مع تزايد نمو سوق الإضاءة LED العالمية بشكل غير مسبوق، مدفوعًا بالابتكارات التكنولوجية وممارسات الطاقة المستدامة، تقف الصناعة في طليعة ثورة الإضاءة.
تستكشف هذه المقالة الفوائد والتطبيقات والأهمية السوقية لتقنية LED، وتقدم تحليلاً شاملاً مصممًا خصيصًا لمحترفي الأعمال التجارية بين الشركات الذين يتطلعون إلى الاستفادة من الإمكانات التحويلية لهذا القطاع سريع التوسع.
جدول المحتويات
حجم السوق ونقاط النمو
المعلمات الأساسية للـ LED
آخر التطورات
وفي الختام
حجم السوق ونقاط النمو
وصل سوق الإضاءة LED العالمي إلى 814.8 مليار دولار أمريكي في 2023 ومن المتوقع أن ينمو بمعدل نمو سنوي مركب (CAGR) يبلغ 11.0٪ من عام 2023 إلى عام 2030.
وفقًا لأحدث تقرير لصناعة LED الصادر عن TrendForceمن المتوقع أن يستأنف سوق LED العالمي نموه في عام 2024، مع إنتاج متوقع يبلغ 130 مليار دولار أمريكي ومعدل نمو سنوي يبلغ 3٪.
ومن المتوقع أن تعمل تقنية LED على خفض استهلاك الطاقة في صناعة الإضاءة بنسبة 30% بحلول عام 2030، وهي تشكل حجر الزاوية في ممارسات الطاقة المستدامة، مع إمكانية تغيير المشهد المستقبلي للإضاءة بشكل كبير في الولايات المتحدة والعالم.
مع تطلعنا إلى عام 2035، من المتوقع أن تهيمن مصابيح LED على سوق الإضاءة، مع توفير طاقة متوقع يعادل إنتاج أكثر من 92,000 ألف ميغاواط من محطات الطاقة سنويًا، مما يبرز دورها الحاسم في الحفاظ على الطاقة وكفاءتها.
ويرجع هذا النمو في المقام الأول إلى التعافي التدريجي للطلب في السوق في مجالات مثل إضاءة السيارات والشاشات، والإضاءة العامة، وشاشات LED، وشاشات LED بالأشعة فوق البنفسجية/الأشعة تحت الحمراء، والتقدم في تقنية Micro LED المطبقة في أجهزة العرض الكبيرة والساعات.
علاوة على ذلك، يقدم المشاركون في السوق مجموعة واسعة من منتجات LED مثل شرائط LED، ومصابيح LED، وأضواء أنابيب LED لاستهداف جماهير محتملة مختلفة، وبالتالي دعم نمو صناعة الإضاءة LED.
في قطاع السيارات، هناك زيادة ملحوظة في الطلب على شاشات LED، مدفوعة بشكل خاص بالتقدم في التقنيات المتقدمة مثل المصابيح الأمامية المتكيفة، والمصابيح الخلفية Mini LED، والمصابيح الخلفية من النوع المنبثق، والإضاءة المحيطة، وشاشات الإضاءة الخلفية Mini LED. ومن المتوقع أن تصل قيمة سوق LED للسيارات إلى 3.4 مليار دولار أمريكي هذا العام.
وبالإضافة إلى ذلك، سيتم تطبيق تقنية Micro LED تدريجياً في مجالات مثل أضواء القراءة الداخلية، والمقابض الدوارة، والشاشات الشفافة، مع توقع المزيد من التوسع في شاشات العرض الأمامية وشاشات نوافذ السيارات بحلول عام 2026-2027.
في سوق مصابيح LED فوق البنفسجية، يواصل المصنعون تقديم منتجات التعقيم والتنقية عالية الطاقة، والتي من المتوقع أن تخترق تدريجيًا أسواق الأجهزة المنزلية وتعقيم المياه الديناميكي من النصف الثاني من هذا العام حتى عام 2026. وبالمقارنة مع مصابيح الأشعة فوق البنفسجية التقليدية، توفر مصابيح LED فوق البنفسجية عمرًا أطول للمنتج وتصميمات بصرية أبسط، وبالتالي تحظى باهتمام واسع النطاق.
ويشهد مجال الإضاءة الزراعية أيضًا تقدمًا سريعًا مع انخفاض تكلفة منتجات إضاءة النباتات، مما يؤدي إلى زيادة الطلب في دول وسط وشرق أوروبا مثل جمهورية التشيك وبولندا.
وفي الوقت نفسه، تتزايد الاستثمارات في تكنولوجيا إضاءة النباتات في آسيا والمناطق ذات خطوط العرض المرتفعة في شمال أوروبا، بهدف التخفيف من التأثيرات الطويلة الأجل للشتاء على إمدادات الغذاء. ومن المتوقع أن يؤدي هذا بحلول عام 2024 إلى نمو كبير في سوق مصابيح LED لإضاءة النباتات.
المعلمات الأساسية للـ LED
لفهم مصابيح LED بشكل كامل، نحتاج إلى البدء بفحص معاييرها الكهربائية وحدود استخدامها والمؤشرات ذات الصلة بتركيبات الإضاءة. سيساعد هذا تجار التجزئة على اختيار الخيارات المناسبة لمجموعة من التطبيقات.
المعلمات الكهربائية للصمام الثنائي الباعث للضوء على المستوى المجهري
1. التوزيع الطيفي وطول الموجة القصوى: الضوء المنبعث من الصمام الثنائي الباعث للضوء (LED) ليس طولًا موجيًا واحدًا؛ بل يتكون من أطوال موجية مختلفة، حيث يتمتع أحد الطول الموجي (λ0) بأقصى شدة، والمعروف باسم طول الموجة القصوى.
2. شدة الإضاءة (IV): يشير هذا إلى شدة الضوء المنبعث من الصمام الثنائي الباعث للضوء، والذي يتم قياسه عادةً في الاتجاه الطبيعي (أو على طول المحور بالنسبة للصمامات الثنائية الباعثة للضوء الأسطوانية). ويُعبر عنه بالشمعة (cd) عندما تكون شدة الإشعاع في هذا الاتجاه 1/683 W/sr.
3. النطاق الطيفي (Δλ): إنه يمثل نقاء طيف LED، مما يشير إلى الفصل بين طولين موجيين يتوافقان مع نصف شدة الذروة.
4. زاوية نصف الكثافة (θ1/2) وزاوية الرؤية: يشير θ1/2 إلى الزاوية بين اتجاه نصف قيمة الكثافة ومحور الانبعاث (الاتجاه الطبيعي) لمصباح LED.
5. تيار التشغيل الأمامي (IF): هذه هي قيمة التيار الأمامي عندما يصدر الصمام الثنائي الباعث للضوء الضوء بشكل طبيعي. من أجل السلامة، يجب أن يكون التيار الفعلي (IF) أقل من 0.6IFm.
6. جهد التشغيل الأمامي (VF): يتم الحصول على جهد التشغيل المحدد في ورقة البيانات عند تيار أمامي معين. يتم قياسه عادةً عند IF=20mA ويتراوح من 1.4 إلى 3 فولت لمصباح LED.
معلمات حدود التطبيق المتعلقة بمصابيح LED
1. تبديد الطاقة المسموح به (Pm): القيمة القصوى التي يتم الحصول عليها عن طريق ضرب جهد التيار المستمر الأمامي عبر أطراف الصمام الثنائي الباعث للضوء في التيار المار من خلاله. قد يؤدي تجاوز هذه القيمة إلى ارتفاع درجة حرارة الصمام الثنائي الباعث للضوء وتلفه.
2. الحد الأقصى للتيار المباشر الأمامي (IFm): الحد الأقصى المسموح به للتيار المباشر الأمامي. يؤدي تجاوز هذه القيمة إلى تلف الصمام الثنائي.
3. الحد الأقصى للجهد العكسي (VRm): الجهد العكسي المسموح به في النطاق الأقصى. قد يؤدي تجاوز هذه القيمة إلى تعطل وتلف الصمام الثنائي الباعث للضوء.
4. بيئة التشغيل (أعلى في الدقيقة): نطاق درجة الحرارة الذي يمكن أن يعمل فيه مصباح LED بشكل طبيعي. يؤدي التشغيل تحت أو فوق نطاق درجة الحرارة هذا إلى تقليل الكفاءة بشكل كبير.
مؤشرات متعلقة بتركيبات LED
1. فعالية مضيئة: إنها نسبة التدفق الضوئي الصافي (باللومن) المنبعث من التركيبة إلى طاقة الإدخال (بالواط) المقاسة باللومن/وات. عادةً ما يكون لمصباح LED الأبيض البارد بدرجة حرارة لون تبلغ 5000 كلفن أو أعلى كفاءة ضوئية أعلى
2. مؤشر تجسيد اللون (CRI): إنه يميز قدرة تقديم ألوان الأشياء بواسطة مصدر ضوء مقارنة بمصدر ضوء مرجعي قياسي (ضوء النهار أو مصباح متوهج). يعني مؤشر CRI الأعلى قدرة أفضل على تقديم الألوان.
3. درجة حرارة اللون المرتبطة (CCT): يشير إلى المظهر اللوني للضوء المنبعث من مصدر ما مقارنة بلون مشع الجسم الأسود عند درجة حرارة معينة، مقاسة بالكلفن (K).
