2,LED冷冻食品照明 LED照明目前正大量应用于冷冻食品的照明,LED灯具及其他一些半导体器件都够有较高的发光效率,并且可长时间在较低温度下工作。而低效率的照明灯具,除了用于发光而消耗的能量外,其产生的大量散热也会需要冰箱系统来冷却,这会造成电量的浪费。 爱尔兰的Nualight公司表示,用合适的光源来照亮食物非常重要。目前零售食品照明市场的市值达到10亿美元。零售食品照明市场将会是一个很有前景的市场, Nualight公司在过去几年的年增长率均在100%以上。 Liam指出,到目前为止,关注较多的是制冷柜和冰箱配置的照明系统。希望LED在制冷柜的照明应用中取代荧光灯。 近年来,包括沃尔玛,乐购,克罗格和SUPERVALU在内的全球大型食品零售商,都在其冷冻食品柜中用LED取代荧光灯照明,节约能源高达70%。 3,LED光源在KTV房间中的应用 KTV包房灯是属于舞台灯光的一类,随着国内经济水平增长,人们的娱乐生活也越来越丰富,去酒吧KTV包房K歌是一种最常见的娱乐休闲方式,一般的KTV包房的室内装修都有个性化的需求,所以有很多KTV包房经营者会为了跟上时代的潮流,经常要对KTV包房局部或重新装修,由此也就催生了属于KTV包房专用的一类设备,KTV包房灯就属于KTV包房灯光音响一类。 KTV包房灯具特点:KTV包房灯具特点是由KTV包房本身的特点决定,一般的KTV包房每天都要连续营业12个小时左右,长时间的使用,对灯具的性能提出了很高的要求,所以KTV包房灯具必须要耐用。二是灯具图案和效果的个性化,很多KTV包房的设计都会在装修方面追求个性化,以此来引领潮流,吸引消费者。 4,地铁隧道照明 由于地铁常年在地下运行,对照明灯有很高的要求。它不仅要求节电、高亮度、长寿命,还必须保证不间断照明。然而,常用的白炽灯、日光灯、高压钠灯等都存在一定的缺陷,会出现一些难以避免的照明故障。 相比之下,LED拥有环保、节能、寿命长、光效高、无辐射等特点,延长使用寿命和大幅降低能耗。并且,LED抗震性强的特点非常适合地铁运营环境,可以做到六七年内不用更换,LED灯能效比普通荧光灯高出近50%。 因此,LED已经成为最佳的绿色照明灯具。地铁各车站采用LED灯,不仅可以节省大量电费,而且,还可以节省大量的维修费用。同时,也可确保照明质量。LED针对目前地铁照明系统存在的问题,提供了一种结构新颖、成本低、使用寿命长、节电效果好、可靠性高的地铁照明方案。 根据专家测算,虽然LED灯价格昂贵,但相当于普通荧光灯的50倍。一列车改造总费用高达5万元,但节省的电费和维修成本差不多三年能收回成本,因此有望在北京地铁大规模推广。据了解,ED又称半导体照明,是不同于普通节能灯的新一代照明技术。正在试验的G432列车,车厢内168支荧光灯将全部更换为LED灯。相对于荧光灯每支五六元的价格,新更换的LED照明灯市场单价高达300多元。目前的试验项目属国家“863”科技攻关内容,暂由厂商免费提供。 四,照明用LED封装发展趋势 1,COB封装 COB,在电子制造业里并不是一项新鲜的技术,是指直接将裸外延片黏贴在电路板上,并将导线/焊线直接焊接在PCB的镀金线路上,也是俗称中的打线(Wire bonding),再透过封胶的技术,有效的将IC制造过程中的封装步骤转移到电路板上直接组装。在LED产业中,由于现代科技产品越来越讲究轻薄与高可携性,此外,为了节省多颗LED芯片设计的系统板空间问题,在高功率LED系统需求中,便开发出直接将芯片黏贴于系统板的COB技术。 COB的优点在于:高成本效益、线路设计简单、节省系统板空间等,但亦存在着芯片整合亮度、色温调和与系统整合的技术门槛。以25W的LED为例,传统高功率25W的LED光源,须采用25颗1W的LED芯片封装成25颗LED元件,而COB封装是将25颗1W的LED芯片封装在单一芯片中,因此需要的二次光学透镜将从25片缩减为1片,有助于缩小光源面积、缩减材料、系统成本,进而可简化光源系二次光学设计并节省组装人力成本。此外,高功率COB封装仅需单颗高功率LED即可取代多颗1瓦(含)以上LED封装,促使产品体积更加轻薄短小。 3,AC LED 以高效节能、绿色环保、长寿命为特点的新兴LED照明技术如今正在加速发展,应用中的新技术、新方案也不断涌现。LED照明设计可结合光源特性,如光源指向性、冷光源及色彩变化等,必将将成为照明市场主流。近年来,随着 LED 在材料选取、晶粒制程、封装架构设计技术等方面的研究不断进步,一种新的交流发光二极管( AC LED )技术应运而生,通过一种新的思路,推动了 LED照明技术的实用化。 传统的LED是典型的低压直流器件,无法直接在我们日常照明使用的电源是高压交流(AC 100~220V)下使用,必须经过变压器或开关电源降压,然后将交流(AC)变换成直流(DC),再变换成直流恒流源,才能供LED光源使用。 因此在LED灯具里必然要有一定的空间来安置这个变换器,不利于照明灯具的设计和小型化。而且系统经过的变换环节,能量必然有一定量的损耗,DC LED在交流、直流之间转换时约15%~30%的电力被损耗,系统效率很难做到90%以上。如果能用交流(AC)直接驱动LED光源发光,系统应用方案将大大简化,系统效率将很轻松地达到90%以上。变换装置的存在造成了传统LED照明产品成本较高的重要因素,也成为制约LED光源产品寿命的瓶颈,无法体现LED长寿命的特点。 AC LED是相对于传统的DC LED来说,无须经过AC/DC转换,可直接插电于220V(或110V) 交流电使用的 LED 照明技术。AC LED光源的技术关键是LED晶粒在封装时的特殊排列组合技术,同时利用LED PN结的二极管特性兼作整流,通过半导体制作工艺将多个晶粒集成在一个单芯片上,即高功率单晶粒(single power chip)LED 技术,并采用交错的矩阵式排列工艺组成桥式电路,使AC电流可双向导通,实现发光。晶粒的排列如图1所示,左图是AC LED晶粒采用交错的矩阵式排列示意图,右小图是实际AC LED晶粒排列照片,AC LED晶粒在接上交流后通体发光,因此只需要二根引线导入交流源即能发光工作。
