Выставка Strategies in Light 2011: эволюция и достижения светодиодных технологий


PDF версия

Современные светодиодные технологии имеют широкий диапазон применения. Стараясь расширить его еще больше, производители комплектующих продолжают искать способы повысить яркость и качество светодиодов. Одним из наиболее вероятных конкурентов являются органические светодиоды (OLED), скрывающие в себе большой потенциал. I часть репортажа Мори Райта с выставки конференции SIL (Strategies in Light).

Конференция Strategies in Light, прошедшая в феврале 2011 года в Калифорнии показала, что технологии твердотельного освещения заметно возмужали. Действительно, в одном из докладов, президент и генеральный директор компании Osram Opto Semiconductors Альдо Кемпер отметил, что на сегодняшний день светодиодам под силу заменить собой все освещение. Без сомнений, производители комплектующих для светодиодных светильников внесли весомый вклад в такие параметры как яркость и качество цветопередачи. Однако пределов совершенству, как мы знаем, нет. Кроме того, SSL-технологии глубоко внедрились только в общее освещение, оставив без внимания другие области применения, таящие в себе неиспользованные возможности — например, науку или сельское хозяйство. К слову сказать, светодиоды не являются единственной развивающейся и многообещающей технологией освещения. Другие, альтернативные и эффективные варианты, вроде органических светодиодов (OLED) вполне способны отбить себе часть рынка уже к 2015 году. Вся выставка Strategies in Light буквально пропитана духом оптимизма и уверенности в блестящих перспективах светодиодов и рынка твердотельного освещения. Светодиодная промышленность добилась хороших успехов как в производстве комплектующих, так и в дизайне светодиодных систем. Результаты ежегодного соревнования NGL («светильники нового поколения»), которые были оглашены на выставке-конференции Strategies in Light, показали очевидные успехи производителей в улучшении дизайна световых приборов. Впрочем, и без этого на выставочном этаже и так было на что посмотреть — улучшения коснулись практически всех комплектующих твердотельного освещения и светодиодной техники — от управляющей электроники до упаковки.

Рис. 1. Американская компания Cree продемонстрировала светодиод для лампы MR-16, в котором использован отражатель от LediL(слева) и оптикой от Carlco (справа). Лампы со светодиодами MT-G, разработанные Cree, как преемники MR-16 были представлены на конференции Strategies in light. MT-G состоит из 12-ти 9×9 мм плат и выдает 560 люменов при силе тока 1,1 ампер и температуре 85 градусов Цельсия, а при 4 амперах при той же температуре около 1525 люмен, и светит теплым белым светом (3000К). Обе компании — Philips Lumileds и Cree заявили, что отныне будут проводить тестовые испытания светодиодов при температуре 85 градусов Цельсия. Это позволит получать более точные результаты, чем при стандартной тестовой температуре в 25 градусов

В своих докладах и генеральный директор Philips Lumileds Майкл Холт и президент Osram Opto Semiconductors Альдо Кемпер сделали основной упор на комплектующих для светодиодных устройств. Оба руководителя старались сохранить информацию об успехах в светодиодной промышленности в тайне, однако рассказали, что дорабатывать еще придется очень многое. В своей речи Майкл Холт авансом заявил о том, что сражение за производительность светодиодов уже закончено. Альдо Кемпер продемонстрировал график, подготовленный Министерством энергетики на котором обозначен теоретический предел эффективности светодиодов. Однако чтобы реализовать хотя бы 70—80 процентов от заявленного лимита нужно будет серьезно потрудиться. А сам предел при нынешних темпах развития светодиодной промышленности будет достигнут не раньше 2020 года.

