高亮度LED照明應用開發(fā)的技術(shù)挑戰(zhàn)分析
LED發(fā)光效能持續(xù)提升,為了達到高亮度的要求,也讓單一組件的功率增加不少,尤其是隨之而來的運行高熱狀況,很可能就因為高熱問題,使組件的光衰或壽命相對減低,而在組件方面若能在前段制程就考慮散熱需求,要比從外在條件進行散熱設(shè)計要來得更有效率,也能可持續(xù)發(fā)展更高功率、高亮度的LED
LED
LED(Light Emitting Diode)即發(fā)光二極管,是一種固態(tài)的半導體器件,它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED 的心臟是一個半導體的晶片,當電流通過導線作用于這個晶片的時候,電子和空穴就會被推向量子阱,在量子阱內(nèi)電子跟空穴復合,然后就會以光子的形式發(fā)出能量。能完成數(shù)十種不同的工作,并且在各種設(shè)備中都能找到它們的身影。例如它們可以組成電子鐘表 表盤上的數(shù)字,從遙控器 傳輸信息,為手表表盤照明并在設(shè)備開啟時向您發(fā)出提示。 如果將它們集結(jié)在一起,可以組成超大電視屏幕上的圖像,或是用于點亮交通信號燈。 [全文]
組件因應日常照明應用。
這幾年下來,環(huán)保議題持續(xù)升溫,讓各種用電的現(xiàn)況出現(xiàn)極大的改變,終端電器就有多項極大的變革,像是CRT電視被LCD
LCD
LCD(Liquid Crystal Display),即液晶顯示屏。LCD是平面超薄的顯示設(shè)備,它由一定數(shù)量的彩色或黑白像素組成,放置于光源或者反射面前方。液晶顯示器功耗很低,因此倍受工程師青睞,適用于使用電池的電子設(shè)備。它的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫面。單色的LCD已經(jīng)基本退出市場,彩色LCD主要又分為 STN 和 TFT 兩種,其中TFT(Thin Film Transistor)LCD,又稱為主動式電晶薄膜晶體管液晶顯示屏,也就是被很多人俗稱的真彩液晶顯示屏;DSTN(Dual-ScnTwistedNematic)LCD,即雙掃瞄液晶顯示屏。 [全文]
TV取代,甚至是大量耗能的白熾燈,也成為各國相繼禁用的光源
光源
光源產(chǎn)品具有LED顯示、體積小、重量輕、易攜帶、電池供電、性能價格比高等特點,直觀快速,是一種使用極其簡單方便的測試工具,產(chǎn)品經(jīng)過防震防潮處理,可以在野外惡劣環(huán)境下長時間工作。
因為觀察全球19%電能耗用都是用于照明應用中,若可在日常照明導入節(jié)能燈具,對于全球的能源消耗可能產(chǎn)生顯著的節(jié)約成效,因此,各國政府為了打造更環(huán)保的國家形象,也積極透過政策、法規(guī)與產(chǎn)業(yè)輔導朝照明節(jié)能化應用方向發(fā)展,而利用原有的LED或是CCFL
CCFL
CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamps)即冷陰極熒光燈,是一種氣體放電發(fā)光器件,其構(gòu)造類似常用的日光燈,通過連接插頭與高壓板相連。
新式光源設(shè)計來取代傳統(tǒng)光源,進行日常照明應用,也成為照明產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢。[!--empirenews.page--]
傳統(tǒng)光源應用現(xiàn)況
多數(shù)實際應用場合中,仍須大量的高效能、高亮度光源,例如,路燈、賣場照明、商店照明等,需高效能、高亮度的燈具設(shè)施,大多采高強度的氣體放電式燈具(High-intensity discharge;HID)或鹵素燈,以達到高亮度、高照度的應用需求;而在賣場、店家的長時間需求,多半選用熒光燈管(Compact Fluorescent Lamp;CFL);住宅多仍大量使用白熾燈、熒光燈(CFL),或以省電訴求的新式省電燈泡。在眾多實際應用場合中,耗能最高、效率最差的光源應以白熾燈為主,因為應用時會讓大量電能轉(zhuǎn)換成無用的熱,也會讓燈具壽命因此降低。
以具體光源應用觀察,日常照明市場所涵蓋應用領(lǐng)域相當廣,包含建筑物照明、標志、景觀照明、零售、信號燈
信號燈
信號燈是指用于電訊,電氣等線路中的指示信號,預告信號,事故信號及其他指示信號用的發(fā)光裝置,廣義的信號燈則指用于指示信號用的各種燈具,如交通燈,鐵路信號燈等。
、街道照明和住宅照明等。若要討論節(jié)能的效益,就必需針對現(xiàn)有的燈具提出科學化的預估的方法,例如以輸入功率比與實際輸出流明進行效能衡量,目前也多實行每瓦流明數(shù)進行預估基準(或能源效率efficacy預估。
不同照明方案能源效率差距大
