開發高亮度LED照明應用必需克服技哪些術挑戰?
發布時間:2012-11-20 責任編輯:echotang
【導讀】:觀察全球19%電dian能neng耗hao用yong都dou是shi用yong於yu照zhao明ming應ying用yong中zhong,若ruo可ke在zai日ri常chang照zhao明ming導dao入ru節jie能neng燈deng具ju,對dui於yu全quan球qiu的de能neng源yuan消xiao耗hao可ke能neng產chan生sheng顯xian著zhe的de節jie約yue成cheng效xiao,因yin此ci,各ge國guo政zheng府fu為wei了le打da造zao更geng環huan保bao的de國guo家jia形xing象xiang,也ye積ji極ji透tou過guo政zheng策ce、法規與產業輔導朝照明節能化應用方向發展,而利用原有的LED或是CCFL新式光源設計來取代傳統光源,進行日常照明應用,也成為照明產業重要發展趨勢。
LED發(fa)光(guang)效(xiao)能(neng)持(chi)續(xu)提(ti)升(sheng),為(wei)了(le)達(da)到(dao)高(gao)亮(liang)度(du)的(de)要(yao)求(qiu),也(ye)讓(rang)單(dan)一(yi)組(zu)件(jian)的(de)功(gong)率(lv)增(zeng)加(jia)不(bu)少(shao),尤(you)其(qi)是(shi)隨(sui)之(zhi)而(er)來(lai)的(de)運(yun)行(xing)高(gao)熱(re)狀(zhuang)況(kuang),很(hen)可(ke)能(neng)就(jiu)因(yin)為(wei)高(gao)熱(re)問(wen)題(ti),使(shi)組(zu)件(jian)的(de)光(guang)衰(shuai)或(huo)壽(shou)命(ming)相(xiang)對(dui)減(jian)低(di),而(er)在(zai)組(zu)件(jian)方(fang)麵(mian)若(ruo)能(neng)在(zai)前(qian)段(duan)製(zhi)程(cheng)就(jiu)考(kao)慮(lv)散(san)熱(re)需(xu)求(qiu),要(yao)比(bi)從(cong)外(wai)在(zai)條(tiao)件(jian)進(jin)行(xing)散(san)熱(re)設(she)計(ji)要(yao)來(lai)得(de)更(geng)有(you)效(xiao)率(lv),也(ye)能(neng)可(ke)持(chi)續(xu)發(fa)展(zhan)更(geng)高(gao)功(gong)率(lv)、高亮度的LED組件因應日常照明應用。
這幾年下來,環保議題持續升溫,讓各種用電的現況出現極大的改變,終端電器就有多項極大的變革,像是CRT電視被LCDTV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。
因為觀察全球19%電dian能neng耗hao用yong都dou是shi用yong於yu照zhao明ming應ying用yong中zhong,若ruo可ke在zai日ri常chang照zhao明ming導dao入ru節jie能neng燈deng具ju,對dui於yu全quan球qiu的de能neng源yuan消xiao耗hao可ke能neng產chan生sheng顯xian著zhe的de節jie約yue成cheng效xiao,因yin此ci,各ge國guo政zheng府fu為wei了le打da造zao更geng環huan保bao的de國guo家jia形xing象xiang,也ye積ji極ji透tou過guo政zheng策ce、法規與產業輔導朝照明節能化應用方向發展,而利用原有的LED或是CCFL新式光源設計來取代傳統光源,進行日常照明應用,也成為照明產業的重要發展趨勢。
傳統光源應用現況
多數實際應用場合中,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、高亮度的燈具設施,大多采高強度的氣體放電式燈具(High-intensitydischarge;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(CompactFluorescentLamp;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域相當廣,包含建築物照明、標誌、景觀照明、零售、信號燈、街道照明和住宅照明等。若要討論節能的效益,就必需針對現有的燈具提出科學化的×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進行×估基準(或能源效率efficacy)×估。
不同照明方案能源效率差距大
以現有照明應用觀察,白熾燈照明方案能源效率最差,用60W白熾燈進行照名實,能源效率約為10lm/W,相較CFL熒光燈具的能源效率就可達50lm/W。一支100WHID可具有80lm/W,相當於產生8,000流明亮度。
LED光源效能與實用性大幅提升
LED的特質在於本身就是1個電子零組件,與氣體放電式的HID燈具、CFL熒(ying)光(guang)燈(deng)具(ju)這(zhe)類(lei)光(guang)源(yuan),必(bi)需(xu)以(yi)玻(bo)璃(li)容(rong)器(qi)內(nei)置(zhi)高(gao)壓(ya)氣(qi)體(ti)的(de)體(ti)積(ji)相(xiang)對(dui)更(geng)小(xiao),不(bu)需(xu)內(nei)填(tian)有(you)毒(du)元(yuan)素(su),組(zu)件(jian)本(ben)身(shen)就(jiu)設(she)有(you)金(jin)屬(shu)接(jie)點(dian),並(bing)可(ke)焊(han)接(jie)安(an)裝(zhuang)在(zai)任(ren)意(yi)表(biao)麵(mian)上(shang),便(bian)利(li)性(xing)相(xiang)當(dang)高(gao)。
