Tehnička podrška potrebna za razvoj LED dioda velike snage u unutarnjoj rasvjeti
1. Poslovne mogućnosti na tržištu LED rasvjete unijele su beskrajnu maštu u industriju. Aplikacije LED rasvjete su u prošlosti skočile sa LED na otvorenom na aplikacije za unutrašnju rasvjetu. Prema Strategies Unlimited, razvoj LED unutrašnje rasvjete imat će eksponencijalni trend rasta u sljedećih pet godina. Prema procjenama, do 2011. njegova će proizvodna vrijednost doseći desetine milijardi dolara. Posebno je 2009. godine Europska unija preuzela vodstvo u provedbi plana o zabrani žarulja sa žarnom niti, a pitanja uštede energije privukla su veliku pozornost, stvarajući velike tržišne mogućnosti i optimistične izglede za LED unutarnju rasvjetu. U nastavku se analizira razvoj LED dioda velike snage u oblasti unutrašnjeg osvetljenja iz potreba tehnologije svetiljki, poput tehnologije odvođenja toplote, optičkog dizajna i dizajna pogona.
Razvoj LED rasvete velike snage Razvoj LED rasvete velike snage zavisi od dva glavna elementa: jedan je sam čip; drugi je tehnologija lampe, uključujući rasipanje topline, optiku i vožnju.
2 Podrška za čipove
Trenutno ključ razvoja tehnologije LED čipova leži u materijalu podloge i epitaksijalnoj tehnologiji rasta. Osnovni materijal razvio se od tradicionalnih safirnih materijala, silicija i silicijevog karbida do novih materijala poput cinkovog oksida i galijevog nitrida. Bilo da se radi o čipovima velike snage za naglašeno osvjetljenje i cjelokupno osvjetljenje, ili čipovima male snage za dekorativno osvjetljenje i nekim jednostavnim pomoćnim osvjetljenjem, ključ tehnološke nadogradnje je kako razviti efikasnije i stabilnije čipove. U samo nekoliko godina, uz pomoć niza tehnoloških poboljšanja, uključujući strukturu čipova, tretman za grubljenje površine i dizajn višekvantne strukture bušotine, LED je postigao ogroman napredak u svjetlosnoj efikasnosti. Slika 1 je shematski dijagram razvoja strukture LED čipa. S postupnim sazrijevanjem proizvodne tehnologije, kvantna efikasnost LED dioda će se dodatno poboljšati, a poboljšat će se i svjetlosna efikasnost LED čipova.
Tehnologija tankoslojnih čipova osnovna je tehnologija u proizvodnji ultra svijetlih LED čipova koji mogu smanjiti gubitak svjetlosne snage sa svih strana i mogu koristiti reflektirajuću površinu na dnu kako bi napravili više od 97% svjetlosnog izlaza sprijeda (vidi sliku 2). Ovo ne samo da značajno poboljšava svjetlosnu efikasnost LED -a, već stvara i vrhunske pogodne uslove za dizajn objektiva.
3 Potreba za tehnologijom rasvjete
3.1 Tehnologija odvođenja topline
Javnost je uvijek bila zabrinuta zbog vijeka trajanja lampi i fenjera. Ako se samo oslanjanjem na upotrebu LED komponenti sa niskim toplinskim otporom ne može izgraditi dobar sistem za odvođenje topline za uređaj rasvjete, a toplinski otpor od PN čvora prema okolnom okruženju mora se učinkovito smanjiti, kako bi se PN čvor uvelike smanjio temperaturu LED diode, a uspješna praksa produžuje vijek trajanja LED svjetiljki i cilj povećanja stvarnog svjetlosnog toka. Za razliku od običnih tradicionalnih svjetiljki, štampana ploča nije samo nosilac napajanja LED diode, već je i nosilac toplotne energije LED diode, pa je dizajn rasipanja topline hladnjaka i štampane ploče vrlo važan. Osim toga, proizvođač svjetiljki mora uzeti u obzir i faktore poput kvalitete, debljine i veličine materijala za odvođenje topline, kao i obradu i povezivanje sučelja za odvođenje topline.
