Освещение

Большие перспективы маленьких светодиодов

24 марта 2020 г. в 11:56

Ученые и инженеры продолжают удивлять мир все новыми и новыми типами источников света. Филаментные светодиодные лампы, OLED… Какие-то из них «пошли в народ», какие-то просто заняли свою нишу на рынке. На исходе 2010-х годов наиболее перспективной для систем освещения стала считаться технология MicroLED. О том, что дает данная технология и почему уменьшение светодиодов до микроскопического размера позволит создать светильники принципиально новой конструкции, и пойдет речь в статье.

Светодиоды

Название MicroLED в разное время относилось к разным типам светодиодов. Например, когда-то так называли светодиоды в корпусе диаметром менее 3 мм, затем миниатюрные светодиоды в гирляндах типа «нить», у которых корпус представлял собой каплевидную заливку синтетической смолой. Но все указанные типы светодиодов принципиально не отличались от обычных, просто у них был более компактный корпус.

В современном понимании MicroLED — это светодиоды микроскопического размера. То есть такие, которые нельзя рассмотреть невооруженным глазом. Речь идет о светодиодах без корпуса, линейные размеры которых не превышают 100 мкм.

Технология MicroLED первоначально была разработана в начале 2010-х годов для телевизоров, компьютерных дисплеев и экранов портативной техники. Основным мотивом стало то обстоятельство, что производство телевизоров и дисплеев на основе OLED в силу большой сложности и дороговизны реализации этой технологии сосредоточилось в руках 2–3 глобальных компаний. Тем, кто не попал в число лидеров, пришлось работать над созданием альтернативных технологий, одной из которых и стала MicroLED. В числе компаний, которые занимаются технологией MicroLED, есть и такие лидеры рынка светодиодов как Epistar и Leyard.

Замечательным свойством MicroLED является то, что, деление изображения на экране телевизора или дисплея на отдельные точки совершенно незаметно. Впрочем, тем же преимуществом обладает и OLED. А вот в чем MicroLED превосходит OLED, так это в яркости (примерно в 30 раз) и стабильности цветопередачи (у OLED-телевизоров со временем цветопередача ухудшается). Поскольку светоотдача у MicroLED, являющихся неорганическими светодиодами, выше, чем у OLED, энергопотребление дисплеев на основе MicroLED заметно меньше, что важно для мобильной электроники. И, как предполагается, в будущем, при развертывании крупносерийного производства, MicroLED-дисплеи смогут стать дешевле OLED-дисплеев того же размера.

Ресечинговое агентство Marketsandmarkets.com прогнозирует, что к 2025 г. объем рынка продуктов и решений на основе технологии Microled достигнет 20,5 млрд долл.

Скачкообразный рост интереса к MicroLED произошел в середине 2019 г., когда компания Apple объявила, что перейдет на данную технологию сначала в часах Apple Watch (по прогнозам, это должно произойти в 2020 г.), а затем и в других своих продуктах, имеющих дисплеи.

Годом ранее произошло другое событие, не привлекшее столько внимания, тем не менее связанное с другим «локомотивом» мира высоких технологий. Американская компания EOI, поставляющая габаритные огни и стоп-сигналы для автомобилей Tesla, анонсировала разработку новых продуктов на основе технологии MicroLED.

В ноябре 2019 г. ведущий немецкий производитель автомобильной светотехники Hella представил опытный образец цифровых автомобильных фар, в каждой из которых установлено более 30 000 светодиодов MicroLED, каждый из которых управляется индивидуально. Как ожидается, коммерческое использование новых фар начнется в 2022 г.

Фары Hella на основе MicroLED
Кривая силы света цифровых фар Hella на основе MicroLED автоматически подстраивается под условия на дороге

Производство MicroLED

Большинство применений MicroLED требует управления отдельными светодиодами. Исходя из этого, на данный момент известно две технологии изготовления MicroLED.

Первая из них предусматривает выращивание миниатюрных кристаллов GaN на подложке из сапфира. Затем светодиоды отделяются от сапфировой подложки и наносятся на подложку, где уже сформирована матрица из тонкопленочных транзисторов. Причем подложка, на которую наносятся светодиоды, может быть гибкой. Проблема заключается в том, что нужно точно совместить кристаллы и тонкопленочные транзисторы.