يشتمل تصنيف LED على جوانب مختلفة
1. بناءً على لون الانبعاث: الأحمر والبرتقالي والأخضر والأزرق وما إلى ذلك، مع بعض المصابيح LED التي تحتوي على شرائح من لونين أو ثلاثة ألوان.
2. بناءً على خصائص سطح الانبعاث: دائري، مربع، مستطيل، انبعاث السطح، انبعاث الجانب، وما إلى ذلك.
3. بناءً على توزيع زاوية شدة الإضاءة: أنواع عالية الاتجاهية، والقياسية، والمنتشرة.
من حيث البنية، تأتي مصابيح LED بأنواع مختلفة، مثل التغليف الإيبوكسي، والتغليف الإيبوكسي بقاعدة معدنية، والتغليف الإيبوكسي بقاعدة سيراميكية، والتغليف الزجاجي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن تصنيف مصابيح LED إلى سطوع عادي وسطوع فائق بناءً على شدة الإضاءة وتيار التشغيل.
بالنسبة للاختبار، يمكن عادةً اختبار مصابيح LED العادية للخصائص الكهربائية باستخدام مقياس متعدد، بينما تتطلب مصابيح LED بالأشعة تحت الحمراء أجهزة حساسة للضوء إضافية للاختبار لأن الضوء تحت الأحمر غير مرئي للعين البشرية.
| مادة الصمام | الصيغة الكيميائية | لون |
| زرنيخيد الغاليوم والألومنيوم، زرنيخيد الغاليوم، فوسفيد زرنيخيد الغاليوم، فوسفيد الغاليوم والإنديوم، فوسفيد الغاليوم والألومنيوم (أكسيد الزنك المخدر) | AlGaAs، GaAsP، AlGaInP، GaP: ZnO | الأحمر والأشعة تحت الحمراء |
| فوسفيد الغاليوم والألومنيوم، نتريد الغاليوم والإنديوم/نتريد الغاليوم، فوسفيد الغاليوم، فوسفيد الألومنيوم والإنديوم والغاليوم، فوسفيد الألومنيوم والغاليوم | إنغان/غان، جاب، ألجينب، ألجاب | لون أخضر |
| فوسفيد إنديوم الألومنيوم، زرنيخيد الغاليوم، فوسفيد، فوسفيد إنديوم غاليوم ألومنيوم، فوسفيد غاليوم | GaAsPAlGaInP، AlGaInP، GaP | سطوع عالي برتقالي-أحمر، برتقالي، أصفر، أخضر |
| فوسفات زرنيخيد الغاليوم | GaAsP | الأحمر والبرتقالي والأصفر |
| فوسفيد الغاليوم، سيلينيد الزنك، نتريد الغاليوم الإنديوم، كربيد السيليكون | فجوة ZnSe InGaN SiC | أحمر ، أصفر ، أخضر |
| نيتريد الغاليوم | الجاليوم | أخضر، أخضر زمردي، أزرق |
| نتريد إنديوم غاليوم | إنجان | بالقرب من الأشعة فوق البنفسجية، الأزرق والأخضر، والأزرق |
| كربيد السيليكون | كربيد | أزرق |
| السيليكون (كركيزة) | Si | أزرق |
| الياقوت (كركيزة) | Al2O3 | أزرق |
| سيلينيد الزنك | الزنك سي | أزرق |
| داياموند | C | ضوء الأشعة فوق البنفسجية |
| نتريد الألومنيوم، نتريد الألومنيوم والغاليوم | ألين ألغان | الطول الموجي هو الضوء فوق البنفسجي من البعيد إلى القريب |
آخر التطورات
مجالات التطبيق المختلفة
مقارنة التكنولوجيا: LED و OLED هما تقنيتان للعرض تستخدمان على نطاق واسع وتتمتعان بخصائص مميزة، مما يؤدي إلى اختلافات في مجالات تطبيقهما.
تُستخدم شاشات LED على نطاق واسع في اللوحات الإعلانية الخارجية والشاشات الكبيرة والأماكن العامة نظرًا لسطوعها ومتانتها، مما يمنحها ميزة في البيئات الساطعة.
من ناحية أخرى، تحظى شاشات OLED بتطبيق واسع النطاق في الأجهزة الصغيرة والإلكترونيات الاستهلاكية مثل الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وأجهزة التلفزيون. إن التصميم فائق النحافة وجودة الصورة الممتازة لشاشات OLED تجعلها الخيار المفضل للمنتجات الإلكترونية الراقية.
