No desenvolvimento moderno da indústria de iluminação, as fontes de luz LED e COB são, sem dúvida, as duas pérolas mais brilhantes. Elas contam com suas vantagens técnicas únicas para, em conjunto, promover o progresso do setor. Este artigo analisará em profundidade as diferenças, vantagens e desvantagens das fontes de luz COB e LEDs, explorando as oportunidades e os desafios enfrentados por ambos no atual mercado de iluminação, bem como o impacto nas tendências de desenvolvimento futuro do setor.
PARTE.01
Processo de embalagem: o salto de unidades discretas para módulos integrados
Fontes de luz LED tradicionais
As fontes de luz LED tradicionais adotam um modo de encapsulamento de chip único, que consiste em chips de LED, fios de ouro, suportes, fósforos e coloides de encapsulamento. O chip é fixado à parte inferior do suporte do copo refletor por meio de cola condutora, o fio de ouro conecta o eletrodo do chip ao pino do suporte, e o fósforo é misturado com gel de sílica para cobrir a superfície do chip e obter a conversão espectral. Esse método de encapsulamento cria uma variedade de formatos, como plug-in direto e patch, mas é essencialmente uma combinação repetida de unidades emissoras de luz independentes, como pérolas dispersas, que precisam ser cuidadosamente conectadas em série para brilhar. No entanto, ao construir uma fonte de luz de grande área, a complexidade do sistema óptico aumentará exponencialmente, assim como a construção de um edifício magnífico, que requer muita mão de obra e recursos materiais para emendar e combinar cada tijolo e pedra.
Fonte de luz COB
A fonte de luz COB rompe o paradigma tradicional de encapsulamento e adota a tecnologia de soldagem direta multichip para unir diretamente dezenas a milhares de chips de LED em uma placa de circuito impresso à base de metal ou substrato cerâmico. Os chips são interconectados eletricamente por meio de fiação de alta densidade, e toda a superfície é coberta com uma camada de silicone contendo fósforo para formar uma superfície luminosa uniforme. Essa arquitetura é como incrustar pérolas em uma bela tela, eliminando a lacuna física entre os LEDs individuais e concretizando o design colaborativo de óptica e térmica. Por exemplo, o Lumileds LUXEON COB usa tecnologia de soldagem eutética para integrar 121 chips de 0,5 W em um substrato circular com diâmetro de 19 mm, com potência total de 60 W. O espaçamento dos chips é comprimido para 0,3 mm. Com uma cavidade reflexiva especial, a uniformidade da distribuição de luz excede 90%. Este pacote integrado não apenas simplifica o processo de produção, mas também cria uma nova forma de fonte de luz " como módulo", fornecendo uma base revolucionária para o design de lâmpadas, assim como fornece aos designers de iluminação módulos pré-fabricados requintados, melhorando significativamente a eficiência do design e da produção.
PARTE 02
Propriedades ópticas: a transformação de uma fonte de luz pontual em uma fonte de luz de superfície
LED único
Um único LED é essencialmente uma fonte de luz lambertiana com um ângulo de emissão de luz de cerca de 120°, mas a distribuição da intensidade da luz é uma curva em forma de asa de morcego com uma diminuição acentuada no centro, como uma estrela brilhante, brilhando, mas um pouco dispersa. Para atender às necessidades de iluminação, a curva de distribuição de luz precisa ser remodelada por meio de um design óptico secundário. O sistema de lentes usa lentes TIR para comprimir o ângulo de emissão de luz para 30°, mas a perda de eficiência luminosa é de 15% a 20%; o refletor parabólico na solução refletora pode aumentar a intensidade da luz central, mas produzirá pontos de luz óbvios; quando vários LEDs são combinados, eles precisam manter espaçamento suficiente para evitar aberração cromática, o que aumentará a espessura da lâmpada, assim como tentar juntar as peças de uma imagem perfeita com estrelas no céu noturno, mas é sempre difícil evitar falhas e sombras.