В ходе продолжительного обсуждения проблемы яркости светодиодов, Майкл Холт и Альдо Кемпер обозначили и коснулись и других областей, определяющих состоятельность светодиодной промышленности. В частности, Холт в первую очередь упомянул цветопередачу, а Кемпер подробно рассказал о других областях, в которых производители комплектующих для светодиодов должны внести улучшения и объяснил? что конкретно должно быть улучшено: стоимость, качество, дизайн, и производительность. По его словам, почти половина производимых комплектующих идет с браком и, в конечном счете, просто выбрасывается. Естественно, это напрямую влияет как на цену комплектующих, так и на стоимость продукции в целом. Кроме того, Кемпер высказал надежду, что эпитаксиальные слои для светодиодов станут делать более однородными.

Не секрет, что внедрение пластин большего размера может повлиять на снижение стоимости светодиодов. Кемпер сообщил, что 6 лет назад Osram перешел на производство 4-х дюймовых пластин, а в этом году освоит производство 6-ти дюймовых. Еще один вопрос, затронутый Кемпером — поиск подложек из альтернативных материалов, например, из кремния, который станет наилучшим решением проблемы снижения стоимости светодиодов. Производить большие кремниевые пластины гораздо дешевле аналогичных, сапфировых. Однако здесь возникает трудность: галлий-нитридные и кремниевые материалы плохо соединяются друг с другом.

В понятие «качество светодиода» Кемпер включил широкий ряд вопросов, начиная от стандартизации и сертификации различных модулей и комплектующих, до хранения и цветопередачи. Он подчеркнул, что светодиодная продукция должна в полной мере отвечать запросам потребителей по качеству и длительности эксплуатации.

Одним из важнейших направлений по усовершенствованию светодиодов является их специализация. Здесь, прежде всего, имеется в виду совместимость с автомобильным освещением. Светодиоды с успехом применяются и в головном свете, и стоп-сигналах автомобиля, подсветке салона и приборной панели. Однако в машинах есть и другие места, где требуется освещение. И светодиод головного света по своим свойствам будет коренным образом отличаться от светодиода внутренней подсветки. И светодиодная промышленность должна в полной мере учитывать эти различия, практиковать индивидуальный подход к свету. То же самое касается всего освещения в целом.

Говоря об «интеллектуальном» освещении, Кемпер объяснил, что в любом месте, где требуется свет, он должен быть надлежащего качества. Ключевую роль здесь играет адаптивно-управляющая технология, которая с одной стороны максимально бережет энергию, а с другой обеспечивает наилучшее комфортное освещение.

Качество и плотность цвета

В дополнение к программе «Светодиоды без биннинга» и Luxeon S — 9-ти чиповому светодиоду, представленному на конференции SIL, руководитель Philips Lumileds Майкл Холт уделил основное внимание качеству цветопередачи. Несмотря на то, что выступление Майкла Холта было больше похоже на рекламу своей продукции, в нем содержится ряд интересных выкладок. Испытания светодиодов при рабочей температуре, которая составляет 85 градусов по Цельсию, дали возможность компании Philips Lumileds соединить излучатели с платой из фосфора, сделанной по технологии Luminaric. Это позволит готовым светодиодам не выходить из рамок цветовой температуры, обозначенной эллипсом МакАдама. В таком случае, производители светильников и другие потребители светодиодов могут получить от этого определенную выгоду.

Майкл Холт вспомнил, как один из заказчиков поинтересовался, почему светодиоды не испытываются в том же температурном режиме, что и работают. Как правило, светодиоды проходят испытания при температуре 25 градусов Цельсия. Он признался, что увел внимание оппонента от насущной проблемы пустыми разглагольствованиями, хотя в душе понимал, что тот абсолютно прав. И поставщики комплектующих для светодиодов заведомо обманывают потребителя, расписывая спецификацию в соответствии с данными, полученными в ходе таких испытаний.

поставщики комплектующих для светодиодов заведомо обманывают потребителя,расписывая спецификацию в соответствии с данными, полученными в ходе таких испытаний

Проблема в том, что испытания светодиода в рабочем температурном режиме (85 градусов цельсия) затратны и длительны. Philips Lumileds выпускает почти миллион белых светодиодов Rebel в год, и проводить качественные испытания с каждым устройством чрезвычайно трудно. Впрочем, Холт подчеркнул, что это вовсе их не оправдывает, и любой клиент вправе настаивать на качественных исследованиях. Новые Luxeon S будут тестироваться только в режиме рабочей температуры — при 85 градусах цельсия.

