In de moderne ontwikkeling van de verlichtingsindustrie zijn LED- en COB-lichtbronnen ongetwijfeld de twee meest oogverblindende pareltjes. Ze vertrouwen op hun unieke technische voordelen om gezamenlijk de vooruitgang van de sector te bevorderen. Dit artikel analyseert de verschillen en voor- en nadelen van COB-lichtbronnen en LED's diepgaand, en onderzoekt de kansen en uitdagingen waarmee beide in de huidige verlichtingsmarkt worden geconfronteerd, evenals de impact op de toekomstige ontwikkelingstrend van de sector.
DEEL.01
Verpakkingsproces: de sprong van discrete eenheden naar geïntegreerde modules
Traditionele LED-lichtbronnen
Traditionele led-lichtbronnen maken gebruik van een single-chip-behuizing, die bestaat uit led-chips, gouddraden, beugels, fosfor en verpakkingscolloïden. De chip wordt met geleidende lijm aan de onderkant van de reflectorcupbeugel bevestigd, de gouddraad verbindt de chipelektrode met de beugelpen, en de fosfor wordt gemengd met silicagel om het chipoppervlak te bedekken en zo spectrale conversie te bereiken. Deze behuizingsmethode creëert een verscheidenheid aan vormen, zoals direct plug-in en patch-type, maar het is in wezen een herhaalde combinatie van onafhankelijke lichtgevende eenheden, zoals verspreide parels, die zorgvuldig in serie moeten worden geschakeld om te kunnen schijnen. Bij de constructie van een lichtbron met een groot oppervlak zal de complexiteit van het optische systeem echter exponentieel toenemen, net als bij de bouw van een prachtig gebouw, waarvoor veel mankracht en materiaal nodig is om elke steen te verbinden en te combineren.
COB-lichtbron
De COB-lichtbron doorbreekt het traditionele verpakkingsparadigma en maakt gebruik van multi-chip direct-lastechnologie om tientallen tot duizenden led-chips direct te verbinden op een metalen printplaat of keramisch substraat. De chips zijn elektrisch met elkaar verbonden via bedrading met hoge dichtheid, en het gehele oppervlak is bedekt met een siliconenlaag met fosfor om een uniform lichtgevend oppervlak te vormen. Deze architectuur is als het inleggen van parels op een prachtig canvas, waardoor de fysieke afstand tussen afzonderlijke leds wordt geëlimineerd en het gezamenlijke ontwerp van optica en thermiek wordt gerealiseerd. Zo maakt de Lumileds LUXEON COB gebruik van eutectische lastechnologie om 121 chips van 0,5 W te integreren op een cirkelvormig substraat met een diameter van 19 mm, met een totaal vermogen van 60 W. De chipafstand is gecomprimeerd tot 0,3 mm. Dankzij een speciale reflectieholte bedraagt de uniformiteit van de lichtverdeling meer dan 90%. Dit geïntegreerde pakket vereenvoudigt niet alleen het productieproces, maar creëert ook een nieuwe vorm van "lichtbron als module". Hiermee wordt een revolutionaire basis gelegd voor lampontwerp. Tegelijkertijd biedt het lichtontwerpers prachtige, geprefabriceerde modules, waardoor de efficiëntie van ontwerp en productie aanzienlijk wordt verbeterd.
DEEL.02
Optische eigenschappen: de transformatie van puntlichtbron naar oppervlaktelichtbron
Enkele LED
Een enkele led is in wezen een Lambertiaanse lichtbron met een lichtuitstralingshoek van ongeveer 120°. De lichtintensiteitsverdeling is echter een vleermuisvleugelcurve met een scherpe afname in het midden, zoals een heldere ster die schijnt maar enigszins verstrooid is. Om aan de verlichtingsbehoeften te voldoen, moet de lichtverdelingscurve worden aangepast door middel van secundair optisch ontwerp. Het lenssysteem gebruikt een TIR-lens om de lichtuitstralingshoek te verkleinen tot 30°, maar het verlies aan lichtrendement bedraagt 15%-20%; de parabolische reflector in de reflectoroplossing kan de centrale lichtintensiteit verhogen, maar zal duidelijke lichtvlekken produceren; wanneer meerdere leds worden gecombineerd, moeten ze voldoende afstand houden om chromatische aberratie te voorkomen, wat de dikte van de lamp zal vergroten, net als proberen een perfect beeld samen te stellen met sterren aan de nachtelijke hemel, maar het is altijd moeilijk om onvolkomenheden en schaduwen te vermijden.
