في التطور الحديث لصناعة الإضاءة، تُعدّ مصادر الإضاءة قاد وCOB بلا شكّ جوهرتين بارزتين. وتعتمدان على مزاياهما التقنية الفريدة لدفع عجلة تقدم هذه الصناعة. ستُحلل هذه المقالة بعمق الاختلافات والمزايا والعيوب بين مصادر الإضاءة كوب وLED، وتستكشف الفرص والتحديات التي تواجهها في بيئة سوق الإضاءة الحالية، بالإضافة إلى تأثيرها على اتجاهات التطور المستقبلية لهذه الصناعة.
الجزء 01
عملية التعبئة والتغليف: القفزة من الوحدات المنفصلة إلى الوحدات المتكاملة
مصادر الإضاءة قاد التقليدية
تعتمد مصادر إضاءة قاد التقليدية على طريقة تغليف أحادية الشريحة، تتكون من رقائق قاد، وأسلاك ذهبية، وأقواس، وفوسفورات، ومواد تغليف غروانية. تُثبّت الشريحة في أسفل حامل كأس العاكس باستخدام غراء موصل، ويربط السلك الذهبي قطب الشريحة ودبوس القوس، ويُخلط الفوسفور مع هلام السيليكا لتغطية سطح الشريحة لتحقيق التحويل الطيفي. تُنتج طريقة التغليف هذه أشكالًا متنوعة، مثل التوصيل المباشر والتوصيلات المرقعة، ولكنها في الأساس مزيج متكرر من وحدات إصدار الضوء المستقلة، مثل اللآلئ المتناثرة، والتي يجب توصيلها بدقة متسلسلة لتتألق. ومع ذلك، عند إنشاء مصدر ضوء واسع المساحة، سيزداد تعقيد النظام البصري بشكل كبير، تمامًا مثل بناء مبنى فخم، والذي يتطلب الكثير من القوى العاملة والموارد المادية لربط كل لبنة وحجر.
مصدر ضوء كوب
يُحدث مصدر ضوء كوب نقلة نوعية في عالم التغليف التقليدي، مُعتمدًا على تقنية اللحام المباشر متعدد الشرائح، لربط عشرات الآلاف من شرائح قاد مباشرةً على لوحة دوائر مطبوعة معدنية أو ركيزة سيراميكية. تتصل الشرائح كهربائيًا عبر أسلاك عالية الكثافة، ويُغطى السطح بالكامل بطبقة سيليكون تحتوي على الفوسفور لتكوين سطح مضيء موحد. يُشبه هذا التصميم ترصيع اللآلئ على لوحة فنية جميلة، حيث يُزيل الفجوة المادية بين مصابيح قاد الفردية، ويُحقق تصميمًا تعاونيًا للبصريات والحراريات. على سبيل المثال، يستخدم لوميليدز لوكسيون كوب تقنية اللحام الأيوتكتيكي لدمج 121 شريحة بقدرة 0.5 واط على ركيزة دائرية بقطر 19 مم، وبقدرة إجمالية تبلغ 60 واط. يُضغط تباعد الشرائح إلى 0.3 مم. وبفضل تجويف عاكس خاص، يتجاوز توزيع الضوء 90%. لا تعمل هذه الحزمة المتكاملة على تبسيط عملية الإنتاج فحسب، بل تخلق أيضًا شكلًا جديدًا من مصدر "light كوحدة، مما يوفر أساسًا ثوريًا لتصميم المصابيح، تمامًا مثل تزويد مصممي الإضاءة بوحدات مسبقة الصنع رائعة، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة التصميم والإنتاج.
الجزء 02
الخصائص البصرية: التحول من مصدر ضوء نقطي إلى مصدر ضوء سطحي
مصباح قاد واحد
مصباح قاد واحد هو في الأساس مصدر ضوء لامبرتي بزاوية انبعاث ضوء تبلغ حوالي 120 درجة، ولكن توزيع شدة الضوء هو منحنى جناح الخفاش مع انخفاض حاد في المركز، مثل نجم ساطع، ساطع ولكنه مبعثر إلى حد ما. من أجل تلبية احتياجات الإضاءة، يجب إعادة تشكيل منحنى توزيع الضوء من خلال التصميم البصري الثانوي. يستخدم نظام العدسات عدسة تير لضغط زاوية انبعاث الضوء إلى 30 درجة، ولكن فقدان كفاءة الضوء هو 15٪ -20٪؛ يمكن للعاكس المكافئ في محلول العاكس أن يزيد من شدة الضوء المركزي، ولكنه سينتج بقع ضوء واضحة؛ عند الجمع بين مصابيح قاد متعددة، يجب الحفاظ على تباعد كافٍ لتجنب الانحراف اللوني، مما سيزيد من سمك المصباح، تمامًا مثل محاولة تجميع صورة مثالية مع النجوم في سماء الليل، ولكن من الصعب دائمًا تجنب العيوب والظلال.
