Вы здесь

Обзор LED-разработок в патентах и трендах

Опубликовано пн, 04/03/2017 - 12:39 пользователем Игнатов Сергей

Еще совсем недавно системы освещения на базе LED-технологий воспринимались не более чем просто интересная новинка. Но уже сегодня мировые и российские производители светотехнического оборудования наладили выпуск широкого ассортимента светодиодной продукции различного назначения. По оценкам аналитиков, рынок LED-освещения растет в среднем на 13,5% в год и к 2020 году может достичь уровня 42,7 млрд долларов. При этом доля светодиодов на мировом рынке светотехники будет составлять 61%.

            Учитывая прогнозы экспертов, интересно оценить состояние современного LED рынка на примере патентной статистики ведущих компаний. Она позволяет не только вычислить лидеров, но и определить направление, а также продуктивность их исследований. Безусловно, реальная картина важна для всех участников рынка. Итак, согласно статистическим данным, в пятерку лидеров вошли компании Samsung, LG, Philips, GE и OSRAM. Ради справедливости следует отметить, что количество полученных патентов характеризует активность бренда в сфере исследований и разработок, но при этом не является показателем значимости изобретений, запатентованных под его торговой маркой.

            В качестве примера можно рассмотреть деятельность компании Cree. По количеству патентов ей пока не удалось пробиться в топ лидеров. Хотя именно ей принадлежат ведущие позиции в сфере совершенствования светоотдачи кристаллов (лм/Вт). К примеру, LED-модуль 600 лм LМH2 является самым ярким элементом белого свечения со сроком жизни около 50 тыс. часов. Его средняя эффективность составляет 108 лм/Вт. По сути, это отличная альтернатива для 100-ваттных металлогалоидных источников света, оснащенных керамическим цоколем, которые устанавливаются в системы освещения помещений с высоким потолком.

            Также интересно проанализировать основные направления исследований, чтобы понять, какие задачи являются первоочередными и определяют траекторию дальнейшего движения. Чтобы было удобнее классифицировать все LED-разработки, можно их условно разделить на категории, включающие как исследовательскую работу, так и выпуск готовой продукции:

  • Генерация излучения. Как известно, главным элементом каждого светодиодного источника света является кристалл. Он генерирует оптическое излучение непосредственно из электрической энергии. На данный момент самым распространенным веществом для изготовления чипов синего свечения является нитрид галлия. Однако, несмотря на все усилия разработчиков, даже самые эффективные продукты разработок в этой сфере не могут излучать видимый свет в спектре, комфортном для визуального восприятия человеком. Поэтому, чтобы получить белый свет, зачастую используются кристаллы синего свечения во взаимодействии с белым фосфором.
  • Управление светом. Поскольку свечение кристалла не позволяет производить полноценные светильники, чаще всего синий свет преобразуют в белый как с помощью фосфора, так и методом смешения нескольких цветов. Также могут быть использованы гибридные источники белого света на основе нескольких разноцветных кристаллов и люминофоров. LED-светильники – это точечные источники света. Поэтому в процессе создания систем освещения они нуждаются в добавлении специальных отражающих элементов и рассеивающих оптических деталей.
  • Теплоотвод. Светодиодные технологии позволяют создавать эффективные световые решения. Однако их КПД не достигает 100%, следовательно, во время работы они выделяют тепловую энергию. И чем мощнее кристалл, тем острее становится проблема теплоотвода, поскольку в случае значительного превышения предельно допустимых температурных показателей фосфор начинает быстро разрушаться. В результате светоотдача, а вместе с ней и срок эксплуатации самого светодиода стремительно падает. Это сводит на нет одно из самых важных преимуществ светодиодного светильника – долговечность. Поэтому приоритетным направлением развития LED-технологий производители считают разработку менее затратных в производстве элементов, изготовленных из материалов с высокой теплопроводностью, поскольку на сегодняшний день расходы на отвод тепла остаются достаточно высокими. В свою очередь, это существенно повышает стоимость светодиодных источников света.
  • Электроника. Эффективная работа LED-светильников обеспечивается качественными схемами подачи электроэнергии и управления. Для них не подходит питание переменным током непосредственно из розетки, как для обычной лампы накаливания. Поэтому зачастую приходится использовать AC/DC-преобразователь. Но и это еще не всё. Традиционные лампы накаливания представляют собой резистивную нагрузку, а драйверы LED-светильников являются нагрузкой реактивной (ёмкостной). Это свойство светодиодных технологий нуждается в применении специальных решений для коррекции коэффициента мощности. А поскольку мощные импульсные преобразователи являются еще и потенциальными источниками электромагнитных излучений, перед разработчиками LED-драйверов стоит также и задача, связанная с их снижением. Чтобы свести к минимуму все потенциальности сложности, необходимо научиться эффективно их диммировать, уметь изменять цветовую температуру светодиодного светильника, управлять им дистанционно. C этой целью разрабатываются протоколы и стандарты управления, например, компактные LED-светильники с поддержкой DALI завоевывают всё большую популярность.

По оценкам специалистов, максимальное количество инновационных разработок приходится на долю повышения светоотдачи кристаллов и использования светодиодных источников света в устройствах отображения информации – дисплеях. В то же время, доля выданных патентов в сфере LED освещения не превышает и 2%. Столь ощутимый перевес обеспечивается разработками трех ведущих разработчиков светодиодных дисплеев – компаний Samsung, LG и Philips.

 

Рубрика библиотеки: