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固態(tài)照明挑戰(zhàn)傳統(tǒng)照明 仍需遷就
來源:光電新聞網(wǎng) 日期:2009-11-6 作者:全球電池網(wǎng) 點擊:
        雖然用于照明,然而固態(tài)照明的架構(gòu)與傳統(tǒng)照明仍有顯著的差異,從光特性到供電,皆與現(xiàn)有照明架構(gòu)無法直接兼容,然而短時間內(nèi),固態(tài)照明仍需兼容于現(xiàn)有照明結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用在高亮度照明的LED可分為一般家庭照明以及戶外照明兩類,兩者本質(zhì)較為明顯的差異仍是以流明與驅(qū)動電壓,也因為這些差異使得兩個產(chǎn)業(yè)既相似又有所不同。戶外照明所需的亮度以及環(huán)境較為嚴(yán)苛,以致戶外照明產(chǎn)業(yè)不如想象中的容易切入;但室內(nèi)照明由于門坎較低,許多新興廠商無不以室內(nèi)照明為賭注,投入LED照明產(chǎn)業(yè)。然而現(xiàn)在針對LED產(chǎn)業(yè),仍未有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范,使得市面上的產(chǎn)品素質(zhì)參差不齊,價格與質(zhì)量落差也相當(dāng)明顯,而這些差異性將是決定未來該公司是否能夠立足于固態(tài)照明供應(yīng)煉的關(guān)鍵。

固態(tài)照明 是節(jié)能環(huán)保大勢所趨

LED固態(tài)照明的特色包括:1、使用壽命:LED的使用壽命超過其它所有光源,以正常的家居環(huán)境為例,LED可使用長達(dá)20年;2、能源成本:LED耗能極低,LED組件如歐司朗光電半導(dǎo)體GoldenDRAGONPlus發(fā)光效率已達(dá) 110lm/W。LED燈只需約6W便可產(chǎn)生等同25W白熾燈的光量;3、調(diào)暗功能:LED可以調(diào)暗,進(jìn)一步降低能耗;4、不含水銀:LED不含水銀或鉛,降低棄置成本;5、效率:今日LED的效率已比白熾燈高出約5倍,隨著科技不斷進(jìn)步,未來效率將會高出10倍。理論上,LED科技可以節(jié)省人工照明所消耗的電力達(dá)一半以上。

從宏觀的角度來看,推動固態(tài)照明成長的力量∕變革有三個。第一個力量來自政府,氣候與環(huán)境保護(hù),對政府來說不再是奢談,而是必要的事,節(jié)約能源也不再只是口號,而是可實現(xiàn)的政策。相較于白熾燈等傳統(tǒng)燈具,LED是低能源消耗的首選。舉例來說,韓國政府的“LED閃亮1530”規(guī)劃于2015年將LED燈的巿占率提高到30%,以節(jié)省更多能源。日本京都議定書則規(guī)劃在2012年以 LED取代8.8%的日光燈及13.7%的白熾燈,如此將能降低340萬噸的二氧化碳排放。愛爾蘭和澳大利亞分別宣布自2009及2010年開始,禁止銷售白熾燈泡;美國能源部則于2008年9月起推行LED的“能源之星”標(biāo)章計劃,奧巴馬政府為各項環(huán)保計劃編列了8百億美元預(yù)算。最后但也同樣重要的是中國政府自2000年開始,巳經(jīng)為固態(tài)照明計劃挹注了超過1千7百萬美元。

固態(tài)照明相比傳統(tǒng)照明 有更彈性的應(yīng)用模式

第二個推動的力量來自于不同的應(yīng)用。目前LED主要應(yīng)用于建筑、戶外廣告以及便攜式電子產(chǎn)品,其中建筑照明就占整體LED巿場的50%,例如建筑物外觀照明、投射光墻、泛光燈、天花板間接照明及景觀照明。然而,其它應(yīng)用也是LED的潛在巿場,例如零售展示(包括柜窗照明、零售百貨及冷藏柜照明),居家照明(包括裝飾性照明、櫥柜燈、吊燈及閱讀燈)和戶外照明(包括停車場、人行區(qū)域、街道照明及公共照明)。由于LED體積小巧,令設(shè)計師有更大的空間去構(gòu)思新的照明產(chǎn)品,而LED的應(yīng)用自然也會更廣泛。而第三個推動的力量則來自科技本身。LED巳經(jīng)證實是巿面上最省電的光源,比白熾燈省電5倍,每瓦流明也會逐漸大幅提升。

