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光學設計趨向LED技術

Date:2014-06-10 16:07:44

    LED照明市場商機巨大,發展空間廣闊。LED照明燈具應用已經從過去室外景觀照明LED發展向室內照明應用。據分析未來五年內LED室內照明的發展將有指數型增長趨勢。2011年其產值將高達數百億美元。尤其是2009年歐盟率先實施禁用白熾燈計劃,以及節能議題備受關注,造就了LED室內照明巨大的市場機遇和樂觀的前景。
    高功率LED照明燈具的發展取決于兩大元素:一是芯片本身;二是燈具技術,包含散熱、光學、驅動。首先是芯片,目前,LED芯片技術發展的關鍵在于基底材料和外延生長技術?;撞牧嫌蓚鹘y的藍寶石材料、硅和碳化硅,發展到氧化鋅、氮化鎵等新材料。無論是面向重點照明和整體照明的高功率芯片,還是用于裝飾照明和一些簡單的輔助照明的低功率芯片,技術升級的關鍵都關乎如何開發出更高效、更穩定的芯片。在短短數年內,借助于包括芯片結構、表面粗化處理和多量子阱結構設計在內的一系列技術改進,LED在光效方面實現了巨大突破。薄膜芯片技術是超亮LED芯片生產中的核心技術,能夠減少各側面的光輸出損耗,并能借助底部的反射面使97%以上的光線從正面輸出。這不僅顯著提高LED的光效,還為透鏡設計創造了優越的便利條件。
    其實從LED照明燈具的發展以來人們一直關注它的使用壽命,若僅僅依靠使用低熱阻的LED元件是未能為燈具裝置構建良好的散熱系統,而必須有效地減小從PN節點到周圍環境的熱阻,才能大大降低LED的PN節點溫度,而成功實踐延長LED燈具的使用壽命并提高實際光通量的目標。別于一般傳統燈具,印刷電路板既是LED的供電載體,也是LED的散熱載體,所以散熱片和印刷電路板的散熱設計十分重要。除此之外,燈具制造商還須考慮散熱材料的質量、厚度和尺寸以及散熱界面的處理和連接等因素。
    LED照明燈具的光學設計方面,與傳統燈具比較,定向性和點光源是LED最典型的特點也是燈具光學設計的關鍵之處。通過LED的二元光學設計,LED燈具能達到更好的配光曲線。正如目前LED照明燈具發展應用市場最大的室內照明的光線需要十分的明亮,則可使用高透光率燈罩提高光提取效率?;蚴菍Ч獍寮夹g應用到燈具中,從而將LED點光源更改為面光源,不但能提高燈具的配光均勻度,還可以防止眩光。也可以配合一些聚光透鏡或反射器使用來突出照亮的物體的聚光效果實現實理想的光學效果。
高功率LED照明的技術挑戰,即使LED在室內重點照明和裝飾照明應用中已有令人滿意的表現,但是在普通照明和氛圍照明應用中仍然面臨許多挑戰,包括初置成本、色溫較低時的光效、顯色指數和系統可靠性等。成本是室內照明中相對比較敏感的因素,特別是在家居照明應用中。盡管LED燈型號越來越多,光效也在不斷提高,但是價格高這個問題仍然存在。但是當LED光源價格降低,系統設計的整體優化,總成本就必然下降。
    LED燈具提高低色溫時的光效4000K以下的低色溫通常是室內家居照明的首選。暖白光令整個環境更加溫暖和放松;而冷白光則給人潔凈、高效、明亮的感覺,較適用于辦公室和室外照明。LED燈具的延長使用壽命、提高系統可靠性。在一般照明應用中,LED的整體效率、使用壽命和可靠性必須通過系統優化才能得以提升。LED光源:緊湊、高效,有多種顏色和輸出功率可供選擇。電源轉換:將交流電、電池和其他電源高效轉換為安全的低電壓、恒流電源??刂坪万寗樱菏褂秒娮与娐穼崿FLED的恒流驅動和控制。熱管理:若要達到更長的使用壽命,控制LED節點溫度顯得十分重要,散熱分析也不可或缺。光學元件:透鏡、反射器或導光板材料是將光線聚焦在目標區域必需的光學元件。
    隨著LED技術的快速發展以及LED光效的逐步提高,LED的應用將越來越廣泛。特別是隨著全球性能源短缺問題的日益嚴重,人們越來越關注LED在照明市場的發展前景,LED將是取代白熾燈、鎢絲燈和熒光燈的潛力光源。此外,在室內燈具設計方面,LED將趨向節能化、人性化和藝術化。

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