Arquitetura integrada COB
A arquitetura integrada do COB possui naturalmente as características de uma fonte de luz de superfície, como uma galáxia brilhante, com luz uniforme e suave. O arranjo denso de múltiplos chips elimina áreas escuras e, com a tecnologia de matriz de microlentes, a uniformidade da iluminação pode ser de 85% a uma distância de 5 m; através da rugosidade da superfície do substrato, o ângulo de luz pode ser expandido para 180°, reduzindo o índice de ofuscamento (UGR) para menos de 19; sob o mesmo fluxo luminoso, a extensão óptica do COB é 40% menor do que a da matriz de LED, o que simplifica significativamente o projeto de iluminação. No cenário de iluminação de museus, a luminária de trilho COB da ERCO atinge uma taxa de iluminação de 50:1 a uma distância de projeção de 0,5 metro através de uma lente de forma livre, o que resolve perfeitamente a contradição entre a iluminação uniforme do produto e o destaque dos pontos-chave.
PARTE 03
Solução de gerenciamento térmico: inovação desde a dissipação de calor local até a condução de calor em nível de sistema
Fonte de luz LED tradicional
O LED tradicional adota um caminho de condução de calor de quatro níveis: chip - camada de cristal sólido - suporte - PCB", e a resistência térmica é complexa, como um caminho sinuoso, o que dificulta a rápida dissipação de calor. Em termos de resistência térmica da interface, há uma resistência térmica de contato de 0,5-1,0°C/W entre o chip e o suporte; em termos de resistência térmica do material, a condutividade térmica da placa FR-4 é de apenas 0,3W/m·K, o que se torna um gargalo na dissipação de calor; sob o efeito cumulativo, pontos quentes locais podem aumentar a temperatura da junção em 20-30°C quando vários LEDs são combinados. Dados experimentais mostram que quando a temperatura ambiente atinge 50°C, a taxa de decaimento da luz do LED SMD é 3 vezes mais rápida do que a do ambiente de 25°C, e a vida útil é reduzida para 60% do padrão L70, assim como a exposição prolongada ao sol, o desempenho e a vida útil das fontes de luz LED serão bastante reduzidos.
Fonte de luz COB
O COB adota uma arquitetura de condução de três níveis: chip - substrato - dissipador de calor, alcançando um salto qualitativo no gerenciamento térmico, como se estivesse pavimentando uma rodovia larga e plana para a fonte de luz, permitindo que o calor seja rapidamente conduzido e dissipado. Em termos de inovação do substrato, a condutividade térmica do substrato de alumínio atinge 2,0 W/m·K, e a do substrato cerâmico de nitreto de alumínio atinge 180 W/m·K; em termos de design de dissipação de calor, uma camada de dissipação de calor é colocada sob o conjunto de chips para controlar a diferença de temperatura dentro de ± 2 ℃; ao mesmo tempo, é compatível com resfriamento líquido, e a capacidade de dissipação de calor atinge 100 W/cm² após o substrato entrar em contato com a placa de resfriamento líquido. Na aplicação de faróis automotivos, as fontes de luz Osram COB usam design de separação termoelétrica para estabilizar a temperatura da junção abaixo de 85°C, atendem aos requisitos de confiabilidade de nível automotivo AEC-Q102 e têm uma vida útil de mais de 50.000 horas, assim como quando o carro está dirigindo em alta velocidade, ele ainda pode fornecer aos motoristas iluminação estável e confiável para garantir a segurança ao dirigir.
PARTE 04
Eficiência luminosa e eficiência energética: um avanço dos limites teóricos para a otimização da engenharia
Fontes de luz LED tradicionais
A melhoria da eficiência da luz LED segue a Lei de Heitz e continua a avançar por meio de inovações em sistemas de materiais e estruturas. Na otimização epitaxial, a estrutura de poço multiquântico InGaN/GaN eleva a eficiência quântica interna a 90%; substratos padronizados, como os padrões PSS, aumentam a eficiência de extração de luz para 85%; em termos de inovação em fósforo, a combinação de pó vermelho CASN e pó amarelo-esverdeado LuAG atinge um índice de reprodução de cor de Ra>95. A série KH de LEDs da Cree tem uma eficiência luminosa de 303 lm/W, mas a transformação de dados de laboratório em aplicações de engenharia ainda enfrenta desafios práticos, como perda de encapsulamento e eficiência de condução, assim como um atleta talentoso que pode criar resultados incríveis em um estado ideal, mas na arena real, está sujeito a vários fatores.