3.2 Optički dizajn
U usporedbi s tradicionalnim svjetiljkama, usmjerenost i tačkasti izvor svjetlosti dvije su najtipičnije karakteristike LED dioda, a kako dobro iskoristiti ove dvije karakteristike LED dioda ključ je optičkog dizajna svjetiljki.
Zahvaljujući dvostrukom optičkom dizajnu LED, LED lampe mogu postići bolju krivulju raspodjele svjetlosti. Na primjer, u aplikacijama za unutrašnje osvjetljenje, svjetlo svjetiljki mora biti jako jako, a sjenila sa visokim propuštanjem svjetlosti mogu se koristiti za poboljšanje efikasnosti ekstrakcije svjetlosti. Ili primijenite tehnologiju svjetlosne ploče na lampe, mijenjajući na taj način LED svjetlosni izvor svjetla na površinski izvor svjetlosti, što ne samo da može poboljšati ujednačenost raspodjele svjetlosti lampe, već i spriječiti blještanje. Osim toga, u nekim aplikacijama pomoćne rasvjete i naglašene rasvjete, kako bi se istaknuo objekt koji treba osvijetliti, potreban je određeni efekt kondenzacije. U ovom slučaju, može se koristiti s nekim kondenzacijskim lećama ili reflektorima za postizanje idealnog optičkog efekta. .
3.3 Dizajn pogona
Mora se osigurati da je LED pogonska struja konstantna izlazna struja. Kada LED radi pod direktnom strujom, relativna promjena napona čvora je vrlo mala. Stoga je osiguravanje konstantne LED pogonske struje u osnovi ekvivalentno osiguravanju konstantne LED izlazne struje. Osim toga, dizajn upravljanja rasvjetom jedan je od aktuelnih glavnih dizajna pogona. Najviše se koristi u aplikacijama ambijentalnog osvjetljenja. Može postići različite nivoe svjetline u skladu s različitim okruženjima i potpuno postići ciljeve uštede energije. Trenutno se glavni trend dizajna pogona fokusira na poboljšanje faktora snage, smanjenje potrošnje energije pogona, optimiziranje točnosti upravljanja i ubrzanje brzine odziva. U procesu projektiranja, dizajn napajanja, izgled štampane ploče i serijski paralelna veza su svi faktori koji se moraju uzeti u obzir.
4 Tehnički izazovi LED rasvjete velike snage
Iako su se LED diode zadovoljavajuće pokazale u zatvorenoj i dekorativnoj rasvjeti, i dalje se suočavaju s mnogim izazovima u općoj primjeni i ambijentalnoj rasvjeti, uključujući početne troškove, svjetlosnu efikasnost pri niskim temperaturama boje, indeks prikazivanja boje i pouzdanost sistema itd.
4.1 Dodatno smanjiti početne troškove kupovine
Troškovi su relativno osjetljiv faktor u unutrašnjoj rasvjeti, posebno u aplikacijama za kućnu rasvjetu. Iako je sve više modela LED svjetala i svjetlosna efikasnost se stalno poboljšava, problem visokih cijena i dalje postoji. Međutim, kada se smanji cijena LED izvora svjetlosti i optimizira cjelokupni dizajn sistema, ukupni troškovi će neizbježno pasti. Podsjetimo, kada je kompaktna fluorescentna svjetiljka koja štedi energiju prvi put stavljena na tržište, cijena je iznosila oko 15 USD, ali je sada pala na manje od 1,50 USD. Stoga se može zaključiti da će s kontinuiranim razvojem tržišta cijena LED svjetiljki uskoro doseći nivo prihvatljiv za javnost.
4.2 Poboljšajte svjetlosni efekt pri niskoj temperaturi boje
Niska temperatura boje ispod 4.000K obično je prvi izbor za unutarnje osvjetljenje kuće. Toplo bijelo svjetlo čini cijelo okruženje toplijim i opuštajućim; dok hladno bijelo svjetlo daje ljudima čist, efikasan i svijetao osjećaj, koji je prikladniji za uredsko i vanjsko osvjetljenje. Zbog fosfora, svjetlosna efikasnost LED -a pri niskoj temperaturi boje obično je oko 30% niža od one pri visokoj temperaturi boje.