Geïntegreerde architectuur COB
De geïntegreerde architectuur van COB heeft van nature de eigenschappen van een oppervlaktelichtbron, zoals een stralend sterrenstelsel, met gelijkmatig en zacht licht. De dichte opstelling van meerdere chips elimineert donkere gebieden en met de microlens-arraytechnologie kan de gelijkmatigheid van de verlichting >85% bedragen binnen een afstand van 5 meter; door het ruw maken van het substraatoppervlak kan de lichthoek worden vergroot tot 180°, waardoor de verblindingsindex (UGR) wordt verlaagd tot minder dan 19; bij gelijke lichtstroom is de optische reikwijdte van COB 40% lager dan die van de LED-array, wat de lichtplanning aanzienlijk vereenvoudigt. In de museumverlichtingsscène bereikt de COB-railspot van ERCO een verlichtingsgraad van 50:1 bij een projectieafstand van 0,5 meter door een vrijgevormde lens, wat de tegenstelling tussen gelijkmatige verlichting van het product en het accentueren van de belangrijkste punten perfect oplost.
DEEL.03
Thermische beheeroplossing: innovatie van lokale warmteafvoer tot warmtegeleiding op systeemniveau
Traditionele LED-lichtbron
Traditionele LED's maken gebruik van een warmtegeleidingspad met vier niveaus: "chip - vaste kristallaag - beugel - PCB". De thermische weerstand is complex, zoals een kronkelend pad, wat een snelle warmteafvoer belemmert. Qua thermische weerstand van de interface is er een contactweerstand van 0,5-1,0 ℃/W tussen de chip en de beugel; qua materiaalweerstand is de thermische geleidbaarheid van de FR-4-printplaat slechts 0,3 W/m·K, wat een knelpunt vormt bij de warmteafvoer. Door het cumulatieve effect kunnen lokale hotspots de junctietemperatuur met 20-30 ℃ verhogen wanneer meerdere LED's worden gecombineerd. Experimentele gegevens tonen aan dat bij een omgevingstemperatuur van 50℃ de lichtafnamesnelheid van SMD-LED's 3 keer sneller is dan in een omgeving van 25℃. Ook wordt de levensduur verkort tot 60% van de L70-norm. Net als bij langdurige blootstelling aan de zon worden de prestaties en levensduur van LED-lichtbronnen aanzienlijk verminderd.
COB-lichtbron
COB maakt gebruik van een drielaagse geleidingsarchitectuur van "chip - substraat - koellichaam" om een kwalitatieve sprong voorwaarts in thermisch beheer te realiseren, net als het aanleggen van een brede en vlakke snelweg voor de lichtbron, waardoor warmte snel kan worden geleid en afgevoerd. Wat betreft substraatinnovatie bereikt de thermische geleidbaarheid van het aluminiumsubstraat 2,0 W/m·K en die van het aluminiumnitridekeramische substraat 180 W/m·K; wat betreft het warmteafvoerontwerp wordt een warmteafvoerlaag onder de chipmatrix aangebracht om het temperatuurverschil binnen ±2 °C te houden; tegelijkertijd is het compatibel met vloeistofkoeling en bereikt de warmteafvoercapaciteit 100 W/cm² nadat het substraat in contact is gekomen met de vloeistofkoelplaat. Bij de toepassing van autokoplampen maken Osram COB-lichtbronnen gebruik van een thermo-elektrisch scheidingsontwerp om de overgangstemperatuur onder de 85℃ te stabiliseren. Ze voldoen aan de AEC-Q102-vereisten voor betrouwbaarheid op automobielniveau en hebben een levensduur van meer dan 50.000 uur. Dit betekent dat ze bestuurders stabiele en betrouwbare verlichting kunnen bieden om de rijveiligheid te garanderen wanneer de auto met hoge snelheid rijdt.
DEEL.04
Lichtrendement en energie-efficiëntie: een doorbraak van theoretische grenzen naar technische optimalisatie
Traditionele LED-lichtbronnen
Verbetering van de LED-lichtopbrengst volgt de wet van Heitz en blijft een doorbraak betekenen dankzij innovaties op het gebied van materiaalsystemen en structuren. Bij epitaxiale optimalisatie bereikt de InGaN/GaN multi-quantum well-structuur de interne kwantumopbrengst van 90%; gepatroneerde substraten zoals PSS-patronen verhogen de lichtextractie-efficiëntie tot 85%; wat betreft fosforinnovatie bereikt de combinatie van CASN rood poeder en LuAG geelgroen poeder een kleurweergave-index van Ra>95. De KH-serie LED van Cree heeft een lichtopbrengst van 303 lm/W, maar de transformatie van laboratoriumgegevens naar technische toepassingen kent nog steeds praktische uitdagingen zoals verpakkingsverlies en rij-efficiëntie, net als een getalenteerde atleet die in een ideale toestand verbluffende resultaten kan behalen, maar in de echte arena afhankelijk is van verschillende factoren.
