Dans le développement moderne de l'industrie de l'éclairage, les sources lumineuses LED et COB sont sans conteste les deux perles les plus remarquables. Grâce à leurs atouts techniques uniques, elles contribuent conjointement au progrès du secteur. Cet article analyse en profondeur les différences, les avantages et les inconvénients des sources lumineuses COB et LED, et explore les opportunités et les défis auxquels elles sont confrontées dans le contexte actuel du marché de l'éclairage, ainsi que leur impact sur les tendances futures du secteur.
PARTIE.01
Processus d'emballage : le passage des unités discrètes aux modules intégrés
Sources lumineuses LED traditionnelles
Les sources lumineuses LED traditionnelles adoptent un mode de conditionnement monopuce, composé de puces LED, de fils d'or, de supports, de phosphores et de colloïdes de conditionnement. La puce est fixée au fond du support du réflecteur par une colle conductrice ; le fil d'or relie l'électrode de la puce à la broche du support, et le phosphore est mélangé à du gel de silice pour recouvrir la surface de la puce et réaliser la conversion spectrale. Ce mode de conditionnement permet diverses formes, comme le branchement direct ou le patch, mais il s'agit essentiellement d'une combinaison répétée d'unités électroluminescentes indépendantes, telles des perles dispersées, qui doivent être soigneusement connectées en série pour briller. Cependant, lors de la construction d'une source lumineuse de grande surface, la complexité du système optique augmente exponentiellement, tout comme la construction d'un magnifique bâtiment, qui nécessite beaucoup de main-d'œuvre et de ressources matérielles pour assembler et assembler chaque brique et pierre.
Source lumineuse COB
La source lumineuse COB révolutionne le packaging traditionnel et adopte la technologie de soudage direct multipuces pour assembler directement des dizaines, voire des milliers de puces LED sur un circuit imprimé métallique ou un substrat céramique. Les puces sont interconnectées électriquement par un câblage haute densité, et toute leur surface est recouverte d'une couche de silicone contenant du phosphore pour former une surface lumineuse uniforme. Cette architecture, telle une incrustation de perles sur une toile, élimine l'espace physique entre les LED et concrétise une conception collaborative de l'optique et de la thermique. Par exemple, la LUXEON COB de Lumileds utilise la technologie de soudage eutectique pour intégrer 121 puces de 0,5 W sur un substrat circulaire de 19 mm de diamètre, pour une puissance totale de 60 W. L'espacement entre les puces est réduit à 0,3 mm. Grâce à une cavité réfléchissante spéciale, l'uniformité de la distribution lumineuse dépasse 90 %. Ce package intégré simplifie non seulement le processus de production, mais crée également une nouvelle forme de source de lumière sous forme de module, fournissant une base révolutionnaire pour la conception de lampes, tout comme fournir aux concepteurs d'éclairage des modules préfabriqués exquis, améliorant considérablement l'efficacité de la conception et de la production.
PARTIE 02
Propriétés optiques : la transformation d'une source lumineuse ponctuelle en source lumineuse surfacique
LED unique
Une LED unique est une source lumineuse lambertienne avec un angle d'émission d'environ 120°. Cependant, la distribution de l'intensité lumineuse suit une courbe en aile de chauve-souris avec une forte décroissance au centre, à l'image d'une étoile brillante, mais légèrement dispersée. Afin de répondre aux besoins d'éclairage, la courbe de distribution lumineuse doit être remodelée grâce à une conception optique secondaire. Le système de lentilles utilise une lentille TIR pour comprimer l'angle d'émission à 30°, mais la perte d'efficacité lumineuse est de 15 à 20 %. Le réflecteur parabolique intégré au réflecteur peut augmenter l'intensité lumineuse centrale, mais produit des points lumineux visibles. Lorsque plusieurs LED sont combinées, elles doivent être suffisamment espacées pour éviter les aberrations chromatiques, ce qui augmente l'épaisseur de la lampe. C'est un peu comme essayer de reconstituer une image parfaite avec des étoiles dans le ciel nocturne, mais il est toujours difficile d'éviter les imperfections et les ombres.
