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、CFLyingguangdengjuzheleiguangyuan,bixuyibolirongqineizhigaoyaqitidetijixiangduigengxiao,buxuneitianyouduyuansu,zujianbenshenjiusheyoujinshujiedian,bingkehanjieanzhuangzairenyibiaomianshang,bianlixingxiangdanggao。
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
LED光guang源yuan屬shu於yu高gao效xiao率lv的de點dian光guang源yuan,這zhe種zhong過guo於yu集ji中zhong的de光guang源yuan,在zai傳chuan統tong應ying用yong會hui有you相xiang當dang多duo的de問wen題ti,例li如ru,若ruo當dang台tai燈deng用yong會hui造zao成cheng近jin距ju離li的de光guang型xing不bu夠gou勻yun稱cheng,即ji便bianLED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LEDzujianbenshenshidianguangyuandexianzhi,zujianzaifaguangshichanshengdewenduhuiguodujizhongzaidandianzhishang,ruomeiyouxiaochulisanre,huizhishizujianchuxianshaorong,shenzhisuoduanshiyongshouming!除(chu)了(le)組(zu)件(jian)本(ben)身(shen)需(xu)針(zhen)對(dui)散(san)熱(re)強(qiang)化(hua)設(she)計(ji),例(li)如(ru),透(tou)過(guo)芯(xin)片(pian)打(da)金(jin)線(xian)或(huo)是(shi)載(zai)板(ban)的(de)設(she)計(ji)技(ji)術(shu)進(jin)行(xing)改(gai)善(shan),達(da)到(dao)自(zi)體(ti)散(san)熱(re)設(she)計(ji),即(ji)便(bian)如(ru)此(ci),熱(re)源(yuan)仍(reng)會(hui)出(chu)現(xian)有(you)過(guo)度(du)集(ji)中(zhong)在(zai)燈(deng)具(ju)點(dian)狀(zhuang)位(wei)置(zhi)的(de)狀(zhuang)況(kuang),如(ru)何(he)透(tou)過(guo)外(wai)部(bu)組(zu)件(jian)的(de)主(zhu)動(dong)散(san)熱(re)與(yu)被(bei)動(dong)散(san)熱(re)設(she)計(ji),去(qu)改(gai)善(shan)結(jie)點(dian)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)的(de)處(chu)理(li)能(neng)力(li),這(zhe)就(jiu)成(cheng)為(wei)相(xiang)關(guan)燈(deng)具(ju)設(she)計(ji)的(de)技(ji)術(shu)差(cha)距(ju)。
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DC直zhi流liu供gong電dian控kong製zhi進jin行xing供gong電dian調tiao整zheng,這zhe時shi若ruo同tong時shi考kao慮lv能neng耗hao與yu用yong電dian效xiao率lv,會hui讓rang驅qu動dong的de電dian子zi電dian路lu複fu雜za度du大da幅fu提ti升sheng,就jiu的de設she計ji很hen采cai取qu大da量liang獨du立li組zu件jian造zao成cheng係xi統tong的de離li散san設she計ji問wen題ti,讓rang整zheng體ti省sheng下xia來lai的de電dian能neng反fan倒dao在zai相xiang關guan電dian路lu被bei消xiao耗hao掉diao了le。
目前已有組件廠商采取單芯片的可調光控製ICsheji,rangdengjuyezhebuyongzhongxinkaifabutongdengjudepeihedianlu,yunyongxianchengdejiejuefanganjiunengdadaojianjuduibijiushiguangyuandecaozuotiyan,yekedadaogenggaoxiaonengdejienengxiaoyi。
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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