Polscy producenci i dystrybutorzy diod LED dużej mocy, modułów i układów zasilających

Tak samo jak tranzystory wyparły z rynku lampy elektronowe, diody za kilka lat zrobią z żarówkami. Skoro do celów oświetleniowych zużywamy aż 30% wytwarzanej energii elektrycznej, jasne jest, że koszt i jakość oświetlenia wyznaczają szeroko granice dla nowego i ogromnego rynku.

Trendy i zjawiska

Na rynku diod LED dużej mocy trwa wyścig producentów, którzy opracowują i produkują coraz bardziej wydajne struktury diod półprzewodnikowych. Widać to doskonale po tym, jak szybko po sobie pojawiają się na rynku kolejne produkty o rekordowych parametrach i jak to, co dzisiaj wydaje się rewelacyjnym wynikiem, za kilka miesięcy bywa najczęściej już drugą ligą. Presja rynku wymusza na liderach ogromne inwestycje w potencjał produkcyjny, badania i rozwój. Ich znaczenie jest tym większe, że rynek jest w fazie szybkiego wzrostu i duże firmy już dzisiaj walczą o pozycję w rankingach w przyszłości.

Konsekwencją szybkiego rozwoju jest wzrost znaczenia specjalizacji. Oprócz struktury półprzewodnikowej na kompletną diodę składa się obudowa odprowadzająca ciepło, układ optyczny a w przypadku diod białych także wydajny luminofor przetwarzający światło niebieskie na białe. Każdy z tych elementów w istotnym stopniu decyduje o końcowej wydajności świetlnej i żywotności elementu, dlatego większość producentów w swojej działalności wspomaga się kooperacją. W największym stopniu dotyczy ona luminoforów, które jako produkt chemiczny słabo wiążą się z półprzewodnikami, a jednocześnie w ogromnym stopniu wpływają na parametry diod.

Złożoność konstrukcji LED o dużej jasności tworzy bardzo różnorodny rynek, na którym obecne są zarówno firmy produkujące kompletne diody jak też takie, które współpracują z firmami zewnętrznymi specjalizującymi się w optyce lub luminoforach. Oprócz gotowych podzespołów, na rynku można kupić same struktury półprzewodnikowe, co jest podstawą działania wielu mniejszych firm tworzących w oparciu o kupowane subkomponenty własne diody, matryce wielodiodowe lub specjalizowane moduły oświetleniowe. Podobnie jest w przypadku monitorów LCD, do których panele wytwarza jedynie kilka wyspecjalizowanych firm, a cała ogromna reszta w oparciu buduje z nich gotowe monitory.

Produkcja struktur półprzewodnikowych diod świecących charakteryzuje się dość dużym rozrzutem parametrów, co wynika zarówno z tolerancji technologii, jak też szybkiego jej rozwoju. Tylko część produkcji bije rekordy wydajności, cała pozostała reszta ma słabsze parametry. Nie oznacza to, że takie mniej wydajne diody nie przydają się, gdyż ogrom potencjalnych zastosowań daje szansę znalezienia właściwej aplikacji w każdym przypadku. Najczęściej producenci struktur półprzewodnikowych najlepsze struktury pozostawiają dla siebie.

Na nich najwięcej zarabiają, produkty te wymagają największego zaawansowania technologicznego w zakresie montażu, systemów odprowadzania ciepła oraz optyki. Najbardziej wydajne diody dobitnie wskazują też na producentów jako liderów rynku i wyznaczają kolejne kamenie milowe wydajności świetlnej z wata mocy.

Produkty o umiarkowanych parametrach lub te wytwarzane za pomocą technologii obecnych na rynku od dwóch-trzech lat są najczęściej domeną wielu mniejszych firm, w dużej części dalekowschodnich. Cena przeliczeniowa za lumen strumienia świetlnego w tych komponentach jest zwykle korzystniejsza niż w pierwszym przypadku.

Informacja, jaki chip półprzewodnikowy pracuje wewnątrz diody nie zawsze jest podawana. O ile mniejsi, ale renomowani producenci chętnie przyznają się, że korzystają z chipów wiodących wytwórców, o tyle zdecydowana większość pozostałych podaje tylko te informacje, które musi.

