高亮度LED照明应用开发的技术挑 战分析.doc

高亮度LED照明应用开发的技术挑 战分析2011/1/24/9:34来源:OFweek半导体照明网型发光效能持续提升，为了达到高亮度的要求，也让单一组件的功率增加 不少，尤其是随Zrfo来的运行高热状况，很可能就因为高热问题，使组件的光衰 或寿命相对减低，而在组件方面若能在前段制程就考虑散热需求，要比从外在条 件进行散热设计要来得更有效率，也能可持续发展更高功率、高亮度的LED组件 因应口常照明应用这几年下來，环保议题持续升温,让各种用电的现况出现极大的改变，终端 电器就有多项极大的变革，像是CRT电视被LCDTV取代，甚至是大量耗能的口炽 灯，也成为各国相继禁用的光源因为观察全球19%电能耗用都是用于照明应用中，若可在日常照明导入节能 灯具,对于全球的能涯消耗可能产生显着的节约成效，因此，各国政府为了打造 更环保的国家形象，也积极透过政策、法规与产业朝照明节能化应用方向发 展，而利用原有的LED或是CCFL新式光源设计来取代传统光源，进行日常照明 应用，也成为照明产业的重要发展趋势传统光源应用现况多数实际应用场合中，仍须大量的高效能、高亮度光源，例如，路灯、卖场 照明、商店照明等，需高效能、高亮度的灯具设施，大多采高强度的气体放电式 灯具(High-intensity discharge;HID)或卤素灯，以达到高亮度、高照度的应用 需求;而在卖场、店家的长吋间需求，多半选用荧光灯管(Compact Fluorescent Lamp; CFL);住宅多仍大量使用白炽灯、荧光灯(CFL),或以省电诉求的新式省电 灯泡。

在众多实际应用场合中，耗能最高、效率最差的光源应以白炽灯为主，因 为应用时会让大量电能转换成无用的热，也会让灯具寿命因此降低以具体光源应用观察，日常照明市场所涵盖应用领域相当广，包含建筑物照 明、标志、景观照明、零售、信号灯、街道照明和住宅照明等若要讨论节能的 效益，就必需针对现有的灯具提出科学化的预估的方法，例如以输入功率比与实 际输出流明进行效能衡量，H前也多实行每瓦流明数进行预估基准(或能源效率 efficacy 预估不同照明方案能源效率差距大以现有的照明应用观察，白炽灯照明方案的能源效率最差，例如，m eow 白炽灯进行照名实，能源效率约为1 Olm/w,相较CFL荧光灯具的能源效率就可 达501m/Wo 一支100WHTD可具有801 m/W,相当于产生8, 000流明亮度OFweek半导体照明网：LED发光效能持续提升，为了达到高亮度的要求，也 让单一组件的功率增加不少，尤其是随之而来的运行高热状况，很可能就因为高 热问题，使组件的光衰或寿命相对减低，而在组件方面若能在前段制程就考虑散 热需求，要比从外在条件进行散热设计要来得更有效率，也能可持续发展更高功 率、高亮度的LED组件因应口常照明应用。

这几年下来，环保议题持续升温，让各种用电的现况岀现极大的改变，终端 电器就有多项极大的变革，像是CRT电视被LCDTV取代，甚至是大量耗能的白炽 灯，也成为各国相继禁用的光源因为观察全球19%电能耗用都是用于照明应用中，若可在日常照明导入节能 灯具，对于全球的能源消耗可能产生显着的节约成效，因此，各国政府为了打造 更环保的国家形象，也积极透过政策、法规与产业朝照明节能化应用方向发 展，血利用原有的LED或是CCFL新式光源设计来取代传统光源，进行H常照明 应用，也成为照明产业的重要发展趋势传统光源应用现况多数实际应用场合中，仍须大量的高效能、高亮度光源，例如，路灯、卖场 照明、商店照明等，需高效能、高亮度的灯具设施，大多采高强度的气体放电式 灯具(High-intensitydischarge;HID)或卤素灯，以达到高亮度、高照度的应用 需求;而在卖场、店家的长吋间需求，多半选用荧光灯管(CompactFluorescentLamp;CFL);住宅多仍大量使用白炽灯、荧光灯(CFL),或以 省电诉求的新式省电灯泡在众多实际应用场合中，耗能最高、效率最差的光源 应以白炽灯为主，因为应用时会让大量电能转换成无用的热，也会让灯具寿命因 此降低。