Третий цикл

В секторе сверхъярких светодиодов на выставке Strategies in Light, выступил управляющий директор по исследованию освещения при поддержке инвестиции банка компании Canaccord Genuity Джед Дорсхаймер. Он дал свой прогноз относительно развития рынка светодиодов, назвав его «третий цикл». Третий цикл связан с тем, как общий рынок освещения влияет на баланс спроса и предложения на светодиодную продукцию, и противопоставлен второму циклу, в котором локомотивом развития стала подсветка для дисплеев. В своей речи Дорсхаймер обрисовал обширный потенциал светодиодного освещения в целом, особенно в тех регионах планеты, где есть проблемы с электроэнергией. За счет малого потребления, светодиоды прекрасно вписываются в схему энергосбережения. Ряд регионов африканского континента и Азии, получающих электроэнергию из угля, весьма ограничен в энергоресурсах и не может обеспечить все возрастающие потребности в освещении. По словам Дорсхаймера, миру необходима электро диета,. По оценкам компании Canaccord, на освещение во всем мире тратится до 30 процентов электроэнергии. Твердотельные осветительные системы (SSL) помогут убить сразу двух зайцев: снизить энергозатраты на освещение, а также сохранить и в полной мере обеспечить растущие потребности в освещении в рамках установленных лимитов.

Хотя рынок освещения жилых зданий и сооружений достаточно велик, в сравнении с коммерческим, промышленным секторами и сектором наружного освещения он ничтожно мал. И в сравнении со светодиодным освещением малоэффективные лампы накаливания соревноваться не могут. Единственную конкуренцию составляют более эффективные линейные флуоресцентные лампы и HID-системы освещения. Учитывая жесткую конкуренцию SSL-системам, Canaccord разработала универсальную модель, которую Дорсхаймер охарактеризовал как «десятки вводов и 200000 схем», разработанную для реализации энергетического потенциала SSL-систем. Результаты работы этой модели Canaccord опубликовала в августе прошлого года, сделав прогноз, что к 2020 году доля светодиодов в общем освещении может достичь 30—60%. Такой же широкий разброс прогнозируется аналитиками фондовых рынков и в отношении доходов от использования SSL-систем. По примерным подсчетам светодиоды «заработают» от 105,9 до 313,8 миллионов долларов.

Оказывается, по словам Дорсхаймера, некоторые нюансы рынка светодиодной подсветки будут способствовать внедрению SSL- систем. Так как продажи телевизоров со светодиодной подсветкой не оправдали ожиданий, оказавшись ниже планируемых, то часть светодиодов, выпущенных для подсветки, были использованы для нужд освещения, при этом, чтобы поскорее избавиться от накопившихся запасов поставщики изрядно снизили их стоимость. Таким образом, обновленный прогноз компании Canaccord увеличил долю светодиодов в общем освещении до 54—75%. Однако вследствие снижения их стоимости, новый прогноз оценивает будущие доходы от продажи светодиодов в сумму от 70 до 161 миллиона долларов.

Светодиодная подсветка для дисплеев

Конечно, рынок 2 цикла — подсветки для дисплеев телевизоров и компьютерных мониторов все еще играет весомую роль в спросе на светодиодную продукцию и вполне может вызвать технологический прорыв в сегменте общего освещения. Старший научный сотрудник LCD TV Association Дэйвид Барнс представил по нему обновленный доклад. Он начал свою речь в защиту ЖК-дисплеев, выразив сомнение, что дисплеи на основе органических светодиодов (OLED-дисплеи) помогут решить проблемы энергосбережения и будут дешевле в изготовлении. Но даже если это и удастся, то, по словам Барнса, это не будет иметь никакого значения. Он сравнил производство ЖК-дисплеев со снежным комом, катящимся с горки и в считанные секунды обрастающим снегом. Уже сейчас оборот рынка ЖК-дисплеев приносит доходы до 90 миллионов долларов, и каждый год эта цифра увеличивается на четверть. Это создаст, как и раньше, определенный защитный барьер для любой альтернативной технологии вроде OLED. Но и в том случае, если выкладки Барнса будут верны и чаша весов склонится к ЖК-технологиям, производители светодиодов все равно останутся в плюсе. Что бы ни происходило, экспансия светодиодов продолжится, и их доля в некоторых областях может достигнуть 100%