Architecture intégrée COB
L'architecture intégrée du COB présente naturellement les caractéristiques d'une source lumineuse de surface, telle une galaxie brillante, avec une lumière uniforme et douce. La disposition dense de plusieurs puces élimine les zones sombres et, grâce à la technologie de matrice de microlentilles, l'uniformité d'éclairage atteint 85 % à une distance de 5 m. Grâce à la rugosité de la surface du substrat, l'angle d'éclairage peut être étendu à 180°, réduisant ainsi l'indice d'éblouissement (UGR) à moins de 19. À flux lumineux égal, l'extension optique du COB est inférieure de 40 % à celle d'une matrice de LED, simplifiant ainsi considérablement la conception d'éclairage. Dans l'éclairage des musées, le rail lumineux COB d'ERCO atteint un rapport d'éclairement de 50:1 à une distance de projection de 0,5 mètre grâce à une lentille à forme libre, ce qui résout parfaitement la contradiction entre un éclairage uniforme du produit et la mise en valeur des points clés.
PARTIE 03
Solution de gestion thermique : innovation de la dissipation thermique locale à la conduction thermique au niveau du système
Source lumineuse LED traditionnelle
Les LED traditionnelles adoptent un chemin de conduction thermique à quatre niveaux (puce, couche de cristal solide, support et circuit imprimé). Leur résistance thermique est complexe, semblable à un chemin sinueux, ce qui entrave la dissipation rapide de la chaleur. Concernant la résistance thermique d'interface, la résistance thermique de contact entre la puce et le support est de 0,5 à 1,0 °C/W ; concernant la résistance thermique du matériau, la conductivité thermique de la carte FR-4 n'est que de 0,3 W/m·K, ce qui constitue un obstacle à la dissipation thermique. Sous l'effet cumulatif, des points chauds locaux peuvent augmenter la température de jonction de 20 à 30 °C lors de la combinaison de plusieurs LED. Les données expérimentales montrent que lorsque la température ambiante atteint 50℃, le taux de décroissance de la lumière des LED SMD est 3 fois plus rapide que celui d'un environnement à 25℃, et la durée de vie est réduite à 60% de la norme L70, tout comme être exposé au soleil pendant une longue période, les performances et la durée de vie des sources lumineuses LED seront considérablement réduites.
Source lumineuse COB
Le COB adopte une architecture de conduction à trois niveaux (puce, substrat et dissipateur thermique) pour réaliser un saut qualitatif en matière de gestion thermique, à l'image d'une autoroute large et plane pour la source lumineuse, permettant une conduction et une dissipation thermique rapides. En termes d'innovation, la conductivité thermique du substrat en aluminium atteint 2,0 W/m·K, et celle du substrat en céramique de nitrure d'aluminium 180 W/m·K. Concernant la dissipation thermique, une couche de dissipation thermique est placée sous la matrice de puces pour contrôler la différence de température à ± 2 °C. Compatible avec le refroidissement liquide, la capacité de dissipation thermique atteint 100 W/cm² après contact du substrat avec la plaque de refroidissement liquide. Dans l'application des phares automobiles, les sources lumineuses Osram COB utilisent une conception de séparation thermoélectrique pour stabiliser la température de jonction en dessous de 85 ℃, répondent aux exigences de fiabilité de qualité automobile AEC-Q102 et ont une durée de vie de plus de 50 000 heures, tout comme lorsque la voiture roule à grande vitesse, elle peut toujours fournir aux conducteurs un éclairage stable et fiable pour assurer la sécurité de conduite.
PARTIE.04
Efficacité lumineuse et efficacité énergétique : une avancée des limites théoriques à l'optimisation technique
Sources lumineuses LED traditionnelles
L'amélioration de l'efficacité lumineuse des LED suit la loi de Heitz et continue de progresser grâce à l'innovation structurelle et aux systèmes de matériaux. En optimisation épitaxiale, la structure à puits quantiques multiples InGaN/GaN permet d'atteindre un rendement quantique interne de 90 % ; les substrats à motifs, tels que les motifs PSS, portent l'efficacité d'extraction de la lumière à 85 % ; en matière d'innovation dans le domaine du phosphore, la combinaison de poudre rouge CASN et de poudre jaune-vert LuAG permet d'obtenir un indice de rendu des couleurs de Ra>95. Les LED de la série KH de Cree affichent un rendement lumineux de 303 lm/W, mais la transformation des données de laboratoire en applications techniques se heurte encore à des défis pratiques tels que la perte de packaging et l'efficacité de pilotage, à l'image d'un athlète talentueux capable d'obtenir des résultats exceptionnels dans des conditions idéales, mais soumis à divers facteurs sur le terrain.
