【導(dǎo)讀】:觀察全球19%電能耗用都是用于照明應(yīng)用中,若可在日常照明導(dǎo)入節(jié)能燈具,對(duì)于全球的能源消耗可能產(chǎn)生顯著的節(jié)約成效,因此,各國(guó)政府為了打造更環(huán)保的國(guó)家形象,也積極透過(guò)政策、法規(guī)與產(chǎn)業(yè)輔導(dǎo)朝照明節(jié)能化應(yīng)用方向發(fā)展,而利用原有的LED或是CCFL新式光源設(shè)計(jì)來(lái)取代傳統(tǒng)光源,進(jìn)行日常照明應(yīng)用,也成為照明產(chǎn)業(yè)重要發(fā)展趨勢(shì)。
LED發(fā)光效能持續(xù)提升,為了達(dá)到高亮度的要求,也讓單一組件的功率增加不少,尤其是隨之而來(lái)的運(yùn)行高熱狀況,很可能就因?yàn)楦邿釂?wèn)題,使組件的光衰或壽命相對(duì)減低,而在組件方面若能在前段制程就考慮散熱需求,要比從外在條件進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)要來(lái)得更有效率,也能可持續(xù)發(fā)展更高功率、高亮度的LED組件因應(yīng)日常照明應(yīng)用。
這幾年下來(lái),環(huán)保議題持續(xù)升溫,讓各種用電的現(xiàn)況出現(xiàn)極大的改變,終端電器就有多項(xiàng)極大的變革,像是CRT電視被LCDTV取代,甚至是大量耗能的白熾燈,也成為各國(guó)相繼禁用的光源。
因?yàn)橛^察全球19%電能耗用都是用于照明應(yīng)用中,若可在日常照明導(dǎo)入節(jié)能燈具,對(duì)于全球的能源消耗可能產(chǎn)生顯著的節(jié)約成效,因此,各國(guó)政府為了打造更環(huán)保的國(guó)家形象,也積極透過(guò)政策、法規(guī)與產(chǎn)業(yè)輔導(dǎo)朝照明節(jié)能化應(yīng)用方向發(fā)展,而利用原有的LED或是CCFL新式光源設(shè)計(jì)來(lái)取代傳統(tǒng)光源,進(jìn)行日常照明應(yīng)用,也成為照明產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)。
傳統(tǒng)光源應(yīng)用現(xiàn)況
多數(shù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中,仍須大量的高效能、高亮度光源,例如,路燈、賣(mài)場(chǎng)照明、商店照明等,需高效能、高亮度的燈具設(shè)施,大多采高強(qiáng)度的氣體放電式燈具(High-intensitydischarge;HID)或鹵素?zé)?,以達(dá)到高亮度、高照度的應(yīng)用需求;而在賣(mài)場(chǎng)、店家的長(zhǎng)時(shí)間需求,多半選用熒光燈管(CompactFluorescentLamp;CFL);住宅多仍大量使用白熾燈、熒光燈(CFL),或以省電訴求的新式省電燈泡。在眾多實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合中,耗能最高、效率最差的光源應(yīng)以白熾燈為主,因?yàn)閼?yīng)用時(shí)會(huì)讓大量電能轉(zhuǎn)換成無(wú)用的熱,也會(huì)讓燈具壽命因此降低。
以具體光源應(yīng)用觀察,日常照明市場(chǎng)所涵蓋應(yīng)用領(lǐng)域相當(dāng)廣,包含建筑物照明、標(biāo)志、景觀照明、零售、信號(hào)燈、街道照明和住宅照明等。若要討論節(jié)能的效益,就必需針對(duì)現(xiàn)有的燈具提出科學(xué)化的×估的方法,例如以輸入功率比與實(shí)際輸出流明進(jìn)行效能衡量,目前也多實(shí)行每瓦流明數(shù)進(jìn)行×估基準(zhǔn)(或能源效率efficacy)×估。
不同照明方案能源效率差距大
以現(xiàn)有照明應(yīng)用觀察,白熾燈照明方案能源效率最差,用60W白熾燈進(jìn)行照名實(shí),能源效率約為10lm/W,相較CFL熒光燈具的能源效率就可達(dá)50lm/W。一支100WHID可具有80lm/W,相當(dāng)于產(chǎn)生8,000流明亮度。
LED光源效能與實(shí)用性大幅提升
LED的特質(zhì)在于本身就是1個(gè)電子零組件,與氣體放電式的HID燈具、CFL熒光燈具這類(lèi)光源,必需以玻璃容器內(nèi)置高壓氣體的體積相對(duì)更小,不需內(nèi)填有毒元素,組件本身就設(shè)有金屬接點(diǎn),并可焊接安裝在任意表面上,便利性相當(dāng)高。
LED具備未來(lái)光源多項(xiàng)優(yōu)勢(shì),其中節(jié)能效益是最受業(yè)者關(guān)注的重點(diǎn)。
以往LED因當(dāng)時(shí)技術(shù)受限,在亮度無(wú)法有效提升,多用于指示性用途的輔助光源,但現(xiàn)在以白光LED為例子,制作方式早已大幅改善,例如,透過(guò)高效能藍(lán)光LED鍍磷產(chǎn)生近似白光的發(fā)光效果,同時(shí)大幅提升單一組件的亮度輸出,目前白光LED在能源效率已有大幅進(jìn)展,色溫表現(xiàn)4,500~6,000k下,在實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試數(shù)據(jù)已可達(dá)到超越200lm/W的高效能表現(xiàn)。
