根據(jù)Nadarajah Narendran和Keith Toomey的說法,在構(gòu)裝設(shè)計方面的改進(jìn),預(yù)期將可為以
LED為基礎(chǔ)的
照明燈具延長至十萬小時的壽命。
1fZ(l" JW3B'_0 自電力照明被引介之后,在一世紀(jì)的期間,僅有兩種型態(tài)的
光源技術(shù)──白熾燈和電力放電──曾經(jīng)共存過。標(biāo)準(zhǔn)的住宅照明燈泡是屬于白熾光源的家族,而用于辦公室直線式的熒光燈,及在街道上看到之鈉燈,則是電力放電式家族的例子。而此刻,第三種型式的光源科技──發(fā)光二極體(Light Emitting Diode;LED),正在嶄露頭角并具有很好的前途。作為第一個固態(tài)照明的科技,LED有提供顯著的能源節(jié)約和長壽命的潛力。這些因素已將一般照明社群吸引到這一個新的科技了。
L:i-BI`J x;8A!8w LED做為有效率的光源
,&R/4:I ~,i-8jl, 對大多數(shù)的人們,LED這個名詞僅與經(jīng)常在電子設(shè)備上所看到的小型指示燈相關(guān),例如:收音機(jī)和遙控器。雖然LED是在1960年代后期開發(fā)出來的,而研究人員和開發(fā)者,卻花費(fèi)了近三十年制造用此一科技的白光。然而在此期間,有顏色的LED之強(qiáng)度顯著地增加許多,允許它們被用在很多樣的應(yīng)用上。在 1990年代的后半期間,LED開始在交通號幟上取代了白熾燈。在此一應(yīng)用方面,與其對應(yīng)的白熾燈比較,LED已顯示可節(jié)省超過80%以上所用的能源。如此大的能源節(jié)約可被實現(xiàn),是因為傳統(tǒng)的彩色的號幟,在白熾燈上須用
光學(xué)的濾器。這些濾器吸收,并浪費(fèi)了顯著的由光源所產(chǎn)生的一部分的輻射能源。另一方面來說,LED以一個狹窄波段來發(fā)光,因而可以有效率地產(chǎn)生彩色的光。
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圖一:5mm封裝的LED在溫度控制環(huán)境下的情況
d2H|LMhJ 當(dāng)LED在交通號幟上取代白熾燈時,它們不只是以能源效率來展露;事實上,一些制造商宣稱他們的LED可維持十萬小時。
s=0BMPDgm 當(dāng)
白光LED技術(shù)逐步進(jìn)化時,產(chǎn)業(yè)界專家預(yù)期LED將可能使照明工業(yè)產(chǎn)生突破性的變革,包括:在照明的領(lǐng)域。聽到這個后,一些早期的采用者很快地就創(chuàng)造了一種光源,使用5mm 白光LED數(shù)組包裝在一個燈殼內(nèi)。這些「LED燈泡」模仿標(biāo)準(zhǔn)的白熾燈泡,而且他們的制造者宣稱,他們是較白熾燈更有能源效率的,而且像他們的彩色對手一樣可持續(xù)十萬小時。這導(dǎo)致許多人相信,白光LED是準(zhǔn)備好去取代白熾燈了。
*q-['"f TzNn^ir=HX 白光LED的壽命
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[V j,"@?Wt7 然而,現(xiàn)實卻無法實踐初期的宣示。在2000年代初期,研究人員的發(fā)表顯示,這些5mm 白光LED的光線輸出下降地非常迅速。在僅約6000小時內(nèi),光線的輸出下滑到其初始值的一半以下(Narendran et al. 2000 and 2001a)。僅管有這項信息,以及許許多多的文章已顯示,5mm的白光LED非?斓厮p,很多制造商仍繼續(xù)宣稱他們將可持續(xù)十萬小時。另一篇最近的刊物顯示,甚至于不同的彩色5mm LED,隨著時間變化而不會以同樣的方式衰減(Narendran et al. 2001b)。這些LED是在一溫度控制的房間中測試的,而他們是被裝設(shè)在如<圖一>所示的印刷電路板上。不同色彩之LED的光線輸出之劣化,是顯示在<圖二>。紅色LED的光線輸出,是以較白光LED慢甚多的速率衰減,而綠光和藍(lán)光 LED則以中等的速率衰減。LED是封裝在一個與外界隔離的燈具中,在其中周遭的溫度是較在溫度控制的研究為高一些,而將遭受到更高的衰減速率。所以,所宣稱的LED燈具,以包裝的數(shù)組5 mmLED,白色或彩色的,其有十萬小時壽命是騙人的。這些LED的確是可維持十萬小時,但是他們的輸出可能不夠用于燈具的原定之應(yīng)用了。五千小時之可用的壽命,對于5mm LED燈具來說可能是更為貼切的。