專家認(rèn)為,根據(jù)應(yīng)用的領(lǐng)域,LED主要有兩種發(fā)展趨勢:1、LED的尺寸越來越;2、大型大功率LED的應(yīng)用范圍越來越廣。而不少企業(yè)的產(chǎn)品發(fā)展也隨這兩趨勢;比如歐司朗光電半導(dǎo)體超白OSLONSSLLED,封裝尺寸僅3x3mm,發(fā)光效率領(lǐng)先業(yè)界,效率值一般可達(dá)100lm/W 。此外,它在高電流下也能產(chǎn)生高功效,加上簡化的散熱管理、高可靠性和80度的光束角,因此能適合各種高效率應(yīng)用,包括聚光燈、臺燈和天花板泛光燈等。此外,也專為路燈而研發(fā)了GoldenDRAGONOvalPlusLED,這LED不需要光學(xué)器件輔助,因備有整合鏡片,以橢圓形輻射模式發(fā)出定向的光線,故最適合路燈照明使用。同時,這款LED能產(chǎn)生特別的橢圓形光束(垂直80°、水平120°,并且整合耐用的硅膠透鏡,能滿足節(jié)能型路燈在照明和最少光害方面的特殊需求,讓燈光準(zhǔn)確投射在需要照明的區(qū)域,沒有向上的雜散光。

供電結(jié)構(gòu)將是隨固態(tài)照明 而來的另一波革命

現(xiàn)在常用的熒光燈的架構(gòu),需功過繼電器提供瞬間高壓藉此點亮燈管,以安全性而言有觸電的危險,然而LED不須瞬間高電流即可啟動,然目前固態(tài)照明市場趨勢仍是以取代照明為主,除了ACtoDC的挑戰(zhàn)外,為了兼用現(xiàn)有熒光燈架構(gòu),反而需在電路上過濾繼電器的瞬間高壓,也表示替代市場只是一個先期的過度市場,非長遠(yuǎn)趨勢;另外,從ACtoDC的效率仍小于DC降幅,表示未來還需自照明系統(tǒng)進(jìn)行改革,才能符合固態(tài)照明原本的架構(gòu)。而另一方面,固態(tài)照明另一個市場則是在嵌燈,包括車輛等運輸工具等內(nèi)部照明,由于內(nèi)部發(fā)電直接為DC,如香港電車即是采用固態(tài)照明系統(tǒng),可使系統(tǒng)電力負(fù)擔(dān)大幅降低,并且需要的電流穩(wěn)定,更能以低壓驅(qū)動,相較過去采用熒光燈有更佳的壽命。

但專家指出,目前固態(tài)照明設(shè)備的廠商還未以數(shù)字的概念生產(chǎn)產(chǎn)品,如供電模塊等,仍采傳統(tǒng)的ACtoDC電源轉(zhuǎn)換模塊,雖然具有恒流高效率的優(yōu)勢,但結(jié)構(gòu)將各LED采用單路串聯(lián),只要其中一路故障,整個模塊會隨之滅燈,另一個缺點就是體積難以縮。浑姽┑臄(shù)字化與智慧化將是固態(tài)照明中另一項門坎,尤其以公眾照明系統(tǒng),相對于現(xiàn)行的照明設(shè)備,多數(shù)需要透過人工回報才能掌握,然數(shù)字化的電源供應(yīng)器,可結(jié)合除錯系統(tǒng)進(jìn)行錯誤回報,實時通知遠(yuǎn)程街燈包括熄滅或是過熱等異常;如國外的LED號志燈即強(qiáng)制要求需裝設(shè)除錯,即是便于維護(hù),尤其在公共設(shè)施,除錯的功能將會成為各政府重視的設(shè)計。

光學(xué)設(shè)計也是影響發(fā)光效率的重點

現(xiàn)今LED照明模塊設(shè)計的多著重在:電路、散熱、光學(xué)。LED相比傳統(tǒng)光源還是不夠亮,所以會設(shè)計多個 LED來符合規(guī)范,電路設(shè)計就必須要考慮到;LED的芯片發(fā)光會產(chǎn)生熱,大面積的LED若沒有適時的把熱散開會縮短壽命,所以散射設(shè)計也需要考慮。由于 LED與一般燈泡最大的“光學(xué)”差異在于LED的光具有指向性,所以選擇適當(dāng)發(fā)光角度的LED可以大大幫助設(shè)計;其次LED屬于冷光,發(fā)熱問題對光學(xué)設(shè)計來說沒有傳統(tǒng)燈泡嚴(yán)重,所以光學(xué)部分的體積可以縮小,甚至可選用怕熱的塑料組件。這并不是說熱的問題解決了,而是“熱”的問題可以與“光”分開,這也是為什么整個照明模塊也需要重新設(shè)計的原因。傳統(tǒng)燈泡由于會產(chǎn)生紅外光譜,所以在產(chǎn)生光的同時也產(chǎn)生了熱,為了解決同時光熱問題,光學(xué)設(shè)計不是用金屬(可導(dǎo)熱)做成的反射片,就是用玻璃(不怕熱)來設(shè)計透鏡。LED的熱問題是從芯片產(chǎn)生的,所以散熱的機(jī)制是在LED上而不是在光學(xué)組件上,所以材料的選用也更有彈性。材料的彈性變大,加上開發(fā)時程的縮短與LED種類更多元后,光學(xué)設(shè)計就變成了傳統(tǒng)照明產(chǎn)業(yè)的困擾了。

不同于背光模塊,背光模塊的光學(xué)設(shè)計考慮主要是使用導(dǎo)光板將點光源借助破壞全反射來達(dá)成高均勻度的面光源;照明的運用,可以利用光線的會聚、發(fā)散、反射以及全反射等方式,將點光源擴(kuò)展成線光源及各種不同的配光曲線應(yīng)用。

固態(tài)照明安全性與產(chǎn)品壽命備受考驗

一些認(rèn)證方面的業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,對于LED照明設(shè)備,相比傳統(tǒng)燈具,其兩者安全上的差異主要可從兩個方面來看,一是溫度、一是電壓。溫度:傳統(tǒng)燈具和LED燈具因發(fā)熱點不同,其所衍生的安全考慮也不相同。以從最早被普遍使用的白熾燈與鹵素?zé)魹槔齺碚f,其大部分的電能是均以熱的形式散發(fā)出去,故在使用時會產(chǎn)生高熱,因而對人體使用上有燙傷的顧慮,而對周遭的可燃物則有引起火災(zāi)的危險,因此,此類傳統(tǒng)燈具在安規(guī)審核上會特別著重在量測燈具使用期間所產(chǎn)生的表面溫度。舉例來說,UL針對其高熱的特性,除衡量正常使用的溫度外,也會仿真進(jìn)行燈具在異常使用的情形,例如燈具貼近桌面或一片模擬的木質(zhì)墻面,觀察7小時看看是否會因燈具過熱而造成周遭可燃物起火燃燒的危險。

相比傳統(tǒng)燈具,LED燈具因為材料跟結(jié)構(gòu)的關(guān)系,不像白熾燈與鹵素?zé)魰诎l(fā)光處產(chǎn)生高熱,所以上述用在白熾燈與鹵素?zé)羯系漠惓y試就不適用于LED燈具,但LED燈具仍需要注意燈具其產(chǎn)生的表面溫度,只不過LED燈具所產(chǎn)生出來的熱會聚積在背面,為了要達(dá)到良好的散熱性,除了使用散熱片、散熱膏或?qū)峁苤,開散熱孔也是常見的做法之一。針對此,就UL會透過溫升測試去審核所有燈具產(chǎn)品的安全性。電壓:有別于一般的白熾燈與鹵素?zé)舻母邏狠斎,較易產(chǎn)生觸電的危險,而多數(shù)LED燈具是以低壓直流驅(qū)動,若在使用上需搭配安全低電壓的電源供應(yīng)器來供電,如美規(guī)安全電路(Class2Circuit),則可降低使用者觸電的傷害。