Source lumineuse COB
Le COB réalise des avancées majeures en matière d'efficacité lumineuse grâce à la synergie entre couplage optique et gestion thermique. Lorsque l'espacement des puces est inférieur à 0,5 mm, la perte de couplage optique est inférieure à 5 % ; le taux d'atténuation lumineuse diminue de 50 % pour chaque baisse de 10 °C de la température de jonction ; la conception du pilote intégré permet l'intégration directe du pilote CA/CC au substrat, pour un rendement système atteignant 90 %. Dans les applications d'éclairage agricole, le COB Samsung LM301B atteint un PPF/W (efficacité photonique photosynthétique) de 3,1 μmol/J grâce à l'optimisation du spectre et à la gestion thermique, soit une économie d'énergie de 40 % par rapport aux lampes HPS traditionnelles. À l'image d'un artisan expérimenté, grâce à un réglage et une optimisation minutieux, cette source lumineuse peut optimiser son efficacité dans les applications pratiques.
PARTIE 05
Scénarios d'application : Du positionnement différencié à l'expansion de l'innovation intégrée
Sources lumineuses LED traditionnelles
Les LED occupent des marchés spécifiques grâce à leur flexibilité. Dans le domaine de l'affichage, les LED encapsulées 0402/0603 dominent le marché des voyants lumineux pour l'électronique grand public ; dans l'éclairage spécialisé, les LED UV ont acquis une position dominante dans les domaines thérapeutique et médical ; en affichage dynamique, les rétroéclairages Mini LED atteignent un rapport de contraste de 10 000:1, surpassant ainsi les écrans LCD. Par exemple, dans le domaine des objets connectés, la LED rouge 0201 d'Epistar, d'une taille de seulement 0,25 mm², peut fournir une intensité lumineuse de 100 mcd, répondant ainsi aux besoins des capteurs de fréquence cardiaque.
Source lumineuse COB
La technologie COB redéfinit le paradigme de l'ingénierie de l'éclairage. En éclairage commercial, une marque de downlight COB atteint un rendement lumineux de 120 lm/W, soit 60 % d'économie d'énergie par rapport aux solutions traditionnelles. En éclairage extérieur, la plupart des marques de lampadaires COB domestiques permettent déjà un éclairage à la demande et une maîtrise de la pollution lumineuse grâce à une gradation intelligente. Dans les domaines d'application émergents, les sources lumineuses COB UVC atteignent un taux de stérilisation de 99,9 % dans le traitement de l'eau, avec un temps de réponse inférieur à 1 seconde. Dans les usines de production de plantes, l'optimisation de la formule spectrale des sources lumineuses COB à spectre complet permet d'augmenter la teneur en vitamine C des laitues de 30 % et de raccourcir leur cycle de croissance de 20 %.
PARTIE 06
Opportunités et défis : les hauts et les bas de la vague du marché
Opportunités
Amélioration de la consommation et de la qualité : Avec l'amélioration du niveau de vie, les exigences en matière d'éclairage ont augmenté. Grâce à ses excellentes performances lumineuses et à sa distribution lumineuse uniforme, la technologie COB a ouvert la voie à un vaste marché de l'éclairage résidentiel et commercial haut de gamme. La technologie LED est plébiscitée sur les marchés de l'éclairage intelligent et de l'éclairage d'ambiance grâce à ses couleurs riches et à ses fonctions flexibles de gradation et de réglage des couleurs, répondant ainsi à la demande des consommateurs en produits d'éclairage personnalisés et intelligents, dans un contexte d'amélioration de la consommation.
Promotion des politiques d'économie d'énergie et de protection de l'environnement : Le monde attache une grande importance aux économies d'énergie et à la protection de l'environnement, et les gouvernements de nombreux pays ont mis en place des politiques pour encourager le secteur de l'éclairage à se développer vers une efficacité énergétique élevée et des économies d'énergie. Représentante de l'éclairage à économie d'énergie, la LED présente une faible consommation d'énergie et une longue durée de vie, ce qui lui permet d'accéder à de nombreuses opportunités commerciales grâce au soutien des politiques publiques. Largement utilisée dans l'éclairage intérieur et extérieur, l'éclairage routier, l'éclairage industriel et d'autres domaines, elle bénéficie également des avantages de la technologie COB. Tout en améliorant la qualité de l'éclairage, elle permet de réaliser des économies d'énergie. Dans les environnements d'éclairage professionnel exigeant une utilisation intensive de la lumière, elle permet d'optimiser les économies d'énergie grâce à sa conception optique et à sa conversion d'énergie.