"HDcmIXg& '|Kmq5) 圖二:20mA下,5mm封裝LED衰減情況
}MH0L#Tu 較新的LED封裝
/Sc l#4bW yL2o}ZbS 標(biāo)準(zhǔn)的5 mm LED封裝原是被設(shè)計用在指示燈的應(yīng)用,但是在操作時,他們的設(shè)計不允許自LED芯片,有足夠之熱傳導(dǎo)以維持冷卻。當(dāng)芯片的溫度升高時,這個裝置會更快速地劣化。另一個問題是5mm 的白光LED,會使樹脂黃化而減低了光線的輸出,并且增加光線輸出的劣化速率。然而樂觀是有理由的;較新的高功率LED封裝已被設(shè)計用在照明的應(yīng)用了。這些高功率LED,每一裝置產(chǎn)生十到二十倍更多的光通量,而與5 mm的封裝相比更為有效。
7Z-O_h3;)@ UHTvCc 此外,一份近期之刊物已顯示,新高功率白光LED封裝之流明的劣化,與5 mm封裝相較已降低相當(dāng)?shù)囟嗔?Narendran et al. 2001b)。一些制造商經(jīng)由適當(dāng)?shù)匚諢崃,并將LED封裝在不會隨時間劣化的材料,似乎已解決了劣化的問題。即使是傳統(tǒng)的光源,例如:白熾燈、鹵素?zé)、熒光燈?span onclick="sendmsg('pw_ajax.php','action=relatetag&tagname=金屬',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_6">金屬鹵化物燈,均展現(xiàn)出在他們的操作壽命期間之光線輸出衰減。<圖三>顯示不同的白色光源,其光線輸出隨時間變化的比較。高功率的LED有非常低的光線輸出劣化,根據(jù)<圖三>的初步數(shù)據(jù),在裝置的架構(gòu)的進(jìn)步,光線的吸收和散熱已使得高功率LED能有所進(jìn)展,它提供了改善的發(fā)光功效,并提高了照度的維持度。
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圖三:白光光源在不同環(huán)境下的比較
>o7n+Rb: 這些進(jìn)步已使徥白光LED科技更有用于一般照明的應(yīng)用的可能性了。假若LED工業(yè)能夠維持這些進(jìn)步的趨勢,在未來的五至十年間,固態(tài)照明將可有明顯的市場突破。
mg$]QnbAnH 未來在照明的LED
er!DYv 以LED菜單現(xiàn)之改善,固態(tài)照明正吸引了更多由照明界來的注意力。一般照明的市場是很巨大的,但是突破那個市場將需要更高價的LED產(chǎn)品。制造商將必須繼續(xù)致力于更長壽命的白光LED,并有著更高的功效、更高的照明通量和改善的顏色性質(zhì)。照明研究中心(Lighting Research Center)現(xiàn)正在確認(rèn)一些參數(shù),其可以被改善以提供為人們可接受之有品質(zhì)的照明。
'>' wK. Vp3ZwS 使用LED的照明,對于建筑學(xué)上可能會有重要的沖擊。試著想象一位建筑師,他可以自由地設(shè)計建筑,將全部的
照明系統(tǒng)建于墻壁、天花板、甚致在地板里面。當(dāng)照明用的LED可達(dá)到很長壽命時,換一個燈泡的雜務(wù)將被歸類為一個博物館中的展示項目了(注:很久才換一次)。
j]aoR >76\nGO 新的照明產(chǎn)品變成建筑的一部分,對于這個產(chǎn)業(yè)將會需要一全新的方向,而這種改變可能不是容易的。現(xiàn)在由天花板上吊掛的燈具,或在墻壁上的均將會消失,雖然設(shè)計師可找到更有審美觀取悅的方式來運(yùn)用LED的科技,而不僅只是將LED隱藏在墻壁里面。制造商以及設(shè)計師和建筑師,將需要改變以跟上快速進(jìn)化的 LED。
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ihAU" 作者:Nadarajah Narendran 和 Keith Toomey 是在紐約Troy市的Rensselaer Polytechnic Institute之照明研究中心工作。
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