4.3 Upravljanje svjetlosnom efikasnošću i indeksom prikazivanja boje
Općenito, što je veća svjetlosna efikasnost LED -a, niži je indeks reprodukcije boje. Unutrašnje osvjetljenje obično zahtijeva da LED diode imaju veći indeks prikazivanja boja kako bi objektivno prikazale svjetlinu i boju objekata i postigle pravi efekat direktnog posmatranja vanjskog krajolika golim okom. Iz tog razloga, uz poboljšanje svjetlosne efikasnosti LED dioda, potrebno je i dodatno povećati indeks prikazivanja boje. Druga metoda je dodavanje malo crvenog svjetla na površinu svjetiljke, kako bi se postigao učinak indeksa reprodukcije boje iznad 90.
4.4 Poboljšati efikasnost tokom vožnje sa visokom strujom
Trenutno je obično moguće povećati struju 1W LED sa 350mA na 1.000mA. Međutim, pri jakoj struji, čak i ako se svjetlosni tok poveća, ukupne performanse će se obično relativno značajno smanjiti. Stoga se ukupni troškovi sistema i svjetlosna efikasnost moraju uravnotežiti. Ako se svjetlosna efikasnost LED dioda može poboljšati pod snažnom strujom, sve dok se može osigurati veća svjetlosna efikasnost sistema, broj potrebnih LED dioda može se značajno smanjiti, čime se značajno smanjuju troškovi.
4.5 Dodatno smanjiti veličinu pakovanja LED dioda
Osim zaštite okoliša, uštede energije i zaštite od zagađenja, unutarnje LED diode također imaju karakteristike umjetnosti, male veličine i individualnosti. Daljnjim smanjenjem veličine LED pakovanja, dizajn lampe može biti fleksibilniji i inovativniji. Za aplikacije koje zahtijevaju mješovito osvjetljenje za poboljšanje prikazivanja boja, manja veličina pakovanja je od velike pomoći pri realizaciji dizajna objektiva sa miješanim svjetlom i miješanog svjetlosnog efekta.
4.6 Produžite vijek trajanja i poboljšajte pouzdanost sistema
U općim aplikacijama za osvjetljenje, opća efikasnost, vijek trajanja i pouzdanost LED dioda moraju se poboljšati optimizacijom sistema. Sastavljanje sistema tradicionalnih svjetiljki relativno je jednostavno, dok sistem LED rasvjete uključuje više komponenti, kao što je prikazano na slici 3.
LED izvor svjetla: kompaktan, efikasan, s različitim bojama i izlaznom snagom na izbor.
Pretvaranje napajanja: Efikasno pretvorite izmjenične, baterijske i druge izvore napajanja u sigurne niskonaponske izvore napajanja konstantne struje.
Upravljanje i pogon: Koristite elektronička kola za postizanje pogona konstantne struje i kontrolu LED dioda.
Upravljanje toplinom: Da bi se postigao duži vijek trajanja, vrlo je važno kontrolirati temperaturu LED čvorova, a analiza rasipanja topline je također neophodna.
Optičke komponente: Materijali leća, reflektora ili svjetlosnih vodilica neophodni su optički sastavni dijelovi za fokusiranje svjetla na ciljano područje.
5 Uvod u LED izvore svjetla koji se koriste u unutrašnjoj rasvjeti
Kao što je gore spomenuto, male veličine i visoka efikasnost važna su pitanja pri odabiru LED -a kao izvora svjetlosti. OSLON SSL LED je najnoviji proizvod Osram Opto Semiconductors, a njegova snaga je oko 1W. Kao što je prikazano na slici 4, ova LED dioda je uglavnom dizajnirana za opću unutrašnju rasvjetu. Ima malu veličinu i veličinu pakovanja od samo 3 mm x 3 mm. Ima stabilne i pouzdane performanse i odličnu svjetlosnu efikasnost. Maksimalna svetlosna efikasnost prelazi 100lm/w. Čak i pod velikom strujom, može održavati odličnu svjetlosnu efikasnost, čime se efikasno smanjuju ukupni troškovi lampe. Izuzetno je visoka pouzdanost i kut snopa od 80 °, pa može glatko projicirati svjetlost na vanjsko sočivo. Ova LED dioda je takođe idealan izvor svjetla za unutrašnje reflektore, stolne lampe i stropne reflektore.