С учетом того, что количество пикселей в современном телевизоре исчисляется десятками миллионов, осуществить такое совмещение довольно проблематично.

Другая технология отлажена куда лучше и, возможно, именно она будет применена в ожидаемых часах от Apple. Сначала на кристалле полупроводника создается структура из транзисторов, осуществляющих коммутацию светодиодов. А потом на этом кристалле, как на подложке, выращиваются миниатюрные светодиоды. Недостатками являются ограниченные размеры кристалла — не более 5x5 см, а также невозможность изготовления гибких дисплеев. Но для нужд светотехники, в частности, для создания прожекторов и автомобильных фар, данные недостатки не являются критичными.

Роботизированная линия Hylax
Роботизированная линия Hylax для производства MicroLED по технологии переноса с одной подложки на другую

Офисное освещение

Применение обычных светодиодов без какой-либо оптической системы в офисных светильниках, как правило, вызывает сильный дискомфорт. Яркие светящиеся точки раздражают зрение и являются источником бликов на компьютерных дисплеях. Чтобы избавиться от данного эффекта, поверх светодиодов устанавливают молочный рассеиватель, создающий иллюзию равномерно светящейся пластины. В таком рассеивателе потери светового потока составляют около 30 %.

А теперь представим себе офисный светильник в виде пластины, равномерно покрытой светодиодами типа MicroLED. Поскольку глаз воспринимает массив таких светодиодов как единое целое, ощущение равномерно светящейся пластины создается без использования рассеивателя. Визуальный комфорт будет на том же уровне, но уже без 30 % потерь светового потока, то есть при меньшей потребляемой электроэнергии. Для производства таких светильников не нужно будет совмещать отдельные кристаллы и пленочные транзисторы, так что продукция может быть очень дешевой.

В офисах сейчас внедряется биодинамическое (другое название — антропоцентрическое) освещение. Белый свет нужной цветовой температуры получается путем смешивания излучения от светодиодов холодного белого и теплого белого оттенков с помощью рассеивателя. Но светильник можно сделать в форме пластины, на которой чередуются светодиоды MicroLED с теплым и холодным оттенками. Поскольку отдельные светодиоды не различаются глазом, смешение излучений произойдет без какой-либо оптической системы. Это также повысит энергоэффективность освещения.

MicroLED выращивание на кристалле
Наиболее развитой технологией производства MicroLED является выращивание на кристалле, в котором уже выполнены коммутирующие транзисторы
Массив из большого числа светодиодов MicroLED
Массив из большого числа светодиодов MicroLED воспринимается как равномерно светящаяся пластина без использования дополнительного рассеивателя

Прожектора и автомобильные фары

Матрицу из светодиодов MicroLED можно рассматривать как источник света с изменяемой формой. Установив такую матрицу в прожектор, мы можем менять форму светового пятна, управляя пикселями.

Ранее прожектора с управляемой формой светового пятна уже существовали, но регулировка осуществлялась механическим способом. Или менялись параметры оптической системы, или же свет пропускался через заслонку с вырезанной в ней геометрической фигурой. Теперь же появилась возможность регулировать форму пятна, просто включая и выключая отдельные пиксели в матрице. Это очень удобно для музеев, выставочных залов и элитных бутиков. Можно обеспечить освещение точно в границах картины или же точно по форме скульптуры либо образцов товара. А при смене экспозиции — быстро перенастроить освещение. Прожектора на MicroLED открывают новые возможности перед осветителями при использовании в театрах и на концертных площадках.

Благодаря MicroLED кривая силы света у фар может автоматически изменяться в широких пределах в зависимости от текущей ситуации на дороге (пример — уже упоминавшиеся цифровые фары Hella). Такие «умные» фары смогут более сильно осветить наиболее проблемные участки на дороге, одновременно избежав ослепления водителей встречных машин. Создание такой системы на основе оптомеханических устройств было бы невозможно из-за необходимости мгновенного изменения параметров фар, но MicroLED сделали смелые замыслы реальностью.

Гибкие светильники

Размещение массива светодиодов микроскопического размера на гибкой подложке позволит создавать светильники, которые можно гнуть, сворачивать в трубочку и т. п. Правда, все это уже реализовано на основе технологии OLED, но органические светодиоды чувствительны к влаге и высоким температурам. А на основе MicroLED можно будет, наконец-то, серийно производить светящуюся одежду, пригодную для стирки, в том числе и в стиральной машине.