Oprócz wyścigu związanego z wydajnością świetlną warto wspomnieć o walce o to, aby generowane światło miało charakterystykę spektralną w maksymalnym stopniu zbliżoną do charakterystyki widmowej światła dziennego. Definiuje to współczynnik oddawania barw CRI, który w idealnym przypadku wynosi 100.

Wiadomo, że widmo promieniowania diod RGB lub też luminoforu charakteryzuje się szeregiem maksimów i minimów, skutkiem czego CRI rzadko jest większe niż 80. Na rynku istnieje jednak grupa produktów, w których położono nacisk na zwiększenie współczynnika oddawania barw powyżej 90, co osiągnięto za pomocą diod wielostrukturowych lub też mieszanek wielu luminoforów. Diody takie są znakomitym źródłem światła np. w medycynie.

Mariusz Kierebiński - Prezes zarządu Soyter Components Jak ocenia Pan perspektywy rynku LED mocy?   Czynnikiem stymulującym rozwój energooszczędnych źródeł światła, a więc pośród powszechnych rozwiązań również LED-ów, będzie drożejąca energia, której cena w Polsce w ciągu najbliższych 5 lat może wzrosnąć o 30%. W rozwoju pomoże też niedawno podjęta decyzja przez Brukselę o obowiązkowej wymianie żarówek na energooszczędne w mieszkaniach prywatnych. Rozwój rynku oświetlenia na świecie obejmujący klasyczne źródła światła i LED prognozowany jest na blisko 100 mld dolarów w 2010 roku. Przewidywany wzrost branży LED wysokiej jasności oszacowano na poziomie 8,3 mld dolarów w 2010. Obecnie rynek oświetleniowy w Polsce jest szacowany na ok. 900 mln dolarów, w tym segment profesjonalnej techniki oświetleniowej aż na ponad 300 mln dolarów, sadzę, że LED-y mocy stanowią zaledwie kilka procent. Na tle świata rynek nowoczesnego oświetlania w Polsce wygląda skromnie, ale sądzę, że wciąż jest atrakcyjny, zarówno dla producentów oświetlenia eksperymentujących z nową technologią, jak i wszystkich firm zaangażowanych pośrednio w rozwój tej branży. Miejsca na sukces jest dużo. Czy diody LED dużej mocy są dla dystrybutorów łatwym produktem? Diody LED dużej mocy to wciąż nowy dynamicznie rozwijający się segment elektroniki wymagający od użytkowników i projektantów kompleksowej wiedzy z kilku dziedzin. Klienci często popełniają błędy, gdyż nie mają doświadczenia potrzebnego do pracy z tym produktem. Powoduje to, że przed dystrybutorami stoi szczególne zadanie w zakresie kompetencji i wsparcia technicznego. Dlatego pomagamy konstruktorom już w początkowej fazie projektu, przy doborze odpowiedniej diody do konkretnego zastosowania pod względem technicznym i cenowym. Informujemy również o popularności i dostępności danego elementu. Nasza pomoc obejmuje także usługi w zakresie wykonania projektów układów zasilania, chłodzenia, optyki i gotowych urządzeń opartych na wszystkich rodzajach diod LED oraz produkcji pojedynczych prototypów, serii prototypowych, niskich i średnich serii produkcyjnych.

Moduły diod

Użycie diody LED wysokiej mocy w zastosowaniach oświetleniowych wymaga od strony elektrycznej zapewnienia odpowiedniego zasilania. W odróżnieniu od zwykłych diod sygnalizacyjnych w tym przypadku poważne zastosowanie oznacza konieczność użycia wysokosprawnej przetwornicy impulsowej, która nie tylko zamieni napięcie zasilające na stały prąd diody, ale jednocześnie dokona konwersji przy minimalnych stratach.

Inaczej całe zastępowanie oświetlenia żarowego LED-ami nie miałoby sensu. Producenci starają się ułatwić to zadanie i oprócz pojedynczych diod na rynku dostępne są różnego rodzaju moduły oświetleniowe. Zawierają one kilka LED stanowiących emiter światła i dopasowany układ zasilający. Od strony mechanicznej moduł taki jest konstrukcją zapewniającą poprawne odprowadzenie ciepła, co realizuje się za pomocą specjalnych laminatów zawierających cienką warstwę izolacyjną i gruby rdzeń metalowy.