الهندسة المعمارية المتكاملة كوب
تتميز بنية كوب المتكاملة بخصائص مصدر ضوء سطحي، يشبه مجرة ساطعة، بإضاءة موحدة وناعمة. يُزيل الترتيب الكثيف للرقائق المتعددة المناطق المظلمة، وباستخدام تقنية مصفوفة العدسات الدقيقة، يمكن تحقيق تجانس الإضاءة بنسبة 85% ضمن مسافة 5 أمتار؛ ومن خلال خشونة سطح الركيزة، يمكن توسيع زاوية الضوء إلى 180 درجة، مما يقلل مؤشر الوهج (جامعة غرناطة) إلى أقل من 19؛ وتحت نفس التدفق الضوئي، يكون الامتداد البصري لـ كوب أقل بنسبة 40% من امتداد مصفوفة قاد، مما يُبسط تصميم الإضاءة بشكل كبير. في مجال إضاءة المتاحف، يحقق ضوء مسار كوب من شركة إيركو نسبة إضاءة 50:1 على مسافة إسقاط 0.5 متر من خلال عدسة حرة الشكل، مما يحل تمامًا التناقض بين الإضاءة الموحدة للمنتج وإبراز النقاط الرئيسية.
الجزء 03
حل الإدارة الحرارية: الابتكار من تبديد الحرارة المحلية إلى توصيل الحرارة على مستوى النظام
مصدر ضوء قاد التقليدي
تعتمد مصابيح قاد التقليدية على مسار توصيل حراري رباعي المستويات، يتكون من رقاقة دي دي اتش - طبقة بلورية صلبة - دعامة - PCB"، وتتميز بمقاومتها الحرارية المعقدة، مثل مسار اللف، مما يعيق التبديد السريع للحرارة. من حيث المقاومة الحرارية للواجهة، تتراوح المقاومة الحرارية للتلامس بين الرقاقة والدعامة بين 0.5 و1.0 درجة مئوية/واط؛ ومن حيث المقاومة الحرارية للمادة، تبلغ الموصلية الحرارية للوحة الفرنسية-4 0.3 واط/متر·كلفن فقط، مما يُشكل عائقًا أمام تبديد الحرارة؛ ونتيجةً للتأثير التراكمي، قد تزيد النقاط الساخنة المحلية من درجة حرارة الوصلة بمقدار 20-30 درجة مئوية عند دمج عدة مصابيح قاد. تظهر البيانات التجريبية أنه عندما تصل درجة الحرارة المحيطة إلى 50 درجة مئوية، فإن معدل اضمحلال ضوء SMD قاد أسرع بثلاث مرات من معدل بيئة 25 درجة مئوية، ويتم تقصير العمر إلى 60٪ من معيار L70، تمامًا مثل التعرض لأشعة الشمس لفترة طويلة، سيتم تقليل أداء وعمر مصادر ضوء قاد بشكل كبير.
مصدر ضوء كوب
يعتمد كوب على بنية توصيل ثلاثية المستويات، تتكون من رقاقة - ركيزة - حوض حراري، لتحقيق نقلة نوعية في الإدارة الحرارية، تمامًا مثل رصف طريق واسع ومسطح لمصدر الضوء، مما يسمح بتوصيل الحرارة وتبديدها بسرعة. فيما يتعلق بالابتكار في الركيزة، تصل الموصلية الحرارية لركيزة الألومنيوم إلى 2.0 واط/متر·كلفن، بينما تصل الموصلية الحرارية لركيزة سيراميك نتريد الألومنيوم إلى 180 واط/متر·كلفن. أما فيما يتعلق بتصميم تبديد الحرارة، فتُوضع طبقة تبديد حرارة أسفل مصفوفة الرقاقة للتحكم في فرق درجة الحرارة ضمن ±2 درجة مئوية؛ وفي الوقت نفسه، يتوافق مع التبريد السائل، حيث تصل سعة تبديد الحرارة إلى 100 واط/سم² بعد ملامسة الركيزة للوحة التبريد السائل. في تطبيق المصابيح الأمامية للسيارات، تستخدم مصادر ضوء كوب من أوسرام تصميم الفصل الحراري الكهربائي لتثبيت درجة حرارة الوصلة أقل من 85 درجة مئوية، وتلبية متطلبات موثوقية السيارات لجنة الطاقة الذرية الأسترالية-Q102، ولها عمر افتراضي يزيد عن 50000 ساعة، تمامًا كما هو الحال عندما تقود السيارة بسرعة عالية، ولا يزال بإمكانها توفير إضاءة مستقرة وموثوقة للسائقين لضمان سلامة القيادة.