完整的測試方式 將帶來更完善的產(chǎn)品

目前市面上LED燈具與燈泡產(chǎn)品的安全驗證,UL除了考慮一般燈具與燈泡類產(chǎn)品的測試評估,如機(jī)械性測試,電氣性測試,溫升測試之外,另外針對 LED光源部分會額外再去考慮相匹配的電源供應(yīng)器及LED模塊的異常使用測試,相關(guān)測試項目及其安全考慮概簡略說明如下:

一、機(jī)械性測試 (MechanicalTests):一般主要是為了考慮產(chǎn)品在使用時,結(jié)構(gòu)受到外在一定程度的破壞時,對人身安全的影響有哪些,是否會傷害到人體.主要的測試項目包含以下幾項:1、針對塑料外殼的烤箱測試(MoldStress-ReliefDistortionTest):評估塑料在高溫時,是否會產(chǎn)生變形。2、摔落測試(DropImpactTest) or 或撞擊測試 (BallImpactTest):評估塑料在一定的外力碰撞下是否會被破壞,進(jìn)而造成帶電體外露的危險。3、電線的拉力測試 (StrainReliefTest):模擬燈具外部的電源線,確保在受到外力的狀態(tài)下,該拉力不會傳導(dǎo)且影響到燈具,造成內(nèi)用線或接點松脫。

二、電氣性測試 (ElectricalTests):考慮產(chǎn)品在使用時,會不會因負(fù)載過大的高電壓或是高電流造成漏電而傷害到人體,一般的測試項目包含以下幾項:1、耐壓測試 (DielectricVoltage-WithstandTest):評估負(fù)載過大時,燈具的絕緣強(qiáng)度是否足夠;另外在燈泡方面需進(jìn)行空電路板耐壓測試 (BarePWBDielectricVoltage- WithstandTest):評估PWB的走線,若因間距太小而無法符合標(biāo)準(zhǔn)要求時,采用此測試來判定該不足的間距是否會產(chǎn)生危險。2、泄漏電流測試(Leakage-CurrentTest):評估燈泡是否會有漏電危險,造成使用者不經(jīng)意觸碰下而產(chǎn)生電擊。3、組件破壞測試 (UnreliableComponentAbnormalTest):仿真單一電子組件被破壞時,觀察是否因電子組件的破壞而引發(fā)爆炸或起火的危險。

三、燈具與燈泡的溫升測試 (NormalTemperatureTest):則是考慮在正常操作狀況時,會不會有過熱的現(xiàn)象,而造成人體被燙傷或使建筑物發(fā)生起火的危險,其中燈泡的溫升測試,則是將燈泡安裝于崁箱中模擬最嚴(yán)酷的使用情況。因LED有別于一般傳統(tǒng)光源的特性,LED燈具所使用的電源供應(yīng)器及 LED模塊的評估就需要慎重考慮;驗證過的電源供應(yīng)器及LED的模塊應(yīng)用到燈具中,會先確認(rèn)是否為美規(guī)安全電路(Class2Circuit).除了考慮上列燈具的測試以外,針對LED光源的燈具,還必須額外評估以下測試:50W輸出功率量測測試 (50WPowerMeasurementTest):電源供應(yīng)器實際輸出到LED模塊的部分是否為低于50W的輸出功率。組件破壞測試(UnreliableComponent AbnormalTest):仿真單一電子組件被破壞時,觀察是否因電子組件的破壞而引發(fā)爆炸或起火的危險。.由于各式LED產(chǎn)品的用途及所使用的環(huán)境不同,實際的評估標(biāo)準(zhǔn)與測試項目,仍然需依產(chǎn)品實際用途及使用環(huán)境來決定。

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