Выводы

Технология MicroLED будет внедряться в освещение, скорее всего, начиная с цифровых прожекторов и автомобильных фар. Развитие технологии переноса светодиодов с одной подложки на другую позволит со временем перейти к внедрению MicroLED в офисном освещении, а также откроет простор для фантазии дизайнеров благодаря светильникам на гибкой и текстильной основе.

MicroLED — с одной стороны, это закономерный этап развития технологии полупроводниковых источников света, а с другой, это вызов, полностью переворачивающий все, наработанные за прошедшие десятки лет, технологии сборки светодиодов, технологии построения светильников и даже систем освещения в целом.
Переход от достаточно грубой (можно обычным пинцетом ставить чип в корпус современного светодиода) технологии сборки чипов размером от 1 мм до 150 мкм к размерам чипа в 50, 10 и даже 2 мкм приведет в ближайшие 2-3 года к появлению рулонных, аддитивных и гибридных технологий сборки светящихся поверхностей. Массовое производство медианосителей неизбежно опустит цену, а перепроизводство вытолкнет MicroLED-панели с рынка медиа на рынок освещения. Причем возможен и более негативный для нынешних производителей светильников (прежде всего внутреннего освещения) сценарий, когда этот рынок будет захвачен производителями экранов-панелей, предлагающих на стену экран — имитацию окна с пейзажем, а на потолок голубое небо или ночные звезды!

Мнение специалиста:
Евгений Долин,
независимый эксперт по светодиодным технологиям, в 2010–2019 гг. — глава «Национальной ассоциации производителей светодиодов и систем на их основе».

Источник: Алексей Васильев, журнал «Электротехнический рынок»

👉 Подписывайтесь на Elec.ru. Мы есть в Телеграм, ВКонтакте и Одноклассниках

Васильев Алексей Владимирович
Все новости и публикации пользователя Васильев Алексей в персональной ленте вашего личного кабинета на Elec.ru
Подписаться
Читайте также
Новости по теме
Объявления по теме

ПРОДАМ: Лампы компактные люминесцентные

Компания Uniel предлагает к реализации светотехническую продукцию для коммерческого освещения. Представляет собой комплексное решение, которое сформировано из наиболее популярных направлений светотехники, применяемых в коммерческой сфере. Светотехническая продукция для коммерческого освещения: — светодиодные панели; — однофазные трековые системы; — трехфазные трековые системы; — светодиодные светильники подвесные; — встраиваемые светодиодные светильники; — линейные светильники; — аксессуары для монтажа светильников.
Клиентский отдел · Uniel · 26 марта · Россия · г Москва
Лампы компактные люминесцентные

ПРОДАМ: Мощные светодиодные трековые светильники

В последние несколько лет, всё чаще, владельцы, управляющие, главные инженеры или электрики магазинов и торговых сетей, стараются заменить устаревшие металлогалогенные трековые светильники мощностью 70 Вт или 150 Вт и подобрать им аналог из современных светодиодных (LED) трековых светильников (track lighting). Как известно, металлогалогенные лампы обладают большим световым потоком и заменить их светодиодным источником света мощностью 30-35 Вт не всегда удаётся, особенно если к освещению магазина предъявляются повышенные требования. В данном случае в силу вступает световая артиллерия в виде диодных трековых светильников мощностью от 40 до 60 Вт и высокими показателями светового потока (люмен/ватт).
Бабкин Евгений · Релайт Групп · 22 марта · Россия · г Москва
Мощные светодиодные трековые светильники

ПРОДАМ: Светодиодные лампы общего назначения Е14 и Е27

Светодиодные лампы — это источники света будущего, которые вы можете купить уже сегодня. Основные преимущества светодиодных ламп — это самое низкое энергопотребление и долгий срок службы до 50 000 часов. Не забудем и про повышенную экологичность LED-ламп — этот революционный источник света не содержит ртути, а потому является абсолютно безопасным. Светодиодные лампы е27 и е14 мощностью от 10 до 13,5 ватт обладают наилучшими характеристиками светового потока. Светодиодные лампы — это экономичная и практичная замена ламп накаливания, галогенных ламп и компактных люминесцентных ламп; Led лампы - это высокие показатели светового потока, класс энергосбережения А; экономия электроэнергии до 90%; декоративная форма; отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения; срок службы ламп до 50 000 часов. Купить качественные недорогие светодиодные лампы можно уже сегодня. Звоните! Заказывайте! Экономьте!
Бабкин Евгений · Релайт Групп · 22 марта · Россия · г Москва
Светодиодные лампы общего назначения Е14 и Е27