Fonte de luz COB
O COB alcança avanços na eficiência luminosa de engenharia por meio da sinergia entre acoplamento óptico e gerenciamento térmico. Quando o espaçamento do chip é <0,5 mm, a perda de acoplamento óptico é <5%; a taxa de atenuação da luz diminui em 50% a cada 10°C de redução na temperatura da junção; o design integrado do driver permite que o driver CA-CC seja integrado diretamente ao substrato, e a eficiência do sistema atinge 90%. Em aplicações de iluminação agrícola, o COB Samsung LM301B atinge PPF/W (eficiência de fótons fotossintéticos) de 3,1μmol/J por meio da otimização do espectro e do gerenciamento térmico, o que representa uma economia de energia de 40% em comparação com as lâmpadas HPS tradicionais. Como um artesão experiente, por meio de ajustes e otimizações cuidadosos, a fonte de luz pode atingir a máxima eficiência em aplicações práticas.
PARTE 05
Cenários de aplicação: Do posicionamento diferenciado à expansão da inovação integrada
Fontes de luz LED tradicionais
Os LEDs ocupam mercados específicos com sua flexibilidade. No campo de displays de indicação, os LEDs encapsulados 0402/0603 dominam o mercado de indicadores de eletrônicos de consumo; na iluminação especial, os LEDs UV formaram um monopólio nas áreas de cura e médica; em displays dinâmicos, as retroiluminações Mini LED alcançam uma taxa de contraste de 10000:1, superando os displays LCD. Por exemplo, no campo de dispositivos vestíveis inteligentes, o LED vermelho 0201 da Epistar tem apenas 0,25 mm² de tamanho, mas pode fornecer 100 mcd de intensidade luminosa, atendendo às necessidades de sensores de monitoramento de frequência cardíaca.
Fonte de luz COB
O COB está redefinindo o paradigma da engenharia de iluminação. Na iluminação comercial, uma determinada marca de downlight COB atinge uma eficiência luminosa de 120 lm/W, o que representa uma economia de energia de 60% em comparação com as soluções tradicionais; na iluminação externa, a maioria das marcas de luminárias públicas COB domésticas já consegue iluminação sob demanda e controle da poluição luminosa por meio de dimerização inteligente; em áreas de aplicação emergentes, as fontes de luz COB UVC atingem uma taxa de esterilização de 99,9% no tratamento de água, com tempo de resposta inferior a 1 segundo. No setor de plantas industriais, por meio da otimização da fórmula espectral das fontes de luz COB de espectro total, o teor de vitamina C da alface pode ser aumentado em 30% e o ciclo de crescimento pode ser reduzido em 20%.
PARTE 06
Oportunidades e Desafios: Altos e Baixos na Onda do Mercado
Oportunidades
Aumento do Consumo e Aumento da Demanda por Qualidade: Com a melhoria do padrão de vida, as exigências da população por qualidade de iluminação aumentaram. O COB inaugurou um amplo mercado de iluminação residencial e comercial de alto padrão com seu excelente desempenho luminoso e distribuição uniforme de luz; o LED é o preferido nos mercados de iluminação inteligente e iluminação ambiente com suas cores ricas e funções flexíveis de escurecimento e ajuste de cor, atendendo à demanda do consumidor por produtos de iluminação personalizados e inteligentes, em meio à tendência de aumento do consumo.
Promoção de políticas de economia de energia e proteção ambiental: O mundo atribui grande importância à conservação de energia e à proteção ambiental, e governos de diversos países implementaram políticas para incentivar o desenvolvimento da indústria de iluminação na direção de alta eficiência e economia de energia. Como representante da iluminação com economia de energia, o LED possui baixo consumo de energia e longa vida útil, o que lhe permite obter um grande número de oportunidades de aplicação no mercado com o apoio de políticas. É amplamente utilizado em iluminação interna e externa, iluminação viária, iluminação industrial e outros campos; o COB também se beneficia. Ao mesmo tempo em que melhora a qualidade da iluminação, pode alcançar certos efeitos de economia de energia. Em cenários de iluminação profissional com altos requisitos de utilização de luz, pode melhorar os efeitos de economia de energia por meio do design óptico e da conversão de energia.