以現(xiàn)有的照明應用觀察,白熾燈照明方案的能源效率最差,例如,用60W白熾燈進行照名實,能源效率約為10 lm/W,相較CFL熒光燈具的能源效率就可達50 lm/W。一支100W HID可具有80lm/W,相當于產(chǎn)生8,000流明亮度。
LED光源
LED光源
led光源又稱發(fā)光二極管,是利用固體半導體芯片作為發(fā)光材料,當兩段施加正向電壓時,半導體中的載流子發(fā)生復合,放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光、遠紅外光、近紅外光。 [全文]
效能與實用性大幅提升
LED的特質(zhì)在于本身就是1個電子零組件,與氣體放電式的HID燈具、CFL熒光燈具這類光源,必需以玻璃容器內(nèi)置高壓氣體的體積相對更小,不需內(nèi)填有毒元素,組件本身就設(shè)有金屬接點,并可焊接安裝在任意表面上,便利性相當高。
LED具備未來光源多項優(yōu)勢,其中節(jié)能效益是最受業(yè)者關(guān)注的重點。
以往LED因當時技術(shù)受限,在亮度無法有效提升,多用于指示性用途的輔助光源,但現(xiàn)在以白光LED為例子,制作方式早已大幅改善,例如,透過高效能藍光LED鍍磷產(chǎn)生近似白光的發(fā)光效果,同時大幅提升單一組件的亮度輸出,目前白光LED在能源效率已有大幅進展,色溫表現(xiàn)4,500~6,000k下,在實驗室的測試數(shù)據(jù)已可達到超越200 lm/W的高效能表現(xiàn)。
LED屬于固態(tài)光源組件,在組件的硬度、強度較高,不會如同傳統(tǒng)光源因為主要由玻璃制成,會出現(xiàn)怕摔、不耐撞擊問題,也可搭配不同熒光粉設(shè)計或搭配構(gòu)型設(shè)計,產(chǎn)制各種不同特性的光源效果,整體組件亦不含汞,同時具備超過50,000小時壽命周期,LED壽命較僅能運作1,000小時的白熾燈要高更多。[!--empirenews.page--]
導入生活應用仍有關(guān)鍵問題待克服
由于LED在原器件的物理特性差異,制作光源系統(tǒng)的觀念則與傳統(tǒng)設(shè)計大不相同,需要有更多方面的技術(shù)與專業(yè)輔助。
LED燈泡型設(shè)計在空間相對緊湊,如何做到相關(guān)電路整合,必需靠整合芯片達成設(shè)計目標。
1、光學設(shè)計
LED光源屬于高效率的點光源,這種過于集中的光源,在傳統(tǒng)應用會有相當多的問題,例如,若當臺燈用會造成近距離的光型不夠勻稱,即便LED具備寬廣的色彩調(diào)控彈性,能源效率表現(xiàn)也相當不錯,但在生活用照明應用時就會影響使用觀感,點光源必須透過光學透鏡或機構(gòu)設(shè)計(透鏡、導光素材)來產(chǎn)生近似傳統(tǒng)燈具的光型表現(xiàn),會增加燈具成本,在緊湊的構(gòu)型設(shè)計中較難突破光學的物理特性。
2、散熱設(shè)計
同樣的,延續(xù)LED組件本身是點光源的限制,組件在發(fā)光時產(chǎn)生的溫度會過度集中在單點之上,若沒有效處理散熱,會致使組件出現(xiàn)燒融,甚至縮短使用壽命!除了組件本身需針對散熱強化設(shè)計,例如,透過芯片打金線或是載板的設(shè)計技術(shù)進行改善,達到自體散熱設(shè)計,即便如此,熱源仍會出現(xiàn)有過度集中在燈具點狀位置的狀況,如何透過外部組件的主動散熱與被動散熱設(shè)計,去改善結(jié)點溫度控制的處理能力,這就成為相關(guān)燈具設(shè)計的技術(shù)差距。
3、驅(qū)動與控制電路設(shè)計
實際應用時,LED驅(qū)動發(fā)光仍需要大量電子電路進行輔助,才能達到高效率的目的,但對于一般白熾燈的調(diào)光設(shè)計,如果也想在新式LED光源上實現(xiàn),這就必須透過DC直流供電控制進行供電調(diào)整,這時若同時考慮能耗與用電效率,會讓驅(qū)動的電子電路復雜度大幅提升,就的設(shè)計很采取大量獨立組件造成系統(tǒng)的離散設(shè)計問題,讓整體省下來的電能反倒在相關(guān)電路被消耗掉了。
目前已有組件廠商采取單芯片的可調(diào)光控制IC設(shè)計,讓燈具業(yè)者不用重新開發(fā)不同燈具的配合電路,運用現(xiàn)成的解決方案就能達到兼具對比舊式光源的操作體驗,也可達到更高效能的節(jié)能效益。
E27型式的LED節(jié)能燈泡,功耗僅6瓦。
4、電源
電源
電源是向電子設(shè)備提供功率的裝置,也稱電源供應器,它提供計算機中所有部件所需要的電能。
轉(zhuǎn)換電路設(shè)計
LED一般都使采取DC直流驅(qū)動,但AC LED在實際應用場合,有更多的應用彈性與優(yōu)勢,因此也是發(fā)展LED光源相當重要的一大趨勢!尤其是一般生活電力來源均為AC電力,若要快速讓LED光源普及于生活應用,發(fā)展AC設(shè)計的LED產(chǎn)品,是相關(guān)應用快速成長的應用關(guān)鍵。