الجزء 04
كفاءة الضوء وكفاءة الطاقة: نقلة نوعية من الحدود النظرية إلى التحسين الهندسي
مصادر الإضاءة قاد التقليدية
يتبع تحسين كفاءة إضاءة قاد قانون هايتز، ويواصل التقدم من خلال نظام المواد والابتكار الهيكلي. في التحسين الفوقي، تصل كفاءة الكم الداخلية إلى 90% بفضل بنية الآبار الكمومية المتعددة من إنغان/نيتريد الغاليوم؛ وتزيد الركائز المنقوشة، مثل أنماط بي اس اس، من كفاءة استخلاص الضوء إلى 85%؛ أما في مجال ابتكارات الفوسفور، فإن الجمع بين مسحوق كاسن الأحمر ومسحوق لواغ الأصفر والأخضر يحقق مؤشر تجسيد لوني راسششش95. تتميز سلسلة خ من مصابيح قاد من كري بكفاءة إضاءة تبلغ 303 لومن/واط، إلا أن تحويل بيانات المختبر إلى تطبيقات هندسية لا يزال يواجه تحديات عملية، مثل فقدان التغليف وكفاءة التشغيل، تمامًا مثل الرياضي الموهوب الذي يمكنه تحقيق نتائج مذهلة في حالة مثالية، ولكن في الميدان الفعلي، يخضع ذلك لعوامل مختلفة.
مصدر ضوء كوب
يحقق كوب إنجازاتٍ رائدة في هندسة كفاءة الضوء من خلال تضافر الاقتران البصري والإدارة الحرارية. عندما تكون المسافة بين الرقاقات أقل من 0.5 مم، يكون فقدان الاقتران البصري أقل من 5%؛ وينخفض معدل توهين الضوء بنسبة 50% مع كل انخفاض في درجة حرارة الوصلة بمقدار 10 درجات مئوية؛ ويتيح تصميم المشغل المتكامل دمج مشغل التيار المتردد والمستمر مباشرةً في الركيزة، وتصل كفاءة النظام إلى 90%. في تطبيقات الإضاءة الزراعية، يحقق مصباح سامسونج LM301B كوب كفاءة صندوق حماية حقوق الملكية الفكرية/W (كفاءة الفوتون الضوئي) البالغة 3.1 ميكرومول/جول من خلال تحسين الطيف والإدارة الحرارية، مما يوفر 40% من الطاقة مقارنةً بمصابيح HPS التقليدية. وبكفاءة حرفية عالية، ومن خلال الضبط والتحسين الدقيقين، يمكن لمصدر الضوء تحقيق أقصى كفاءة في التطبيقات العملية.
الجزء 05
سيناريوهات التطبيق: من التموضع المتباين إلى توسيع الابتكار المتكامل
مصادر الإضاءة قاد التقليدية
تحتل مصابيح قاد أسواقًا محددة بفضل مرونتها. ففي مجال شاشات العرض، تُهيمن مصابيح قاد المُعبأة 0402/0603 على سوق مصابيح مؤشرات الإلكترونيات الاستهلاكية؛ وفي مجال الإضاءة الخاصة، احتكرت مصابيح قاد فوق البنفسجية مجالي المعالجة والطب؛ وفي مجال العرض الديناميكي، تُحقق الإضاءة الخلفية ميني قاد نسبة تباين تبلغ 10000:1، مُتفوقةً على شاشات شاشة LCD. على سبيل المثال، في مجال الأجهزة الذكية القابلة للارتداء، يبلغ حجم مصباح قاد الأحمر 0201 من إبيستار 0.25 مم² فقط، ولكنه يُوفر شدة إضاءة تبلغ 100 ميكروكانديل، مُلبيًا بذلك احتياجات أجهزة استشعار مُراقبة معدل ضربات القلب.