ПРОДАМ: Уличные светильники «Арктика» Duray

Мощные светодиодные светильники способны полностью заменить традиционные источники света в освещении придомовых территорий, улиц и дорог. Высокие светотехнические характеристики светодиодов OSRAM и многоуровневая защита, создают стабильную и энергоэффективную систему освещения городской среды. Серия отлично подходит для освещения городской среды благодаря новому дизайну эргономичного литого корпуса и высоким техническим характеристикам, в т. ч. IP66, готовность к подключению системы Управления светом и возможность регулировки угла наклона светильника. Надежность и качество светильника соответствует всем требованиям и нормам. Область применения: автомобильные дороги и магистрали, территории предприятий и торговых центров, городские улицы, проспекты, дворы и парки. Виды уличных светильников: По типу крепления: — Консольные светильники. Самыми распространенными осветительными приборами, используемыми для уличного освещения, являются консольные светильники, проще говоря — светильники на столбы. — Настенные уличные светильники. При освещении придомовой территории и детских площадок используются настенные светильники, которые крепятся на специальные кронштейны. Могут оснащаться датчиками, реагирующими на движение. По виду ламп: — ДНаТ — дуговые трубчатые натриевые лампы высокого давления. Используются в магистральном освещении, на аэродромах, в промышленных зонах; — ДРЛ — ртутные газоразрядные лампы высокого давления. Применяются при освещении дорог; — LED — светодиодные светильники. Имеют широкий спектр применения — от детских площадок до промышленных зон и магистралей.
Пелевин Андрей · Дюрэй · Вчера · Россия · Пермский край
Уличные светильники «Арктика» Duray

ПРОДАМ: Эколюмен УСС-85 Уличный LED светодиодный светильник. В разы экономичнее ламп ДРЛ и ДНАТ.

Уличные светодиодные светильники производства ООО «Старая Крепость» Большой срок службы и малое энергопотребление дает возможность с большой экономией заменить светильники с лампами дрл250, дрл400, дрл700, днат. В 3-4 раза экономичнее ламп ДРЛ. Участвуем в энергосервисных контрактах. Эколюмен УСС-85 Уличные светодиодные светильники Потребляемая мощность, не более, Вт 85 Световой поток, Лм 10600 Габарит. размер, мм 500×320×150 Цена 4100 Замена светильников: Светодиодные светильники с высотой размещения до: Освещение улиц, автодорог, дворовых территорий, площадей, железнодорожных платформ и переходов, автостоянок и парковок, фасадов зданий и др. объектов. Светильники нашего производства обладают следующими преимуществами: • Низкое энергопотребление. Экономия по сравнению с лампами ДРЛ в 4-5 раз. • Не требуют обслуживания, замены ламп, пра с привлечением автовышек. • Долгий срок службы. До 100000 часов или 25 лет. Окупаемость от 6 мес. • Защита от кратковременных перенапряжений, грозозащита и термозащита. • Диапазон входного напряжения 150…265В. • Возможно исполнение с напряжение питания 12-24в. • Температура эксплуатации от -40 до +50°C. • Безопасность для окружающей среды. Не требуется утилизация ламп. • Излучают постоянный качественный световой поток без пульсаций. • Широкая диаграмма света с углом рассеивания 120°. • Отсутствие пусковых токов и моментальное включение. • Выход на полную мощность за 1 секунду даже при температуре -40°C. • Выполнены в герметичном и прочном корпусе IP67. • Крепление на консольную трубу (монтаж на столбы, мачтовые опоры) или настенный • поворотный кронштейн (освещение территорий, фасадов и т. д.) • Гарантия 3 года.
Иванов Сергей · Вертекс · 25 марта · Россия · Удмуртская Респ
Вертекс, ООО
Российский производитель и бренд низковольтной аппаратуры: электрооборудования для ввода, распределения и учета электричества, локальной автоматизации технологических процессов, а также комплексных энергоэффективных решений для любой отрасли индустрии.