高功率LED照明設(shè)計師應(yīng)清楚的5大概念
[導(dǎo)讀]高功率LED通常指1W以上的LED，是目前市場上炙手可熱的技術(shù)。自該項技術(shù)誕生以來，高功率LED以其用途廣、功能全的優(yōu)勢引起了照明行業(yè)及世界各地消費人群的廣泛關(guān)注。
高
高功率LED通常指1W以上的LED，是目前市場上炙手可熱的技術(shù)。自該項技術(shù)誕生以來，高功率LED以其用途廣、功能全的優(yōu)勢引起了照明行業(yè)及世界各地消費人群的廣泛關(guān)注。
高功率LED是照明技術(shù)發(fā)展的一次重大突破，在能效、節(jié)約成本及照明方面均有無可比擬的優(yōu)勢。高功率LED每瓦的亮度可達(dá)80流明(注：普通的白熾燈亮度為15流明/瓦，節(jié)能燈為70流明/瓦)，為節(jié)能提供了無限可能。此外，高功率LED的壽命是傳統(tǒng)白熾燈燈泡的10-15倍，比節(jié)能燈壽命長3-10倍。實際上，除此之外，LED技術(shù)的耐用性大大節(jié)省了照明維修開支。LED比其它照明有更好的設(shè)計靈活性。LED系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，并且可以搭配使用傳感器或其它照明控制器如調(diào)光器、日光控制裝置，以及顏色動態(tài)調(diào)節(jié)器。
隨著各地區(qū)、國家和城市機(jī)關(guān)為從傳統(tǒng)的白熾燈照明轉(zhuǎn)向更新的科技鋪平了道路，高功率LED將在未來幾年更為流行。世界各國(包括歐盟成員國如日本、澳大利亞、巴西及加拿大)將在2012年嚴(yán)令禁止使用白熾燈泡。在美國，一些市已開始在交通信號和街燈中使用LED技術(shù)。隨著美國各州法律(如加利福尼亞州法律第24條)規(guī)定在建筑內(nèi)使用節(jié)能照明的實施，相信美國未來幾年由LED裝置取代傳統(tǒng)照明設(shè)備的速度會加倍。雖然使用了LED技術(shù)的照明設(shè)備與傳統(tǒng)節(jié)能燈均能起到節(jié)能的效果，但LED照明設(shè)備還具有環(huán)保功能。節(jié)能燈內(nèi)含有導(dǎo)致環(huán)境污染的汞元素。目前，超過二十多個美國的州已經(jīng)立法，限制使用含汞燈。
概念1：高功率LED耗能高
錯。高功率LED技術(shù)的一個關(guān)鍵好處是低耗能。雖然高功率LED比標(biāo)準(zhǔn)LED耗能高，但是，調(diào)查中的一些比較值表明，高功率LED是市場上耗能最低的。一個普通LED燈耗能為75-15mW，而一個高功率LED耗能在1W到10W之間(無需規(guī)定上限，10W是目前標(biāo)準(zhǔn)大小的上限，可與一個有許多組件的成品裝置相比)。當(dāng)與一個40W的低功率家用燈泡和一個60W的標(biāo)準(zhǔn)熒光燈相比時，這些算是低耗能值。某些情況下，60W白熾燈的耗能相當(dāng)于一個15W節(jié)能燈的耗能，而節(jié)能燈的能耗更接近高功率LED。然而，LED不含汞、壽命長的特性，使之成為低耗能光源的首選。
為了應(yīng)對高功率LED耗能高這種普遍的謬見，行業(yè)的許多小組已經(jīng)開始把高功率LED稱作是高亮度(HB) LED了。
概念2：對于顯色性是關(guān)鍵的家用電器，不宜選擇高功率LED取代白熾燈
因為白色高功率LED特殊的熒光粉藍(lán)色芯片裝置會使顏色表現(xiàn)不協(xié)調(diào)。
錯。顯色程度是從1到100，而100與可見光譜上太陽光剛好一致。當(dāng)顯色指數(shù)(CRI)等級下降到低于80時，燈光下的顏色會與物體真實的顏色不符。研究表明，從物體真實顏色的角度來看，顏色搭配比燈光亮度更為重要。人的肉眼對顏色搭配的微妙變化不像對燈光亮度的變化那樣敏感。這使得顯色性變得極為重要，特別是在實際應(yīng)用上——如冰箱食物照明、服裝更衣室照明或是對顏色感知度要求極高的展覽館油畫照明?，F(xiàn)在白色和彩色高功率LED都不斷提供高顯色分值。這并不總是一直這樣，而是由于近期科技突破所致。
第一款白色LED是由帶有熒光粉的藍(lán)色銦鎵(InGaN) LED芯片制成。直到約三年前，白色高功率LED的顏色由于表現(xiàn)力不足，已不能適應(yīng)實際需要。“冷”光通常用于裝置應(yīng)用、辦公場所或人行道，但是熒光粉無法表現(xiàn)出令人滿意的“暖”白光，而廚房和臥室照明都需要這種“暖”白光，以此營造一種溫馨的氛圍。
