LED的功能特點(diǎn)及市場(chǎng)的發(fā)展

LED是傳統(tǒng)照明的開(kāi)明替代品。它們的優(yōu)點(diǎn)包括使用壽命長(zhǎng)，尺寸緊湊，抗振動(dòng)，低壓（LVDC）操作，最小的維護(hù)成本和最小的環(huán)境影響。 LED不受困擾熒光燈管的汞處理問(wèn)題的影響。然而，制造商一直在努力將設(shè)備的能效提高到已建立的照明技術(shù)所達(dá)到的水平。

在此功能中，我們將LED與傳統(tǒng)光源進(jìn)行比較，解釋Haitz定律的相關(guān)性和重要性，并重點(diǎn)介紹推動(dòng)LED設(shè)計(jì)和功能發(fā)展的新產(chǎn)品。

傳統(tǒng)照明

即使在高亮度LED的早期階段，電光源 - 白熾燈泡 - 的祖父效率也相對(duì)容易。白熾燈泡正在迅速發(fā)展為錄像機(jī)和錄像帶，因?yàn)樗鼈冃枰�很大的功率。他們消耗的能量中只有約5％變成了光。這導(dǎo)致每瓦特約10流明（10lm/W）的效率。

熒光燈比白熾燈效率更高。具體而言，18瓦緊湊型熒光燈泡（CFL） - 目前最受歡迎的鎢絲燈替代品 - 產(chǎn)生約60流明/瓦，而熒光燈管可達(dá)到100流明/瓦。

為了獲得大眾吸引力，LED必須不斷發(fā)展，以匹配CFL和熒光燈管的照明效率。

Obeying Haitz定律

Cree，Vishay和OSRAM等高亮度LED制造商通過(guò)解決三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域投入數(shù)百萬(wàn)美元來(lái)提高芯片的性能：內(nèi)部量子效率，提取效率和白光轉(zhuǎn)換效率。

圖1：歐司朗的燈具采用七個(gè)OSLON SSL高亮度LED，提供1，000 lm的組合光輸出。圖1：歐司朗的燈具采用七個(gè)OSLON SSL高亮度LED，提供1，000 lm的組合光輸出。內(nèi)部量子效率是二極管電子和空穴轉(zhuǎn)換為光子的轉(zhuǎn)換效率的量度。通過(guò)更好地理解器件物理和開(kāi)發(fā)增強(qiáng)“輻射復(fù)合”的器件結(jié)構(gòu)（例如多量子阱），這種高亮度LED性能的測(cè)量隨著時(shí)間的推移而增加。

提取效率是衡量?jī)?nèi)部生成的光子從設(shè)備中“提取”的效率的度量。對(duì)于化合物半導(dǎo)體器件，器件材料的高折射率限制了效率，因?yàn)閺挠性磪^(qū)域發(fā)射的光的全內(nèi)反射程度很大。

最后，白光轉(zhuǎn)換效率可以衡量涂在高亮度LED鏡頭內(nèi)部的熒光粉如何將設(shè)備產(chǎn)生的藍(lán)光轉(zhuǎn)換為有用的白光輸出。

高亮度LED效率的提高趨向于遵循一種名為Haitz定律的趨勢(shì)，該定律以安捷倫科技（前身為Hewlett Packard的一部分）的退休科學(xué)家Roland Haitz博士的名字命名。 Haitz定律假定，對(duì)于給定顏色的光，高亮度LED（以每單位通量測(cè)量）的性能每十年增加20倍。高亮度LED性能與預(yù)測(cè)密切相關(guān)：在20世紀(jì)90年代中期，早期原型高亮度LED的效率為5到10 lm/W，而在2009年，大約14年后，Cree發(fā)布了白色描述具有186 lm/W輸出功率的實(shí)驗(yàn)裝置的論文。

商業(yè)設(shè)備的產(chǎn)出稍微適度，以保持有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)格。盡管如此，大約60到100 lm/W，這些與他們?cè)O(shè)計(jì)替代的CFL相比是有利的。

重要的是要注意，由于它們所基于的技術(shù)，高亮度LED通�？梢允褂煤愣�電流電源在低電壓下僅承受適度的電流，因此最大功耗僅為幾瓦。因此，單個(gè)白色高亮度LED通常可以在350和700mA之間的電流下產(chǎn)生80和160lm之間的電流。為了增加環(huán)境照明的輸出，制造商將芯片組合成單個(gè)燈具。

尖端LED

制造商繼續(xù)投資于推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。例如，歐司朗最近推出了OSLON SSL。 LED采用1mm²芯片，工作電流為350 mA時(shí)典型亮度為92 lm，700 mA時(shí)為156 lm。該裝置的效率約為90lm/W.它有所有白色調(diào)（2，700 K到6500 K）和不同顏色。單獨(dú)的LED可以緊密地聚集在燈具中，以消除不必要的陰影。圖1所示的裝置使用七個(gè)高亮度LED，總輸出約為1，000流明。相比之下，100 W白熾燈泡的亮度為1，000 lm，18 W CFL的亮度為1080 lm，50W鹵素?zé)舻牧炼葹?，000 lm。作為指南，商業(yè)或住宅環(huán)境中的常見(jiàn)視覺(jué)任務(wù)需要300至1，000 lm/m2。

就其本身而言，Cree提供XLamp MP-L EasyWhite LED。該公司稱該器件具有與傳統(tǒng)光源相媲美的性能，色彩一致性和流明密度。它采用12 x 13毫米封裝。每個(gè)LED可以產(chǎn)生100至175流明，效率為89流明/瓦。該公司表示，可以將LED組合成一個(gè)燈具，在250毫安時(shí)可以產(chǎn)生高達(dá)1，500流明的亮度。

在其廣泛的LED中，首爾半導(dǎo)體提供Acriche（見(jiàn)圖2），該公司稱其優(yōu)化用于照明應(yīng)用。據(jù)稱，Acriche A4系列冷白產(chǎn)品的發(fā)光效率為100 lm/W. Acriche不需要單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)樗�使用高壓AC電流源，降低了系統(tǒng)成本。

圖2：來(lái)自首爾半導(dǎo)體的Acriche聲稱其發(fā)光效率為100流明/瓦。現(xiàn)代HB LED已達(dá)到亮度/效率連續(xù)性優(yōu)于傳統(tǒng)光源的程度。實(shí)現(xiàn)主流采用的挑戰(zhàn)是價(jià)格，或者更具體地說(shuō)，是每流明的價(jià)格。盡管有大幅下降，但高亮度LED仍然比傳統(tǒng)光源的每流明成本高得多。然而，根據(jù)Haitz的說(shuō)法，價(jià)格將繼續(xù)每十年下降一個(gè)數(shù)量級(jí) - 因此，由于CFL取代白熾燈泡，CFL被LED取代只是時(shí)間問(wèn)題。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持