تقنية العرض من الجيل القادم
تتميز شاشات Micro-LED بدقة عالية واستهلاك منخفض للطاقة وسطوع عالٍ وتباين عالٍ وتشبع ألوان نابض بالحياة ووقت استجابة سريع وشكل رفيع وعمر افتراضي طويل. تستهلك ما يصل إلى 10% من طاقة شاشات LCD و50% من OLED، مما يجعلها تقنية العرض من الجيل التالي التي تتوقعها الصناعة.
على غرار LED، تتميز Micro-LED ببنية أشباه الموصلات النموذجية المكونة من مواد أشباه الموصلات ذات فجوة النطاق المباشرة. تتكون شريحة أشباه الموصلات من أشباه موصلات من النوع P حيث تهيمن الثقوب وأشباه موصلات من النوع N حيث تسود الإلكترونات. عندما يتدفق التيار عبر الشريحة عبر الموصلات، يتم دفع الإلكترونات نحو منطقة P، حيث تتحد مع الثقوب، مما يؤدي إلى انبعاث الطاقة في شكل فوتونات.
يبلغ الطول الموجي الرئيسي لطيف Micro-LED حوالي 20 نانومترًا من الأشعة فوق البنفسجية، مما يوفر تشبعًا لونيًا عاليًا للغاية. وبالمقارنة بأجهزة LED التقليدية، انكمش حجم Micro-LED الجديد من الحجم النموذجي 300-1000 ميكرومتر إلى 1-100 ميكرومتر، مما يسمح بكمية تكامل أعلى على نفس مساحة الشريحة. ونظرًا لخصائص انبعاث الضوء المتأصلة في LED، فإن Micro-LED يحسن بشكل كبير كفاءة تحويل الضوء إلى كهرباء، مما يتيح تصميم شاشات منخفضة الطاقة أو عالية السطوع.
تتضمن تقنية Micro-LED ترقيق وتصغير وتنظيم هياكل LED، بأبعاد تتراوح بين 1 إلى 100 ميكرومتر. بعد ذلك، يتم نقل Micro-LEDs إلى ركائز الدائرة، والتي يمكن أن تكون صلبة أو مرنة وشفافة أو معتمة. أخيرًا، يتم استخدام عملية الترسيب الفيزيائي لإكمال الطبقة الواقية والقطب الكهربائي العلوي، مما يتيح تغليف الركيزة العلوية.
أعلنت شركة Q-Pixel الأمريكية الناشئة في مجال شاشات Micro LED عن نجاحها في تطوير شاشة Micro LED ذات المصفوفة النشطة الأعلى دقة في العالم. تتميز هذه الشاشة بكثافة بكسل تصل إلى 6800 بكسل لكل بوصة، وأبعاد 1.1 سم × 0.55 سم ودقة 3K × 1.5K.
التوسع في مجالات التطبيق الأخرى
بالإضافة إلى الابتكارات التكنولوجية، من المتوقع أن يتوسع استخدام مصابيح LED في مجالات تطبيقية أخرى. تتيح إمكانية تعديل الألوان المستقلة لمصابيح LED تعديل أداء الانبعاث وفقًا لاحتياجات مختلفة. يمكن لمثل هذا النوع من الإضاءة ذات التحكم الطيفي التكيف مع الاستجابات الفسيولوجية البشرية، حيث تتمتع الإضاءة المكثفة LED بتأثير متزايد في المجال الطبي، مما يساعد في تحسين التركيز أو النوم، أو تخفيف توتر العضلات، أو علاج أمراض الجلد.
علاوة على ذلك، من المتوقع أن تعمل الإضاءة ذات الحالة الصلبة ذات الطول الموجي المحدد على تحفيز عملية التمثيل الضوئي وتحسين نمو المحاصيل في البيوت الزجاجية. ومع التطوير المستمر في فعالية التكلفة والأداء في مجال LED، فإننا نستعد للاستفادة من منتجات LED الجديدة.
وفي الختام
لقد عززت تقنية LED بشكل كبير العديد من جوانب حياتنا، مما أدى إلى حجم سوق ضخم وتطبيقات واسعة النطاق. كما تكشف التطورات الأخيرة عن إمكاناتها الهائلة في قطاعات مثل الرعاية الصحية والزراعة. إن أحدث تطورات تقنية Micro-LED تتطور بسرعة وهي على استعداد لإثراء حياتنا بشكل أكبر.
توفر هذه المدونة أيضًا فهمًا أساسيًا وشاملًا للمبادئ وراء إضاءة LED والمعايير الرئيسية التي يجب مراعاتها عند اختيار المنتجات ذات الصلة، مثل الفعالية الضوئية، وتقديم الألوان، ودرجة حرارة اللون، وهي ضرورية لاختيار أفضل الخيارات في السوق للمشترين.