Innovation technologique et modernisation industrielle : La vague d'innovation technologique dans le secteur de l'éclairage se poursuit, insufflant un nouvel élan au développement des COB et des LED. L'équipe R&D COB explore les matériaux et procédés d'emballage afin d'améliorer la dissipation thermique, l'efficacité lumineuse et la fiabilité, de réduire les coûts de production et d'élargir le champ d'application. Les avancées technologiques en matière de puces LED, les innovations en matière d'emballage et l'intégration de technologies de contrôle intelligent ont considérablement amélioré leurs performances et leurs fonctionnalités.
Défis
Concurrence féroce sur le marché : Les COB et les LED font face à une concurrence féroce de la part de nombreux fabricants. Le marché des LED se caractérise par une technologie mature, de faibles barrières à l'entrée, une forte homogénéité des produits, une concurrence féroce sur les prix et des marges bénéficiaires réduites. Bien que les COB présentent des avantages sur le marché haut de gamme, la concurrence s'est intensifiée avec l'augmentation du nombre d'entreprises, et créer des avantages concurrentiels différenciants est devenu un défi pour les entreprises.
Mises à jour technologiques rapides : Le secteur de l'éclairage connaît une évolution technologique rapide, et les fabricants de COB et de LED doivent suivre le rythme du développement technologique et s'adapter aux évolutions du marché et à la demande des consommateurs. Les fabricants de COB doivent suivre l'évolution des puces, des procédés de conditionnement et des technologies de dissipation thermique, et adapter l'orientation du développement de leurs produits. Les fabricants de LED doivent quant à eux faire face à la double pression des mises à niveau technologiques traditionnelles et de l'essor des nouvelles technologies d'éclairage.
Normes et spécifications imparfaites : Les normes et spécifications de l'industrie des COB et des LED sont imparfaites, et il existe des zones grises dans la qualité des produits, les tests de performance, la certification de sécurité, etc., ce qui entraîne une qualité inégale des produits, ce qui rend difficile pour les consommateurs de juger la qualité, ce qui entraîne des difficultés pour la construction de la marque de l'entreprise et la promotion du marché, et augmente les risques et les coûts d'exploitation de l'entreprise.
PARTIE 07
Tendances de développement de l'industrie : la voie future de l'intégration, du haut de gamme et de la diversification
Tendances de développement fusionnel : COB et LED devraient se développer de manière intégrée. Par exemple, dans les produits d'éclairage, le COB, en tant que source lumineuse principale, offre un éclairage de base uniforme et très lumineux. Associé aux fonctions de réglage des couleurs et de contrôle intelligent des LED, il permet d'obtenir des effets lumineux diversifiés et personnalisés, de tirer pleinement parti des avantages des deux technologies et de répondre aux besoins complets et précis des consommateurs.
Développement haut de gamme et intelligent vont de pair : avec l'amélioration de la qualité de vie et des exigences en matière d'éclairage, les technologies COB et LED évoluent vers le haut de gamme et l'intelligence. Les entreprises investiront davantage dans la R&D et l'innovation, amélioreront les performances, la qualité et le design de leurs produits et créeront une image de marque haut de gamme. Les produits d'éclairage seront intégrés à des technologies telles que l'Internet des objets, le big data et l'intelligence artificielle pour offrir des fonctions telles que le contrôle automatisé, la commutation de scènes et le suivi de la consommation d'énergie. Les consommateurs pourront contrôler leurs équipements d'éclairage à distance via une application mobile ou des assistants vocaux intelligents pour gérer leurs économies d'énergie.
Expansion et diversification des applications : Les domaines d'application des COB et des LED continuent de se développer et de se diversifier. Outre l'éclairage intérieur et extérieur traditionnel, l'éclairage routier et d'autres marchés, ils joueront également un rôle important dans des domaines émergents tels que l'éclairage agricole, l'éclairage médical et l'éclairage maritime. Par exemple, les LED utilisées dans l'éclairage agricole émettent une lumière d'une longueur d'onde spécifique pour favoriser la photosynthèse des plantes ; le rendu des couleurs élevé et l'uniformité de la lumière des COB utilisés dans l'éclairage médical aident les médecins à diagnostiquer et à traiter les patients, tout en améliorant leur environnement médical.
Dans le vaste univers étoilé de l'industrie de l'éclairage, les sources lumineuses COB et LED continueront de briller, chacune présentant ses propres atouts et intégrant l'innovation pour éclairer ensemble la voie radieuse du développement durable pour l'humanité. Tels deux explorateurs marchant côte à côte, ils explorent sans cesse de nouveaux horizons dans l'océan technologique, apportant toujours plus de surprises et de lumière à la vie des gens et au développement de tous les horizons.