特別是過去兩年，科技進(jìn)步使冷暖色調(diào)一致的白色熒光粉LED照明成為可能。熒光粉的進(jìn)步和大批量生產(chǎn)經(jīng)驗的積累使自動化系統(tǒng)的產(chǎn)生成為可能。這種自動化系統(tǒng)可以自動分類測量冷暖白色LED燈的輻射波譜。然而，過去的LED僅限于“白色”或“非白色”兩種選擇，但是如今一些制造商可以把白色分成50種不同的“色調(diào)”。
LED顯色性的進(jìn)一步發(fā)展可能源于三原色 (RGB) LED的進(jìn)步。RGB LED的特點是把紅、綠、藍(lán)三種顏色的芯片封裝在一起。這些芯片可用于產(chǎn)生白光或其它顏色的光。RGB技術(shù)在近幾年已取得重大進(jìn)步。在此之前，RGB技術(shù)力求達(dá)到顏色穩(wěn)定性，特別是具有波長和轉(zhuǎn)換溫度強(qiáng)度功能的LED紅色芯片的顏色穩(wěn)定性。新一代RGB LED控制器挑戰(zhàn)了此項技術(shù)，通過降額使顯色一致并調(diào)制脈寬。
2008年，高功率RGB LED——如 Lumex的AstraLED上市。高功率RGB LED極其適用于種類繁多、且需要強(qiáng)光及低耗能裝置的應(yīng)用。
優(yōu)良的CRI分值通常大于90。大多節(jié)能燈泡的發(fā)光率在75-90之間，而白熾燈則達(dá)到了100。LED的發(fā)光率可達(dá)90甚至更高，這是六年前LED技術(shù)剛起步時不可企及的目標(biāo)。CRI系統(tǒng)不能很好地轉(zhuǎn)化成RGB LED。但是如果瀏覽下白色LED和RGB LED轉(zhuǎn)換的熒光粉光譜，就會發(fā)現(xiàn)發(fā)出的光譜中有多少可用光。存在光的波長越多，就越容易獲得真正的白光，這是很直觀的想法。
除了可提供絕佳的顯色性外，高功率RGB LED還有其它的關(guān)鍵優(yōu)勢。比起單獨使用高功率紅、綠、藍(lán)包裝，將紅、綠、藍(lán)芯片封裝在一起可節(jié)省30%的費用和67%不動產(chǎn)開支。另外，排序和儲存過程可簡化為單一零件號，從而取代原先的三個截然不同的零件。
概念3： 高功率LED的一個優(yōu)點是觸手不燙
錯。高功率LED的確會發(fā)出熱量。 由固態(tài)核心散發(fā)的熱量不能以紅外線的形式散發(fā)，需要從LED裝置散熱。在創(chuàng)建LED系統(tǒng)時熱處理是需要考慮的一個重要因素。
LED系統(tǒng)所需的熱處理類型依設(shè)備的不同而不同。1W高功率LED系統(tǒng)可通過額外加銅的特殊PCB (印制電路板)來去熱。更大功率的LED系統(tǒng)將需要熱下沉技術(shù)來除熱。
熱處理的成本在增加，那么問題是對于通常比較便宜的不采用LED的技術(shù)如何仍然能選用高功率LED。首先，經(jīng)過適當(dāng)熱處理的HP LED的使用壽命比市面上其它產(chǎn)品更長。這幾乎不受震動和打擊的影響。有很寬的操作溫度范圍，可以提供微調(diào)輸出量和色調(diào)，這是其它普通照明根本無法提供的。同時其內(nèi)在壽命比當(dāng)前非LED技術(shù)的壽命要長。所有這些因素都節(jié)省了成本，從而極大降低了熱處理所需的投資。
概念4：現(xiàn)在頂級LED供應(yīng)商都提供定制的高功率LED解決方案
對。近年來不僅高功率LED技術(shù)取得進(jìn)展，而且由LED供應(yīng)商提供的服務(wù)也發(fā)展迅速。真正優(yōu)秀的LED供應(yīng)商不僅提供的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)越，而且提供的服務(wù)也有深度。優(yōu)秀的LED供應(yīng)商會有把LED技術(shù)應(yīng)用到更廣闊的照明系統(tǒng)中專家般的洞察力。優(yōu)秀的LED供應(yīng)商應(yīng)該具備光學(xué)、熱學(xué)和電子系統(tǒng)方面的專業(yè)知識，以便幫助你在特定應(yīng)用方面找到最好的LED解決方案。