مصدر ضوء كوب
تُعيد تقنية كوب تعريف مفهوم هندسة الإضاءة. ففي مجال الإضاءة التجارية، تُحقق علامة تجارية مُعينة من مصابيح كوب ضوء سفلي كفاءة إضاءة نظامية تبلغ 120 لومن/واط، وهو ما يُوفر 60% من الطاقة مُقارنةً بالحلول التقليدية. أما في مجال الإضاءة الخارجية، فتُمكن مُعظم العلامات التجارية لمصابيح الشوارع المنزلية كوب من توفير الإضاءة عند الطلب والتحكم في تلوث الضوء من خلال التعتيم الذكي. وفي مجالات التطبيقات الناشئة، تُحقق مصادر ضوء الأشعة فوق البنفسجية كوب معدل تعقيم بنسبة 99.9% في مجال معالجة المياه، وزمن استجابة أقل من ثانية واحدة. أما في مجال مصانع النباتات، فمن خلال تحسين صيغة طيف مصادر ضوء كوب كاملة الطيف، يُمكن زيادة محتوى فيتامين C في الخس بنسبة 30% وتقصير دورة نموه بنسبة 20%.
الجزء 06
الفرص والتحديات: الصعود والهبوط في موجة السوق
فرص
تحسين الاستهلاك وتحسين الجودة: مع تحسن مستوى المعيشة، ازدادت حاجة الناس إلى جودة الإضاءة. وقد مهدت مصابيح كوب الطريق لسوق واسعة في مجال الإضاءة السكنية والتجارية الراقية، بفضل أدائها الضوئي الممتاز وتوزيعها الموحد للضوء. أما مصابيح قاد، فتُعدّ خيارًا مفضلًا في أسواق الإضاءة الذكية والإضاءة الجوية، بفضل ألوانها الغنية ووظائفها المرنة في التعتيم وتعديل الألوان، مما يلبي طلب المستهلكين على منتجات إضاءة شخصية وذكية في ظل اتجاه تحسين الاستهلاك.
تعزيز سياسات توفير الطاقة وحماية البيئة: يولي العالم أهمية كبيرة للحفاظ على الطاقة وحماية البيئة، وقد وضعت حكومات مختلف الدول سياسات لتشجيع صناعة الإضاءة على التطور نحو الكفاءة العالية وتوفير الطاقة. تتميز مصابيح قاد، باعتبارها نموذجًا للإضاءة الموفرة للطاقة، بانخفاض استهلاكها للطاقة وعمرها الافتراضي الطويل، مما يتيح لها فرصًا واسعة للتطبيق في السوق بدعم من السياسات. تُستخدم على نطاق واسع في الإضاءة الداخلية والخارجية، وإضاءة الطرق، والإضاءة الصناعية، وغيرها من المجالات؛ كما تستفيد مصابيح كوب. إلى جانب تحسين جودة الإضاءة، يمكنها تحقيق تأثيرات توفير الطاقة. في مشاهد الإضاءة الاحترافية ذات استهلاك الضوء العالي، يمكنها تحسين تأثيرات توفير الطاقة من خلال التصميم البصري وتحويل الطاقة.
الابتكار التكنولوجي والارتقاء الصناعي: تتواصل موجة الابتكارات التكنولوجية في صناعة الإضاءة، مما يُعطي زخمًا جديدًا لتطوير مصابيح كوب وLED. يستكشف فريق البحث والتطوير في مصابيح كوب مواد وعمليات التغليف لتحسين أداء تبديد الحرارة، وكفاءة الإضاءة، وموثوقيتها، وخفض تكاليف الإنتاج، وتوسيع نطاق تطبيقاتها. وقد حسّنت التطورات التكنولوجية في رقائق قاد، وابتكارات أشكال التغليف، وتكامل تقنيات التحكم الذكي، أداءها ووظائفها بشكل كبير.
التحديات
منافسة شرسة في السوق: تواجه مصابيح كوب وLED منافسة شرسة من العديد من المصنّعين. يتميز سوق قاد بتقنيات متطورة، وحواجز دخول منخفضة، وتجانس كبير في المنتجات، ومنافسة شرسة في الأسعار، وهوامش ربح الشركات المحدودة. على الرغم من تفوق مصابيح كوب في سوق المنتجات الفاخرة، إلا أن ازدياد عدد الشركات أدى إلى اشتداد المنافسة، وأصبح خلق مزايا تنافسية متمايزة تحديًا للشركات.