COB-lichtbron
COB bereikt doorbraken in technische lichtefficiëntie dankzij de synergie van optische koppeling en thermisch beheer. Wanneer de chipafstand <0,5 mm is, is het optische koppelingsverlies <5%; de lichtverzwakking neemt met 50% af voor elke 10 °C daling van de junctietemperatuur; het geïntegreerde driverontwerp maakt het mogelijk om de AC-DC-driver direct in het substraat te integreren, waardoor het systeemrendement 90% bereikt. In landbouwverlichtingstoepassingen bereikt de Samsung LM301B COB een PPF/W (fotosynthetische fotonefficiëntie) van 3,1 μmol/J door spectrumoptimalisatie en thermisch beheer, wat neerkomt op een energiebesparing van 40% ten opzichte van traditionele HPS-lampen. Net als een ervaren vakman kan de lichtbron, door zorgvuldige afstelling en optimalisatie, maximale efficiëntie leveren in praktische toepassingen.
DEEL.05
Toepassingsscenario's: van gedifferentieerde positionering tot uitbreiding van geïntegreerde innovatie
Traditionele LED-lichtbronnen
LED's veroveren specifieke markten dankzij hun flexibiliteit. Op het gebied van indicatiedisplays domineren de 0402/0603 verpakte LED's de markt voor indicatielampen voor consumentenelektronica; op het gebied van speciale verlichting hebben UV-LED's een monopoliepositie in de medische en therapeutische sector; op het gebied van dynamische displays bereiken Mini LED-achtergrondverlichting een contrastverhouding van 10.000:1, waarmee ze LCD-schermen ondermijnen. Op het gebied van slimme wearables bijvoorbeeld is de rode LED 0201 van Epistar slechts 0,25 mm² groot, maar kan hij een lichtintensiteit van 100 mcd leveren, waarmee hij voldoet aan de behoeften van hartslagsensoren.
COB-lichtbron
COB herdefinieert het paradigma van de lichttechniek. In commerciële verlichting behaalt een bepaald merk COB-downlight een systeemlichtrendement van 120 lm/W, wat neerkomt op een energiebesparing van 60% ten opzichte van traditionele oplossingen; in buitenverlichting kunnen de meeste merken COB-straatverlichting voor thuisgebruik al vraaggestuurde verlichting en lichtvervuilingsbeheersing realiseren door middel van intelligent dimmen; in opkomende toepassingsgebieden bereiken UVC COB-lichtbronnen een sterilisatiepercentage van 99,9% op het gebied van waterzuivering en is de responstijd <1 seconde. In de plantenteelt kan door de optimalisatie van de spectrumformule van COB-lichtbronnen met een volledig spectrum het vitamine C-gehalte van sla met 30% worden verhoogd en de groeicyclus met 20% worden verkort.
DEEL.06
Kansen en uitdagingen: ups en downs in de marktgolf
Mogelijkheden
Verbruiksupgrade en kwaliteitsverbetering: Met de verbetering van de levensstandaard zijn de eisen van mensen aan de kwaliteit van de verlichting toegenomen. COB heeft een brede markt voor hoogwaardige residentiële en commerciële verlichting gecreëerd met uitstekende lichtprestaties en een gelijkmatige lichtverdeling; LED is favoriet in de markt voor slimme verlichting en sfeerverlichting dankzij de rijke kleuren en flexibele dim- en kleuraanpassingsfuncties, die voldoen aan de vraag van consumenten naar gepersonaliseerde en intelligente verlichtingsproducten in het licht van de toenemende consumptie.
Bevordering van energiebesparing en milieubescherming: De wereld hecht veel belang aan energiebesparing en milieubescherming, en regeringen van verschillende landen hebben beleid ingevoerd om de verlichtingsindustrie aan te moedigen zich te ontwikkelen in de richting van hoge efficiëntie en energiebesparing. Als vertegenwoordiger van energiebesparende verlichting heeft LED een laag energieverbruik en een lange levensduur, waardoor het een groot aantal markttoepassingsmogelijkheden kan verkrijgen onder beleidsondersteuning. Het wordt veel gebruikt in binnen- en buitenverlichting, straatverlichting, industriële verlichting en andere gebieden; COB biedt ook voordelen. Terwijl het de kwaliteit van de verlichting verbetert, kan het bepaalde energiebesparende effecten bereiken. In professionele verlichtingsscènes met hoge lichtbenuttingsvereisten kan het energiebesparende effecten verbeteren door optisch ontwerp en energieomzetting.