LED具備未來光源多項優勢,其中節能效益是最受業者關注的重點。
以往LED因當時技術受限,在亮度無法有效提升,多用於指示性用途的輔助光源,但現在以白光LED為例子,製作方式早已大幅改善,例如,透過高效能藍光LED鍍磷產生近似白光的發光效果,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4,500~6,000k下,在實驗室的測試數據已可達到超越200lm/W的高效能表現。
LED屬於固態光源組件,在組件的硬度、強度較高,不會如同傳統光源因為主要由玻璃製成,會出現怕摔、不耐撞擊問題,也可搭配不同熒光粉設計或搭配構型設計,產製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。
導入生活應用仍有關鍵問題待克服
由於LED在原器件的物理特性差異,製作光源係統的觀念則與傳統設計大不相同,需要有更多方麵的技術與專業輔助。LED燈泡型設計在空間相對緊湊,如何做到相關電路整合,必需靠整合芯片達成設計目標。
1、光學設計
LEDguangyuanshuyugaoxiaolvdedianguangyuan,zhezhongguoyujizhongdeguangyuan,zaichuantongyingyonghuiyouxiangdangduodewenti,liru,ruodangtaidengyonghuizaochengjinjulideguangxingbugouyuncheng,jibianLED具備寬廣的色彩調控彈性,能源效率表現也相當不錯,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設計(透鏡、導光素材)來產生近似傳統燈具的光型表現,會增加燈具成本,在緊湊的構型設計中較難突破光學的物理特性。
2、散熱設計
同樣的,延續LED組(zu)件(jian)本(ben)身(shen)是(shi)點(dian)光(guang)源(yuan)的(de)限(xian)製(zhi),組(zu)件(jian)在(zai)發(fa)光(guang)時(shi)產(chan)生(sheng)的(de)溫(wen)度(du)會(hui)過(guo)度(du)集(ji)中(zhong)在(zai)單(dan)點(dian)之(zhi)上(shang),若(ruo)沒(mei)有(you)效(xiao)處(chu)理(li)散(san)熱(re),會(hui)致(zhi)使(shi)組(zu)件(jian)出(chu)現(xian)燒(shao)融(rong),甚(shen)至(zhi)縮(suo)短(duan)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)!chulezujianbenshenxuzhenduisanreqianghuasheji,liru,touguoxinpiandajinxianhuoshizaibandeshejijishujinxinggaishan,dadaozitisanresheji,jibianruci,reyuanrenghuichuxianyouguodujizhongzaidengjudianzhuangweizhidezhuangkuang,ruhetouguowaibuzujiandezhudongsanreyubeidongsanresheji,qugaishanjiedianwendukongzhidechulinengli,zhejiuchengweixiangguandengjushejidejishuchaju。
3、驅動與控製電路設計
實際應用時,LED驅動發光仍需要大量電子電路進行輔助,才能達到高效率的目的,但對於一般白熾燈的調光設計,如果也想在新式LED光源上實現,這就必須透過DCzhiliugongdiankongzhijinxinggongdiantiaozheng,zheshiruotongshikaolvnenghaoyuyongdianxiaolv,huirangqudongdedianzidianlufuzadudafutisheng,jiudeshejihencaiqudaliangdulizujianzaochengxitongdelisanshejiwenti,rangzhengtishengxialaidediannengfandaozaixiangguandianlubeixiaohaodiaole。
目前已有組件廠商采取單芯片的可調光控製IC設(she)計(ji),讓(rang)燈(deng)具(ju)業(ye)者(zhe)不(bu)用(yong)重(zhong)新(xin)開(kai)發(fa)不(bu)同(tong)燈(deng)具(ju)的(de)配(pei)合(he)電(dian)路(lu),運(yun)用(yong)現(xian)成(cheng)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)就(jiu)能(neng)達(da)到(dao)兼(jian)具(ju)對(dui)比(bi)舊(jiu)式(shi)光(guang)源(yuan)的(de)操(cao)作(zuo)體(ti)驗(yan),也(ye)可(ke)達(da)到(dao)更(geng)高(gao)效(xiao)能(neng)的(de)節(jie)能(neng)效(xiao)益(yi)。
E27型式的LED節能燈泡,功耗僅6瓦。
4、電源轉換電路設計
LED一般都使采取DC直流驅動,但ACLED在實際應用場合,有更多的應用彈性與優勢,因此也是發展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光源普及於生活應用,發展AC設計的LED產品,是相關應用快速成長的應用關鍵。
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