Przy dużej mocy wyjściowej laminat współpracuje z dopasowanym radiatorem. O ile produkcja diod wymaga ogromnych nakładów technologicznych i jest poza zasięgiem większości firm, o tyle produkcją modułów zajmuje się wiele małych firm, w tym także w Polsce (Lediko, Soyter). Tworzenie modułów to praca związana również z indywidualnymi projektami oświetlenia, do których dostosowywane są uniwersalne konstrukcje lub też adaptowane wcześniejsze projekty.

Docelowym odbiorcą takich rozwiązań są np. producenci AGD lub mebli, Trudno wymagać od nich, aby znali się na elektronice i optyce, dlatego firmy te są modelowym klientem dla wyspecjalizowanych producentów modułów i należy oczekiwać, że w miarę upływu czasu znaczenie rynkowe wytwórców modułów oświetleniowych będzie rosło.

Problem zasilania i odprowadzania ciepła rozwiązują także wielcy producenci LED-ów. Przykładem może być seria modułów Acriche firmy Seul Semiconductor. Zawierają one kilka LED-ów zamontowanych na płytce metalowo-epoksydowej, z wbudowanym zasilaczem i złączem terminal-block tak, że całość można zasilać bezpośrednio z sieci 230VAC.

Pojawienie się na rynku takiego rozwiązania jest dowodem, że w przyszłości należy oczekiwać integracji układów zasilających wewnątrz obudowy diod, tak jak stało się w przypadku Acriche. Niewątpliwie byłby to milowy krok przybliżający nas do powstania mechanicznego i funkcjonalnego zamiennika tradycyjnej żarówki wolframowej, na który rynek czeka od dawna.

Moduły oświetleniowe rozwiązują szereg problemów technicznych, o których nie muszą wiedzieć specjaliści z innych dziedzin i branż. W znakomitej części bazują one na zaawansowanych materiałach wykorzystywanych na podłoża montażowe diod z ceramiki i aluminium, płytek drukowanych z przelotkami termicznymi i podobnych rozwiązań. Są też wygodnym rozwiązaniem pozwalającym na mocowanie różnego typu soczewek, regulację mocy świecenia itd.

Krzysztof Szymański - Product Manager w Microdis Electronics Jakie diody LED są najpopularniejsze na rynku?   Nie ma takiego rodzaju diody, która byłaby jednoznacznym liderem na rynku. Można natomiast mówić o podziale diod ze względu na aplikacje. Pierwsza grupa, to aplikacje wymagające produktów o dobrych i stabilnych parametrach pracy zwłaszcza, jeśli chodzi o jaskrawość, odprowadzanie ciepła czy jednolitość koloru. W systemach sygnalizacji drogowej stosuje się diody LED 5mm, w reklamie przeważnie diody SMD coraz częściej RGB. Oddzielna grupa produktów to oświetlenie wnętrza, czyli wszelkiego rodzaju lampy, kinkiety, doświetlenie kuchni itp, gdzie oprócz oszczędności energii duże znaczenie mają małe wymiary diod, umożliwiające bardziej efektowne projektowanie formy sprzętów domowych. Druga grupa, to aplikacje gdzie parametry diody nie są zbyt istotne, a najprostsze i najtańsze diody LED stosowane są jako wskaźniki. Dlatego dzisiaj raczej należy mówić najpierw o aplikacji, a dopiero później o rodzaju diody. Na co należy zwracać uwagę przy wyborze diod LED? Najbardziej oczywistym parametrem, na który wszyscy zwracają uwagę, jest oczywiście wydajność świetlna. Niemniej jednak równie ważnym parametrem jest jakość diody. Jeśli projektujemy reklamę, znaki drogowe czy duże ekrany zależy nam na wysokiej jakości diod, czyli długim czasie życia, równomierności świecenia między poszczególnymi elementami, jednorodność koloru, ponieważ ciągłe naprawy takich urządzeń są bardzo kosztowne. Warto też porównać podstawowe parametry lamp standardowych z diodami, pobór prądu, który jest kosztem pośrednim dla użytkownika. Diody LED w przeciwieństwie do lamp mają możliwość selekcji, co podnosi standard urządzeń, a jasności diod są porównywalne z lampami i żarówkami, niekiedy nawet je przewyższają. Ważnym elementem jest także kompleksowość oferty, czyli dostępność akcesoriów – jak korelatory czy soczewki – dedykowanych do danego modelu diody LED.