Inovação tecnológica e modernização industrial: A onda de inovação tecnológica na indústria de iluminação continua, dando um novo impulso ao desenvolvimento de COB e LED. A equipe de P&D de COB explora materiais e processos de embalagem para melhorar seu desempenho de dissipação de calor, eficiência luminosa e confiabilidade, reduzir custos de produção e expandir o escopo de aplicação; avanços na tecnologia de chips de LED, inovações em formas de embalagem e integração de tecnologia de controle inteligente aprimoraram significativamente seu desempenho e funções.
Desafios
Concorrência acirrada no mercado: COB e LED enfrentam forte concorrência de muitos fabricantes. O mercado de LED possui tecnologia madura, baixas barreiras de entrada, alta homogeneidade de produtos, forte concorrência de preços e margens de lucro corporativas comprimidas. Embora o COB tenha vantagens no mercado de ponta, com o aumento do número de empresas, a concorrência também se intensificou, e criar vantagens competitivas diferenciadas tornou-se um desafio para as empresas.
Atualizações tecnológicas rápidas: O setor de iluminação está em constante atualização tecnológica, e as empresas de COB e LED precisam acompanhar o ritmo do desenvolvimento tecnológico e se adaptar às mudanças do mercado e à demanda do consumidor. As empresas de COB precisam estar atentas ao progresso dos chips, processos de embalagem e tecnologias de dissipação de calor, e ajustar a direção do desenvolvimento do produto; as empresas de LED enfrentam a pressão dupla das atualizações tecnológicas tradicionais e do surgimento de novas tecnologias de iluminação.
Padrões e especificações imperfeitos: Os padrões e especificações da indústria de COB e LED são imperfeitos, e há áreas cinzentas na qualidade do produto, testes de desempenho, certificação de segurança, etc., resultando em qualidade irregular do produto, dificultando o julgamento da qualidade pelos consumidores, trazendo dificuldades para a construção da marca corporativa e promoção de mercado, e aumentando os riscos e custos operacionais corporativos.
PARTE 07
Tendências de desenvolvimento da indústria: O caminho futuro da integração, do alto padrão e da diversificação
Tendências de desenvolvimento de fusão: espera-se que COB e LED alcancem um desenvolvimento integrado. Por exemplo, em produtos de iluminação, o COB, como principal fonte de luz, proporciona uma iluminação básica uniforme e de alto brilho, combinada com o ajuste de cor e as funções de controle inteligente do LED, para alcançar efeitos de iluminação diversificados e personalizados, explorar ao máximo as vantagens de ambos e atender às necessidades abrangentes e profundas dos consumidores.
Desenvolvimento de ponta e inteligência andam de mãos dadas: Com a melhoria da qualidade de vida e dos requisitos de experiência em iluminação, COB e LED estão se desenvolvendo na direção de alta qualidade e inteligência. As empresas aumentarão o investimento em P&D e inovação, aprimorarão o desempenho, a qualidade e o design dos produtos e criarão uma imagem de marca de alta qualidade; os produtos de iluminação serão integrados a tecnologias como a Internet das Coisas, big data e inteligência artificial para alcançar funções como controle automatizado, comutação de cenas e monitoramento do consumo de energia. Os consumidores podem controlar remotamente os equipamentos de iluminação por meio de um aplicativo de celular ou assistentes de voz inteligentes para obter uma gestão de economia de energia.
Expansão diversificada de aplicações: As áreas de aplicação de COB e LED continuam a se expandir e diversificar. Além da iluminação tradicional interna e externa, iluminação rodoviária e outros mercados, eles também desempenharão um papel importante em áreas emergentes, como iluminação agrícola, iluminação médica e iluminação marítima. Por exemplo, os LEDs na iluminação agrícola emitem luz com um comprimento de onda específico para promover a fotossíntese das plantas; a alta reprodução de cores e a luz uniforme do COB na iluminação médica ajudam os médicos a diagnosticar e tratar, além de melhorar o ambiente médico para os pacientes.
No vasto céu estrelado da indústria da iluminação, as fontes de luz COB e LED continuarão a brilhar, cada uma com suas próprias vantagens e integrando inovação para iluminar conjuntamente o brilhante caminho do desenvolvimento sustentável para a humanidade. Elas são como uma dupla de exploradores caminhando lado a lado, explorando constantemente novas margens no oceano da tecnologia, trazendo mais surpresas e luz para a vida das pessoas e para o desenvolvimento de todas as esferas da vida.