图1 AC LED晶粒封装示意图 AC LED光源的工作原理如图2所示,由LED微晶粒采用交错的矩阵式排列工艺组成5个桥臂,组成类似一个整流桥,整流桥的两端分别联接交流源,另两端联接一组LED晶粒,交流的正半周沿实线流动,3个桥臂的LED晶粒发光,负半周沿虚线流动,又有3个桥臂的LED晶粒发光,四个桥臂上的LED晶粒轮番发光,相对桥臂上的LED晶粒同时发光,中间桥臂的LED晶粒因共用而一直在发光。
图2 AC LED光源的工作原理 在50Hz(60Hz)的交流中会以每秒50(60)次的频率轮替点亮。整流桥取得的直流是脉动直流,LED的发光也是闪动的,LED有断电余辉续光的特性,余辉可保持几十微秒,而人眼对流动光点记忆是有惰性的,所以感觉不到光的闪动。LED有一半时间在工作,所以发热得以减少40%~20%。其使用寿命较DC LED长。 AC LED不仅可以用在各种场合的照明,还可以用于液晶显示屏的背光照明。其在照明上的一个典型应用原理图如图5所示,在AC LED两端分别串入正温度系数热敏电阻PTC,和限流电阻R1、R2、R3,接上110V或220V交流即可进入照明工作。相对传统的DC LED,无须降压整流装置,大大简化了实际应用,提高了效率和可靠性。 图5 AC LED的典型应用电原理图 AC LED刚刚起步,现阶段仍有两个缺点,一是发光效率并没有DC LED高。二是AC LED有触电的风险。因为AC LED直接连接高压电网,如果采用金属鳍片散热,容易发生触电危险,需要研究新的间接散热方案,比如充液LED固态照明灯具等。 目前AC LED在发光亮度、功率等方面还不够理想,但AC LED的应用简便、无需变压转换器和恒流源,以及低成本、高效率已显现强大的生命力。AC LED的技术在飞跃发展,可以设想在不久的将来,高亮度、大功率、低成本的产品将大量面世,更绿色、更环保为我们这个世界提供光明。 4,新型荧光粉的开发 YAG:Ce3+是最早被广泛应用于白光LED技术中的一种荧光粉,但是由于其发射光谱中红色成分较少,难以获得较高显色指数和低色温的白光LED;另一方面,半导体照明的持续发展推动人们开发出更高转化效率的荧光粉。早期,通过在YAG:Ce3+中加入(Ca,Sr)S:Eu2+、(Ca,Sr)Ga2S4:Eu2+红绿色荧光粉来实现高显色指数、低色温的要求,但是由于这类碱土金属硫化物物理化学性质不稳定、易潮解、挥发和具有腐蚀性等问题,不能满足LED照明产业的需求。近来,人们开发了一种热稳定性和化学稳定性优异的红色荧光粉,能完全替代碱土金属硫化物实现高显色指数、低色温白光LED,因其具有硅氮(氧)四面体结构,被称为氮氧化物,具有更高的激发效率。 当前,国外公司在LED用荧光粉方面技术成熟,且持有大部分重要专利。他们通过对荧光粉专利的把持而占领LED市场,YAG:Ce3+荧光粉的专利主要由Nichia占有[U.S.5998925],Osram则占据了Tb3Al5O12: Ce3+的荧光粉专利[U.S. 6812500, 6060861,65276930],TG、LWB和Tridonic持有掺Eu2+(SrBaCa)2SiO4Si:Al,B,P,Ge的专利[U.S.6809347],Intematix持有掺Eu2+(SrBaMg)2SiO4O:F,Cl,N,S的专利[U.S.20060027781, 200627785,200628122].反观国内,LED用荧光粉方面的研究大多集中在科研院所,主要是对现有荧光粉材料的合成和发光等物性的研究上,而在产业化技术的开发上做的不够。 5,白光LED光学新模型的建立 荧光粉应用于白光LED,还需根据LED的具体需求而定,诸如荧光粉的颗粒大小等等。对荧光粉的研究主要集中在荧光粉的光学性质对白光led封装性能的影响,例如取光效率、颜色空间分布以及光色质量上面。在这些研究中,采用蒙特卡洛光线追迹的方法利用光学软件模拟LED封装结构的光学性能,将荧光粉层处理成Mie散射材料,这样能够通过光学模拟获得白光LED的激发和发射特性,但是模拟没有考虑到荧光粉具体的散射特性,缺少实验验证。 6,新型荧光粉涂覆方式 7,大电流注入及散热结构 为了满足通用照明高光通量的需求,人们提高了单颗芯片的驱动功率,以往1W的大功率芯片被注入到3W、5W,甚至更高。这使得白光LED的热问题越来越严重,人们采用各种散热技术,如热管、微热管、水冷、风冷等方法对LED实施散热。 |
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