判斷供應(yīng)商提供技術(shù)支持質(zhì)量好壞的一種方法，就是在初次與其交往時多加留意。優(yōu)秀的供應(yīng)商應(yīng)該會問及廣泛的問題，比如你正在創(chuàng)建的系統(tǒng)，以便確認(rèn)他們鑒定的技術(shù)與你的實際需求是否基本匹配。他們可能會問你關(guān)于設(shè)計方面或是環(huán)保和性能先決條件的問題。供應(yīng)商不僅會告訴你哪種LED更符合你的實際需求，而且會提供關(guān)于如何把這項技術(shù)與其它的系統(tǒng)部件如鏡頭、印制電路板、線束以及在“即插即用模板”里的配電盤裝置技術(shù)相整合的信息。
概念5：高功率LED主要用于普通照明
錯。在許多發(fā)達(dá)國家普通照明大約占到電費的20%，對高功率LED的關(guān)注已經(jīng)集中到普通照明的應(yīng)用上來，這不足為怪。城市每年堅持在減少能源、維修保養(yǎng)以及更換成本方面，都盡量節(jié)省開支，都靠轉(zhuǎn)用高功率LED技術(shù)，例如應(yīng)用在交通信號燈、路燈、停車場結(jié)構(gòu)照明等方面。
然而高功率LED技術(shù)新的應(yīng)用在不斷涌現(xiàn)，而其中許多應(yīng)用很快受到大眾歡迎。一些較受歡迎的應(yīng)用包括：汽車–方向燈、前燈、汽車儀表盤的逆光照明、地圖燈、頂部照明、連續(xù)照明、車牌照明、裝飾用重點照明以及信號燈照明；家用電器–電冰箱、廚具、洗劑器和烘干器以及冷藏柜照明；背光燈–消費類電子產(chǎn)品，例如電腦上面的公司標(biāo)識；通信設(shè)備–服務(wù)器、網(wǎng)間連接器、網(wǎng)絡(luò)集線器、手機(jī)基地臺；消費類電子產(chǎn)品–液晶監(jiān)視器或液晶電視；醫(yī)療器材–傳感系統(tǒng)、診斷設(shè)備、小工具設(shè)備以及數(shù)字天平和監(jiān)視器；安全照明–聚光燈、威懾照明、訪問控制照明、室內(nèi)外照相機(jī)；指示牌–超大屏幕、緊急出口照明、大型廣告牌、裝潢類或建筑類照明；軍事–武器系統(tǒng)安裝照明、潛水艇、空中目標(biāo)識別器。
未來數(shù)年里一些激動人心的高功率LED的應(yīng)用將會融合傳感器，例如，進(jìn)入車道或是接近雜貨店的冰箱時，照明系統(tǒng)就會開啟。紅外線LED技術(shù)也是一個快速發(fā)展的領(lǐng)域，包括了諸如夜間城市作戰(zhàn)照明、遠(yuǎn)距離(大于2500英尺)發(fā)射器和測定器以及超高速農(nóng)業(yè)分選設(shè)備等創(chuàng)新性應(yīng)用。將來有希望看到高性能IR LED在家用電器之間、車輛和家居之間推動通信的功能，而且改變我們使用夜視系統(tǒng)的方式。
作者簡歷
寇茲(Coates)先生是Lumex公司高功率技術(shù)經(jīng)理，也是LED和LCD技術(shù)的領(lǐng)軍人物。在光電子領(lǐng)域工作的十年里，他參與了行業(yè)領(lǐng)先品牌LED和LCD設(shè)計，內(nèi)容涉及小至家電大至航空領(lǐng)域，專攻高功率LED照明?？芷澫壬斜币晾Z伊大學(xué)電子工程學(xué)位，郵箱地址是@lumex.com">engineering@lumex.com。
Lumex是一家ITW公司，是光電應(yīng)用元件、設(shè)備和顯示器的領(lǐng)軍設(shè)計商和制造商。他們的產(chǎn)品廣泛用于人機(jī)界面，有時也用于檢測儀、短程信號和光纖通信。Lumex公司生產(chǎn)成千上萬最先進(jìn)的高效率光電子元件、設(shè)備及顯示器，主要目標(biāo)在南美、亞洲和歐洲特定應(yīng)用市場和特定顧客市場。
該公司的總部設(shè)在臺灣新竹縣東鎮(zhèn)和伊利諾州帕拉丁市，營運中心設(shè)在德國法蘭克福附近。生產(chǎn)設(shè)備放在伊利諾州、臺灣和中國大陸，其分銷商分布在北美、歐洲和環(huán)太平洋地區(qū)。自1980年成立以來，Lumex已經(jīng)成為一家專業(yè)從事提供應(yīng)用方案的全球性公司——而生產(chǎn)效率通常只與大量運營模式有關(guān)。Lumex在1996年首先通過ISO 9001認(rèn)證。
作者：Brian Coates
高功率技術(shù)經(jīng)理
律美公司(Lumex)
下載文檔