Рис. 2. Альтернативные способы крепления систем наружного освещения, представленные Acuity Brands Lighting (слева) и Westpac LED Lighting Inc. (справа)

Однако даже Барнс был вынужден заявить, что рынок подсветки не создаст необходимого спроса на светодиоды до конца 2012 года, особенно если учитывать темпы расширения производственных мощностей. И он хорошо понимает, как обстоят дела в той области, куда стремятся попасть сторонники OLED технологий — в сегменте подсветки для плоских дисплеев. И задает вполне логичный вопрос: а кто решил, что OLED технологии будут следующим шагом в освещении? Он отметил ряд достижений в светодиодной промышленности, касающихся повышения качества компонентов, уменьшение их стоимости, а также рост объемов производства. А производители OLED, по его словам, до сих пор топчутся на месте, пытаясь подступиться к освещению хоть с какой-нибудь стороны. Светодиоды, размещенные по краям плоских ЖК-дисплеев, вполне могут заменить обычную подсветку, и будут куда лучшим и выгодным решением, чем OLED, считает он.

Рис. 3. Настольная лампа на светодиодах, разработанная Mueller & Roehrig и сконструированная из макролона — поликарбонатного материала большой прочности. Материалы представлены Bayer MaterialScience

OLED наносит ответный удар

Только по счастливой случайности OLED — продукция нашла защитника в лице управляющего директора OLED-association и главы Young Market research Барри Янга.

Янг был первым, кто начал обсуждать возможность продвижения OLED-дисплеев небольших размеров в соответствующем сегменте рынка. По его прогнозам, к 2015 году ежегодный объем продаж OLED-дисплеев в смартфонах и в компактных планшетах составит 350 миллионов долларов. Возможно, это сумма даже занижена, поскольку, например, Samsung планирует увеличить объем до 600 миллионов долларов. В производстве телевизоров какого-либо продвижения OLED технологий не предвидится до 2013 года — все упирается в производственные мощности. Однако после 2013 года планируется запустить производство 2.2×2.5 OLED панелей для телевизоров. Янг прогнозирует, что уже к 2014 году будет продано в общей сложности 4,5 миллиона телевизоров с OLED-дисплеями. В первую очередь они постепенно вытеснят ЖК- телевизоры с редкой светодиодной подсветкой (в каждом таком телевизоре как правило от 400 до 500 светодиодов). Если предположить, что производители OLED продукции воплотят все прогнозы Барри Янга, то было бы справедливо сравнить OLED и ЖК телевизоры, а так же проанализировать, каким образом это в конечном счете отразится на сегменте освещения в целом. Любой, кто хотя бы раз видел потрясающие OLED смартфоны отдаст свое предпочтение не в пользу жидкокристаллического дисплея. Янг представил ряд технических спецификаций, которые в случае OLED технологий будут способствовать их прорыву. Первым пунктом в этом списке значится энергопотребление, так как сторонники ЖК-технологий утверждают, что OLED потребляют больше электроэнергии, чем светодиодная подсветка ЖК-дисплеев. Янг признал, что статическое изображение вроде веб-страницы, использующее до 40% белого цвета на OLED-дисплее будет потреблять энергии в полтора раза больше, чем такое же ЖК- экране. Однако демонстрация фотографий на том же OLED-дисплее займет всего лишь 70% от аналогичного на ЖК-экране, а обычный фильм и того меньше — всего-навсего 15%. Затем Янг перешел к вопросу о том, как различные характеристики OLED можно применить в секторе осветительной техники. Он заявил, что по долговечности органические светодиоды полностью перекрывают стандарты освещения. А вот по светимости не дотягивают до необходимых для общего освещения 10000 люменов на квадратный метр. Кроме того, эффективность светоотдачи органического светодиода (OLED) для дисплея составляет 30 люменов на ватт, а для освещения необходимо значительно больше — 100 люменов на ватт. Янг продолжает прогнозировать устойчивое развитие для OLED сектора, утверждая, что такая известная компания как Самсунг в этом году уже вложила в развитие OLED технологий около 5 миллионов долларов, а также пророчит масштабные поставки OLED освещения к 2015 году. К этому же году доля OLED в сегменте рынка плоских линейных люминесцентных и модульных светильников может сравняться со светодиодной.