تحديثات تكنولوجية سريعة: تشهد صناعة الإضاءة تطورات تكنولوجية سريعة، وتحتاج شركات كوب وLED إلى مواكبة التطور التكنولوجي والتكيف مع تغيرات السوق وطلبات المستهلكين. كما يتعين على شركات كوب الاهتمام بتطورات الرقائق وعمليات التغليف وتقنيات تبديد الحرارة، وتعديل مسار تطوير المنتجات؛ في حين تواجه شركات قاد ضغطًا مزدوجًا يتمثل في ترقيات التكنولوجيا التقليدية وظهور تقنيات إضاءة جديدة.
المعايير والمواصفات غير الكاملة: المعايير والمواصفات الصناعية لمنتجات كوب و قاد غير كاملة، وهناك مناطق رمادية في جودة المنتج واختبار الأداء وشهادة السلامة وما إلى ذلك، مما يؤدي إلى جودة غير متساوية للمنتج، مما يجعل من الصعب على المستهلكين الحكم على الجودة، مما يسبب صعوبات في بناء العلامة التجارية للشركات والترويج للسوق، ويزيد من مخاطر التشغيل والتكاليف للشركات.
الجزء 07
اتجاهات تطوير الصناعة: المسار المستقبلي للتكامل والرقي والتنويع
اتجاهات تطوير الاندماج: من المتوقع أن يحقق كوب وLED تطورًا متكاملًا. على سبيل المثال، في منتجات الإضاءة، يوفر كوب، كمصدر رئيسي للضوء، إضاءة أساسية موحدة وعالية السطوع، إلى جانب وظائف ضبط الألوان والتحكم الذكي لـ قاد، مما يحقق تأثيرات إضاءة متنوعة وشخصية، ويستغل مزايا كليهما على أكمل وجه، ويلبي الاحتياجات الشاملة والمتعمقة للمستهلكين.
التطور المتطور والذكي يتكاملان: مع تحسين جودة الحياة ومتطلبات تجربة الإضاءة، تتطور مصابيح كوب وLED نحو التطور المتطور والذكي. ستزيد الشركات استثماراتها في البحث والتطوير والابتكار، وستُحسّن أداء المنتجات وجودتها وتصميمها، وستُرسخ صورة علامتها التجارية الراقية؛ وستُدمج منتجات الإضاءة مع تقنيات مثل إنترنت الأشياء والبيانات الضخمة والذكاء الاصطناعي لتحقيق وظائف مثل التحكم الآلي، وتبديل المشهد، ومراقبة استهلاك الطاقة. يمكن للمستهلكين التحكم في معدات الإضاءة عن بُعد عبر تطبيق الهاتف المحمول أو المساعد الصوتي الذكي لتحقيق إدارة موفرة للطاقة.
توسعٌ في التطبيقات المتنوعة: تواصل مجالات استخدام كوب وLED توسعها وتنوعها. فبالإضافة إلى الإضاءة التقليدية الداخلية والخارجية، وإضاءة الطرق، وغيرها من الأسواق، ستلعب هذه المنتجات دورًا هامًا في المجالات الناشئة مثل الإضاءة الزراعية، والإضاءة الطبية، والإضاءة البحرية. على سبيل المثال، تُصدر مصابيح قاد في الإضاءة الزراعية ضوءًا بطول موجي محدد لتعزيز عملية التمثيل الضوئي للنباتات؛ كما أن جودة الألوان العالية والإضاءة المتجانسة لـ كوب في الإضاءة الطبية تُساعد الأطباء على التشخيص والعلاج، وتحسين البيئة الطبية للمرضى.
في سماء صناعة الإضاءة المرصعة بالنجوم، ستواصل مصادر إضاءة كوب ومصادر إضاءة قاد تألقها، كلٌّ منها يُبرز مزاياه، ويتكامل الابتكار فيما بينهما، ليُنير معًا طريق التنمية المستدامة المشرق للبشرية. إنها أشبه بمستكشفين يسيران جنبًا إلى جنب، يستكشفان باستمرار آفاقًا جديدة في بحر التكنولوجيا، ويجلبان المزيد من المفاجآت والإشراق إلى حياة الناس، ويدفعان عجلة التطور في جميع مناحي الحياة.