LED屬于固態(tài)光源組件,在組件的硬度、強(qiáng)度較高,不會(huì)如同傳統(tǒng)光源因?yàn)橹饕刹Aе瞥?,?huì)出現(xiàn)怕摔、不耐撞擊問(wèn)題,也可搭配不同熒光粉設(shè)計(jì)或搭配構(gòu)型設(shè)計(jì),產(chǎn)制各種不同特性的光源效果,整體組件亦不含汞,同時(shí)具備超過(guò)50,000小時(shí)壽命周期,LED壽命較僅能運(yùn)作1,000小時(shí)的白熾燈要高更多。
導(dǎo)入生活應(yīng)用仍有關(guān)鍵問(wèn)題待克服
由于LED在原器件的物理特性差異,制作光源系統(tǒng)的觀念則與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)大不相同,需要有更多方面的技術(shù)與專(zhuān)業(yè)輔助。LED燈泡型設(shè)計(jì)在空間相對(duì)緊湊,如何做到相關(guān)電路整合,必需靠整合芯片達(dá)成設(shè)計(jì)目標(biāo)。
1、光學(xué)設(shè)計(jì)
LED光源屬于高效率的點(diǎn)光源,這種過(guò)于集中的光源,在傳統(tǒng)應(yīng)用會(huì)有相當(dāng)多的問(wèn)題,例如,若當(dāng)臺(tái)燈用會(huì)造成近距離的光型不夠勻稱,即便LED具備寬廣的色彩調(diào)控彈性,能源效率表現(xiàn)也相當(dāng)不錯(cuò),但在生活用照明應(yīng)用時(shí)就會(huì)影響使用觀感,點(diǎn)光源必須透過(guò)光學(xué)透鏡或機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(透鏡、導(dǎo)光素材)來(lái)產(chǎn)生近似傳統(tǒng)燈具的光型表現(xiàn),會(huì)增加燈具成本,在緊湊的構(gòu)型設(shè)計(jì)中較難突破光學(xué)的物理特性。
2、散熱設(shè)計(jì)
同樣的,延續(xù)LED組件本身是點(diǎn)光源的限制,組件在發(fā)光時(shí)產(chǎn)生的溫度會(huì)過(guò)度集中在單點(diǎn)之上,若沒(méi)有效處理散熱,會(huì)致使組件出現(xiàn)燒融,甚至縮短使用壽命!除了組件本身需針對(duì)散熱強(qiáng)化設(shè)計(jì),例如,透過(guò)芯片打金線或是載板的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行改善,達(dá)到自體散熱設(shè)計(jì),即便如此,熱源仍會(huì)出現(xiàn)有過(guò)度集中在燈具點(diǎn)狀位置的狀況,如何透過(guò)外部組件的主動(dòng)散熱與被動(dòng)散熱設(shè)計(jì),去改善結(jié)點(diǎn)溫度控制的處理能力,這就成為相關(guān)燈具設(shè)計(jì)的技術(shù)差距。
3、驅(qū)動(dòng)與控制電路設(shè)計(jì)
實(shí)際應(yīng)用時(shí),LED驅(qū)動(dòng)發(fā)光仍需要大量電子電路進(jìn)行輔助,才能達(dá)到高效率的目的,但對(duì)于一般白熾燈的調(diào)光設(shè)計(jì),如果也想在新式LED光源上實(shí)現(xiàn),這就必須透過(guò)DC直流供電控制進(jìn)行供電調(diào)整,這時(shí)若同時(shí)考慮能耗與用電效率,會(huì)讓驅(qū)動(dòng)的電子電路復(fù)雜度大幅提升,就的設(shè)計(jì)很采取大量獨(dú)立組件造成系統(tǒng)的離散設(shè)計(jì)問(wèn)題,讓整體省下來(lái)的電能反倒在相關(guān)電路被消耗掉了。
目前已有組件廠商采取單芯片的可調(diào)光控制IC設(shè)計(jì),讓燈具業(yè)者不用重新開(kāi)發(fā)不同燈具的配合電路,運(yùn)用現(xiàn)成的解決方案就能達(dá)到兼具對(duì)比舊式光源的操作體驗(yàn),也可達(dá)到更高效能的節(jié)能效益。
E27型式的LED節(jié)能燈泡,功耗僅6瓦。
4、電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)
LED一般都使采取DC直流驅(qū)動(dòng),但ACLED在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)合,有更多的應(yīng)用彈性與優(yōu)勢(shì),因此也是發(fā)展LED光源相當(dāng)重要的一大趨勢(shì)!尤其是一般生活電力來(lái)源均為AC電力,若要快速讓LED光源普及于生活應(yīng)用,發(fā)展AC設(shè)計(jì)的LED產(chǎn)品,是相關(guān)應(yīng)用快速成長(zhǎng)的應(yīng)用關(guān)鍵。