Перспективные сферы применения для светодиодов

Неизвестно, исполнятся ли прогнозы Барри Янга относительно OLED или нет, а светодиоды ожидает светлое будущее. Выставка Strategies in Light показала большое количество областей, где могут применяться SSL-системы, что будет способствовать дальнейшему росту спроса на светодиодную продукцию. Генеральным директором компании Avnet LightSpeed Кэрри Эсковым обсуждался вопрос применения ультрафиолетовых светодиодов в таких областях, как промышленность и наука. Причем, такие светодиоды могут изготовляться на обычных предприятиях. По словам Эскова, ультрафиолетовые светодиоды способны заменить собою ртутные газоразрядные лампы. При этом, ртутные лампы имеют широкий спектр излучения, а УФ-светодиоды — узкий, более эффективный.

Рис. 4. Светильник Philips Lightolier’s Alcyon, признанный победитель в соревновании NGL с системой охлаждения от SynJet ZFlow 65 фирмы Nuventix. В соревновании все 8 светильников были удостоены наград. Продемонстрированная на выставке система охлаждения SynJet от Nuventix так же стала победителем.

Ультрафиолетовый свет нашел широкое применение в «сверхбыстрой» технологии отверждения покрытий, устранении растворителей и других. Потенциальным рыночным плацдармом для ультрафиолетового света, по словам Эскова, может стать полиграфическая промышленность, где его могут использовать в качестве быстрого отвердителя для чернил. Также Эсков рассказал, что ультрафиолетовый свет может использоваться при выращивании экологически чистых овощей, поскольку стимулирует в них выработку полифенолов — очень сильных натуральных антиоксидантов, способствующих выведению свободных радикалов из организма человека. Ультрафиолетовые светодиоды можно использовать и в освещении. Свет УФ-диапазона способствует естественной выработке в организме человека витамина D3. Таким образом, встроенный в светильник ультрафиолетовый светодиод принесет очевидную пользу здоровью.

Действительно, перспективные сферы применения для светодиодов стали самой обсуждаемой темой конференции.

Генеральный директор Osram Semiconductors Альдо Кемпер закончил свое выступление описанием потенциальных возможностей для применения сверхъярких светодиодов. Их масса. В качествен примера он продемонстрировал фотоаппарат Sony со встроенным светодиодным проектором и высказал надежду. Что в скором времени им будут оборудоваться и мобильные телефоны.

Кемпер вспомнил, что еще шесть лет назад, эксперты Osram Semiconductors считали, что 50 люменов — предел светимости светодиода. Сегодня же разрабатываются светодиоды светимостью 2000—3000 люменов, которые применяются в автономных прожекторах.

Еще он считает, что общее освещение будет самым большим катализатором спроса на светодиодную продукцию. В новом тысячелетии человечество сталкивается со все новыми вызовами. Растущее энергопотребление, истощение основных энергоресурсов, рост объемов промышленного производства и глобальное потепление — все эти задачи нужно решать уже сейчас. Эффективным решением многих проблем современной энергетики станут стремительно развивающиеся светодиодные технологии.

Перевел и подготовил Тимур Набиев.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *