederne for smart belysning og atmosfærebelysning med sine rige farver og fleksible dæmpnings- og farvejusteringsfunktioner, der imødekommer forbrugernes efterspørgsel efter personlige og intelligente belysningsprodukter under tendensen med forbrugsopgradering.
Fremme af energibesparende og miljøbeskyttelsespolitikker: Verden lægger stor vægt på energibesparelser og miljøbeskyttelse, og regeringer i forskellige lande har indført politikker, der skal tilskynde belysningsindustrien til at udvikle sig i retning af høj effektivitet og energibesparelser. Som repræsentant for energibesparende belysning har LED et lavt energiforbrug og lang levetid, hvilket gør det muligt at opnå et stort antal markedsmuligheder med politisk støtte. Det er meget udbredt i indendørs og udendørs belysning, vejbelysning, industriel belysning og andre områder; COB drager også fordel af det. Samtidig med at det forbedrer belysningskvaliteten, kan det opnå visse energibesparende effekter. I professionelle belysningsscener med høje lysudnyttelseskrav kan det forbedre energibesparende effekter gennem optisk design og energikonvertering.
Teknologisk innovation og industriel opgradering: Bølgen af teknologisk innovation i belysningsindustrien fortsætter og giver ny drivkraft til udviklingen af COB og LED. COB's forsknings- og udviklingspersonale udforsker emballagematerialer og -processer for at forbedre deres varmeafledningsevne, lyseffektivitet og pålidelighed, reducere produktionsomkostninger og udvide anvendelsesområdet. Gennembrud inden for LED-chipteknologi, innovationer inden for emballageform og integration af intelligent styringsteknologi har forbedret deres ydeevne og funktioner betydeligt.
Udfordringer
Hård markedskonkurrence: COB og LED står over for hård konkurrence fra mange producenter. LED-markedet har moden teknologi, lave adgangsbarrierer, betydelig produkthomogenitet, hård priskonkurrence og komprimerede virksomhedsprofitmarginer; selvom COB har fordele i high-end-markedet, er konkurrencen også intensiveret i takt med at antallet af virksomheder stiger, og det er blevet en udfordring for virksomheder at skabe differentierede konkurrencefordele.
Hurtige teknologiopdateringer: Belysningsindustrien oplever en hurtig teknologiopdatering, og COB- og LED-virksomheder skal holde trit med den teknologiske udvikling og tilpasse sig markedsændringer og forbrugernes efterspørgsel. COB-virksomheder skal være opmærksomme på fremskridtene inden for chips, emballageprocesser og varmeafledningsteknologier og justere retningen for produktudviklingen. LED-virksomheder står over for det dobbelte pres fra traditionelle teknologiopgraderinger og fremkomsten af nye belysningsteknologier.
Ufuldkomne standarder og specifikationer: Industristandarderne og specifikationerne for COB og LED er ufuldkomne, og der er gråzoner i produktkvalitet, ydeevnetest, sikkerhedscertificering osv., hvilket resulterer i ujævn produktkvalitet, hvilket gør det vanskeligt for forbrugerne at bedømme kvaliteten, skaber vanskeligheder med opbygning af virksomhedens brand og markedsfremme og øger virksomhedens driftsrisici og -omkostninger.
DEL.07
Brancheudviklingstendenser: Den fremtidige vej for integration, high-end og diversificering
Fusionsudviklingstendenser: COB og LED forventes at opnå integreret udvikling. For eksempel giver COB, som den primære lyskilde, inden for belysningsprodukter ensartet og højlys grundbelysning, kombineret med LED's farvejustering og intelligente kontrolfunktioner for at opnå diversificerede og personlige lyseffekter, give fuld udnyttelse af fordelene ved begge dele og opfylde forbrugernes omfattende og dybdegående behov.
High-end og intelligent udvikling går hånd i hånd: Med forbedringen af livskvaliteten og kravene til belysningsoplevelsen udvikler COB og LED sig i retning af high-end og intelligent. Virksomheder vil øge investeringerne i forskning og udvikling og innovation, forbedre produkternes ydeevne, kvalitet og design og skabe et high-end brand image; belysningsprodukter vil blive integreret med teknologier som Internet of Things, big data og kunstig intelligens for at opnå funktioner som automatiseret styring, sceneskift og overvågning af energiforbrug. Forbrugere kan fjernstyre belysningsudstyr via mobiltelefon-apps eller smarte stemmeassistenter for at opnå energibesparende styring.
Diversificeret anvendelse: COB- og LED-anvendelsesområderne fortsætter med at udvides og diversificeres. Ud over traditionel indendørs og udendørs belysning, vejbelysning og andre markeder vil de også spille en vigtig rolle i nye områder som landbrugsbelysning, medicinsk belysning og maritim belysning. For eksempel udsender LED'er i landbrugsbelysning lys med en specifik bølgelængde for at fremme planters fotosyntese; den høje farvegengivelse og det ensartede lys fra COB i medicinsk belysning hjælper læger med at diagnosticere og behandle og forbedre det medicinske miljø for patienter.
På belysningsindustriens enorme stjernehimmel vil COB-lyskilder og LED-lyskilder fortsætte med at skinne, hver med deres egne fordele og integrere innovation med hinanden for i fællesskab at belyse den lyse vej til bæredygtig udvikling for menneskeheden. De er som et par opdagelsesrejsende, der går side om side og konstant udforsker nye kyster i teknologiens hav og bringer flere overraskelser og lys til menneskers liv og udviklingen af alle samfundslag.