Technologische innovatie en industriële upgrading: De golf van technologische innovatie in de verlichtingsindustrie zet zich voort en geeft een nieuwe impuls aan de ontwikkeling van COB en LED. COB R&D-medewerkers onderzoeken verpakkingsmaterialen en -processen om de warmteafvoer, lichtopbrengst en betrouwbaarheid te verbeteren, productiekosten te verlagen en het toepassingsgebied uit te breiden; doorbraken in LED-chiptechnologie, innovaties in verpakkingsvormen en de integratie van intelligente regeltechnologie hebben de prestaties en functies aanzienlijk verbeterd.
Uitdagingen
Felle marktconcurrentie: COB en LED worden geconfronteerd met felle concurrentie van veel fabrikanten. De LED-markt kent volwassen technologie, lage toetredingsdrempels, een sterke producthomogeniteit, felle prijsconcurrentie en krappe winstmarges. Hoewel COB voordelen biedt in de high-end markt, is de concurrentie, naarmate het aantal bedrijven toeneemt, ook toegenomen en is het creëren van onderscheidende concurrentievoordelen een uitdaging geworden voor bedrijven.
Snelle technologische updates: De verlichtingsindustrie maakt een snelle technologische update door en COB- en LED-bedrijven moeten het tempo van de technologische ontwikkeling bijhouden en zich aanpassen aan marktveranderingen en de consumentenvraag. COB-bedrijven moeten aandacht besteden aan de vooruitgang van chips, verpakkingsprocessen en warmteafvoertechnologieën en de richting van hun productontwikkeling aanpassen; LED-bedrijven staan onder druk door zowel traditionele technologische upgrades als de opkomst van nieuwe verlichtingstechnologieën.
Onvolmaakte normen en specificaties: De industriële normen en specificaties voor COB en LED zijn onvolmaakt en er zijn grijze gebieden op het gebied van productkwaliteit, prestatietests, veiligheidscertificering, enz. Dit leidt tot een ongelijkmatige productkwaliteit en maakt het voor consumenten moeilijk om de kwaliteit te beoordelen. Dit brengt problemen met zich mee bij het neerzetten van het merk van het bedrijf en bij de marktpromotie en leidt tot hogere operationele risico's en kosten voor bedrijven.
DEEL.07
Trends in de industriële ontwikkeling: de toekomstige weg van integratie, high-end en diversificatie
Trends in de ontwikkeling van fusietechnologie: COB en LED zullen naar verwachting een geïntegreerde ontwikkeling doormaken. Zo zorgt COB, als belangrijkste lichtbron, in verlichtingsproducten voor een uniforme en heldere basisverlichting. In combinatie met de kleuraanpassing en intelligente regelfuncties van LED's worden zo gediversifieerde en gepersonaliseerde lichteffecten bereikt, worden de voordelen van beide volledig benut en wordt voldaan aan de uitgebreide en diepgaande behoeften van consumenten.
High-end en intelligente ontwikkeling gaan hand in hand: met de verbetering van de levenskwaliteit en de eisen aan de lichtbeleving ontwikkelen COB en LED zich in de richting van high-end en intelligent. Bedrijven zullen meer investeren in R&D en innovatie, de productprestaties, kwaliteit en het design verbeteren en een high-end merkimago creëren; verlichtingsproducten zullen worden geïntegreerd met technologieën zoals het Internet of Things (IoT), big data en kunstmatige intelligentie (AI) om functies zoals geautomatiseerde besturing, scèneschakeling en energieverbruiksbewaking te realiseren. Consumenten kunnen verlichtingsapparatuur op afstand bedienen via een app op hun mobiele telefoon of slimme spraakassistenten om energie te besparen.
Uitbreiding van gediversifieerde toepassingen: de toepassingsgebieden van COB en LED blijven groeien en diversifiëren. Naast traditionele binnen- en buitenverlichting, wegverlichting en andere markten, zullen ze ook een belangrijke rol spelen in opkomende sectoren zoals landbouwverlichting, medische verlichting en maritieme verlichting. Zo zenden LED's in landbouwverlichting licht uit van een specifieke golflengte om de fotosynthese van planten te bevorderen; de hoge kleurweergave en het uniforme licht van COB in medische verlichting helpen artsen bij het stellen van diagnoses en het behandelen van patiënten en verbeteren de medische omgeving.
Aan de uitgestrekte sterrenhemel van de verlichtingsindustrie zullen COB- en LED-lichtbronnen blijven schitteren, elk met hun eigen voordelen en innovaties die samen de heldere weg naar duurzame ontwikkeling voor de mensheid verlichten. Ze zijn als een paar ontdekkingsreizigers die zij aan zij lopen en voortdurend nieuwe kusten in de oceaan van technologie verkennen, en zo meer verrassingen en licht brengen in het leven van mensen en de ontwikkeling van alle lagen van de bevolking.