Budući da ova LED dioda može učinkovito podnijeti velike struje, može pomoći potrošačima u stvaranju rješenja za rasvjetu koja izuzetno štede energiju i troškove. S tim u vezi, OSLON SSL LED ima sve karakteristike da postane&zelen &; izvor svetlosti u budućnosti. Toplinski otpor ove LED diode je čak 7K/W, upravljanje rasipanjem topline je jednostavnije, a njegov kompaktni oblik omogućava dizajnerima da fleksibilnije stvaraju složena i sofisticirana rješenja osvjetljenja. Ako trebate pričekati drugo jako svjetlo, možete ga koristiti s nekim svjetiljkama. Osim verzije ultra-bijelog svjetla (temperatura boje 5.700 ~ 6.500K), postoje i verzija srednje bijelog svjetla i toplo bijela svjetlost (temperatura boje 2.700 ~ 4.500K)
OSLON SSL LED je proizveden po najnovijoj tehnologiji čipova kako bi se osigurala izuzetno visoka svjetlosna efikasnost. Glavni parametri OSLON SSL LED prikazani su u Tabeli 1. Trenutno, kada je radna struja 350mA, tipična svjetlina ultra bijele svjetlosti (temperatura boje 5.700K i 6.500K) izvora svjetla je visoka do 110lm, a najveći svjetlosni tok je 130lm. Kada je radna struja 350mA i temperatura boje 3.000K, tipična svjetlosna efikasnost može doseći 75lm/W, a svjetlina može doseći 85lm. Kada je radna struja 700 mA (toplo bijelo svjetlo), svjetlina je čak 155 lm, što može smanjiti cijenu po lumenu i održati izuzetno visoku svjetlosnu efikasnost. Čak i mali broj LED dioda može postići visoke standarde osvjetljenja.
Na primjer, samo je sedam OSLON SSL LED dioda potrebno za izradu LED reflektora od oko 15 W (vidi sliku 5). Kada je pogonska struja 700mA, svjetlina LED lampe može doseći gotovo 1.400lm, a veličina je vrlo mala. Zahvaljujući kutu snopa od 80 °, kada je opremljen reflektorom ili sočivom, svjetlosna efikasnost je i dalje vrlo visoka. Čak i uzimajući u obzir rasipanje topline i gubitak svjetlosti, konačni svjetlosni tok lampe može premašiti 1.000 lm. Osim toga, kada je potrebna drugačija temperatura boje ili indeks prikazivanja boje, samo nekoliko od ovih sedam LED dioda mora se zamijeniti toplo bijelim ili drugim jednobojnim OSLON SSL LED diodama. Na ovaj način se može postići bilo koja temperatura boje ili viši prikaz boje, a fleksibilnost dizajna LED lampe je uvelike povećana.
Naglim razvojem LED tehnologije i postupnim poboljšanjem efikasnosti LED svjetla, LED aplikacije postat će sve opsežnije. Posebno sa sve ozbiljnijim problemom globalne nestašice energije, ljudi sve više obraćaju pažnju na razvoj LED -a na tržištu rasvjete. LED će biti potencijalni izvor svjetla za zamjenu žarulja sa žarnom niti, volframovih i fluorescentnih svjetiljki. Osim toga, što se tiče dizajna unutarnje rasvjete, LED diode će biti štedljive, humane i umjetničke.
OSLON SSL LED zadovoljava različite zahtjeve unutarnje rasvjete: ne samo da je veličina pakovanja samo 3 mm x 3 mm, već su i performanse stabilne i pouzdane; njegova maksimalna svjetlosna efikasnost prelazi 100lm/w i može održavati odličnu svjetlosnu efikasnost čak i pri velikim strujama. , Time se efikasno smanjuju ukupni troškovi lampe; osim toga, zbog kuta snopa od 80 °, može glatko projicirati svjetlost na vanjsko sočivo ili reflektor.