以具体光源应用观察，日常照明市场所涵盖应用领域相半广，包含建筑物照 明、标志、景观照明、零售、信号灯、街道照明和住宅照明等若要讨论节能的 效益，就必需针对现有的灯具提出科学化的预估的方法，例如以输入功率比与实 际输出流明进行效能衡量，FI前也多实行每瓦流明数进行预估基准(或能源效率 efficacy 预估不同照明方案能源效率差距大以现有的照明应用观察，白炽灯照明方案的能源效率最差，例如，用60W 白炽灯进行照名实，能源效率约为101m/W,相较CFL荧光灯具的能源效率就可 达501m/Wo 一支1OOWHID可具有801m/W,相当于产生8, 000流明亮度LED光源效能与实用性大幅提升LED的特质在于本身就是1个电子零组件,与气体放电式的HID灯具、CFL 荧光灯具这类光源，必需以玻璃容器内置高压气体的体积相对更小，不需内填有 毒元素，组件本身就设有金属接点，并可焊接安装在任意表面上，便利性和当高LED具备未来光源多项优势，其中节能效益是最受业者关注的重点以往LED因当时技术受限，在亮度无法有效提升，多用于指示性用途的辅助 光源，但现在以白光LED为例子，制作方式早已大幅改善，例如，透过高效能蓝 光LED镀磷产生近似白光的发光效果，同时大幅提升单一组件的亮度输出，H前 白光LED在能源效率己有大幅进展，色温表现4, 500〜6, 000k下，在实验室的测 试数据已可达到超越2001m/W的高效能表现。

LED属于固态光源组件，在组件的硬度、强度较高，不会如同传统光源因为 主要由玻璃制成，会出现怕摔、不耐撞击问题，也可搭配不同荧光粉设计或搭配 构型设计，产制各种不同特性的光源效果，整体组件亦不含汞，同时具备超过 50, 000小吋寿命周期，LED寿命较仅能运作1, 000小吋的白炽灯要高更多导入生活应用仍有关键问题待克服由于LED在原器件的物理特性差异，制作光源系统的观念则与传统设计大不 相同，需要有更多方面的技术与专业辅助LED灯泡型设计在空间相对紧凑，如何做到相关电路整合，必需靠整合芯片 达成设计H标1、 光学设计LED光源属于高效率的点光源，这种过于集小的光源，在传统应用会有相当多的 问题，例如，若当台灯用会造成近距离的光型不够匀称，即便LED具备宽广的色 彩调控弹性，能源效率表现也相半不错，但在生活用照明应用时就会影响使用观 感，点光源必须透过光学透镜或机构设计（透镜、导光素材）来产生近似传统灯具 的光型表现，会增加灯具成本，在紧凑的构型设计中较难突破光学的物理特性2、 散热设计同样的，延续LED组件本身是点光源的限制，组件在发光时产生的温度会过 度集中在单点之上，若没有效处理散热，会致使组件出现烧融，甚至缩短使用寿 命！除了组件本身需针对散热强化设计，例如，透过芯片打金线或是载板的设计 技术进行改善，达到自体散热设计，即便如此，热源仍会出现有过度集中在灯具 点状位置的状况，如何透过外部组件的主动散热与被动散热设计，去改善结点温 度控制的处理能力，这就成为相关灯具设计的技术差距。

3、驱动与控制电路设计实际应用时，LED驱动发光仍需要大量电子电路进行辅助，才能达到高效率 的H的，但对于一般白炽灯的调光设计，如果也想在新式LED光源上实现，这就 必须透过DC直流供电控制进行供电调整，这吋若同吋考虑能耗与用电效率，会 让驱动的电子电路复杂度大幅提升，就的设计很采取大量独立组件造成系统的离 散设计问题，让整体省下来的电能反倒在相关电路被消耗掉了H前己有组件厂商采取单芯片的可调光控制IC设计，让灯具业者不用重新 开发不同灯具的配合电路，运用现成的解决方案就能达到兼具对比旧式光源的操 作体验，也可达到更高效能的节能效益E27型式的LED节能灯泡，功耗仅6瓦4、电源转换电路设计LED-般都使采取DC直流驱动，但ACLED在实际应用场合，有更多的应用 弹性与优势，因此也是发展LED光源和当重要的一大趋势!尤其是一般生活电力 来源均为AC电力，若要快速让LED光源普及于生活应用，发展AC设计的LED 产品，是相关应用快速成长的应用关键。