隨著LED陸續導入室內、室外照明市場,LED照明價格也大幅下降,但品質參差不齊也導致問題叢生,據指出,各地陸續訂定LED照明規范,多項強制性照明標準將從2012年起上路,將可望加速淘汰劣質品的惡性競爭,進而帶動LED照明市場洗牌效應。
由于LED照明應用日趨普遍及多元,臺灣經濟部標準局陸續制定多項LED照明標準,繼LED路燈規范制定腳步領先世界各國公布,2010年底又頒布3項常見LED室內燈標準,包括LED T8直管燈管、LED投光燈以及輕鋼架燈(含平板燈)等,業界指出,盡管相關標準規范已定,但LED路燈經過多年推廣,到2012年才可望擴大安裝,由于政府導入緩慢加上預算編列作業,估計要到2013~2014年才可望釋出采購標案。
由于LED照明應用日趨普遍及多元,臺灣經濟部標準局陸續制定多項LED照明標準,繼LED路燈規范制定腳步領先世界各國公布,2010年底又頒布3項常見LED室內燈標準,包括LED T8直管燈管、LED投光燈以及輕鋼架燈(含平板燈)等,業界指出,盡管相關標準規范已定,但LED路燈經過多年推廣,到2012年才可望擴大安裝,由于政府導入緩慢加上預算編列作業,估計要到2013~2014年才可望釋出采購標案。
盡管大陸LED產業發展如火如荼,但由于各地區氣候環境差異過大,因此產業標準尚未進入國家標準項目,由各省份各自主導推動地區性LED照明標準建立,不過據指出,大陸發改委將通過LED照明的技術規范,以室內LED筒燈為優先項目,預料在技術規范定案后,2012年在大陸十二五規劃推動下,中央公布LED室內照明的補助財政方案將可望擴大實施。
至于LED照明產品輸入歐盟必須通過CE認證,而考量電磁輻射對? H體可能會造成危害,歐盟也宣布于2013年起,強制執行人體電磁輻射安全規范標準。
隨著美國環保署于2011年10月公布新版固態照明燈具及光源產品上市規范,業界指出,備受關注的LM-80的光衰測試,預計將從2012年4月起強制實施,在新規范上路后,未來北美市場燈具廠商將優先采購通過LM-80驗證的LED產品,對于未受驗證的臺灣LED封裝及晶粒廠,日后進軍美國市場恐將遭受阻礙。
由于LM-80的光衰驗證需經過6,000小時測試,耗時長達6~8個月,部分LED業界認為,LED產品規格及技術日新月異,在經過長達數個月后,LED照明驗證標準可能又將改變,故對此認證仍抱持存疑,不過工研= 表示,LM-80被視為進入美國市場的入場券,廠商必須出具LM-80(LED流明維持率)試驗的報告證書,才能取得能源之星標章,北美照明工程學會(IES)也已訂出LM-80的光衰減檢測標準,不僅為LED應用產品提供量測標準,也為消費者提供品質保證,將成為全球共通的檢測標準。
由于LM-80的光衰驗證需經過6,000小時測試,耗時長達6~8個月,部分LED業界認為,LED產品規格及技術日新月異,在經過長達數個月后,LED照明驗證標準可能又將改變,故對此認證仍抱持存疑,不過工研= 表示,LM-80被視為進入美國市場的入場券,廠商必須出具LM-80(LED流明維持率)試驗的報告證書,才能取得能源之星標章,北美照明工程學會(IES)也已訂出LM-80的光衰減檢測標準,不僅為LED應用產品提供量測標準,也為消費者提供品質保證,將成為全球共通的檢測標準。
LED的出現打破了傳統光源的設計方法與思路,目前有兩種最新的設計理念:
情景照明 是2008年由飛利浦提出的情景照明,以環境的需求來設計燈具。情景照明以場所為出發點,旨在營造一種漂亮、絢麗的光照環境,去烘托場景效果,使人感覺到有場景氛圍。
情調照明 是2009年由凱西歐提出的情調照明,以人的需求來設計燈具。情調照明是以人情感為出發點,從人的角度去創造一種意境般的光照環境。情調照明與情景照明有所不同,情調照明是動態的,可以滿足人的精神需求的照明方式,使人感到有情調;而情景照明是靜態的,它只能強調場景光照的需求,而不能表達人的情緒,從某種意義上說,情調照明涵蓋情景照明。情調照明包含四個方面:一是環保節能,二是健康,三是智能化,四是人性化。
凱西歐公司總經理吳育林先生編著了一本“情調照明書”,是中國第一本引領LED照明設計潮流的書籍,打破了設計理論長期被國外巨頭壟斷的局面,使LED的應用更加容易為市場所需要。將最新的情調照明設計理念貢獻出來與大家分享,借此希望更多專家學者、設計師參與討論和提出建議。
LED照明設計需要考慮以下幾方面的因素:
. 輸出功率:涉及LED正向電壓范圍、電流及LED排列方式等;
. 電源:AC-DC電源、DC-DC電源、直接采用AC電源驅動;
. 功能要求:調光要求、調光方式(模擬、數字或多級)、照明控制;
. 其他要求:能效、功率因數、尺寸、成本、故障處理(保護特性)、要遵從的標準及可靠性等;
. 更多考慮因素:機械連接、安裝、維修/替換、壽命周期、物流等。
驅動方案
驅動方案一般來說有兩種: 線性驅動和開關型驅動。
線性驅動應用是一種最為簡單和最為直接的驅動應用方式。在照明級白光LED應用中,雖然存在著效率低、調節性差等問題,但是由于其電路簡單、體積小巧,能滿足一些特定的場合應用較多。
開關型驅動可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率,應用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開關驅動是針對電源電壓高于LED的端電壓或者是多個LED采用并聯驅動情況下的應用。升壓式開關驅動是針對電源電壓低于LED的端電壓或者是多個LED采用串聯驅動情況下的應用。
一般認為,隔離型驅動安全但效率較低,非隔離型驅動效率較高,應按實際使用的要求來選。
設計一般的基本LED驅動器照明應用相對較簡單,但是如果還需要其它功能如相位控制調光和功率因子校正(PFC),設計就變得復雜。無功率因子校正功能的非調光LED驅動器通常包含一個離線式開關電源,用于恒定電流下調節輸出。
LED驅動器的后端架構包含一個具有短路保護功能的電流調節電路?梢岳镁性調節電路達到這一目的,然而這種方法本身效率低下,因此適用低輸出電流,通常不會應用到多級架構中去。替代方法是使用簡單的、具有電流回饋功能的降壓穩壓器電路,以便限制了輸出電流超過期望的LED驅動電流。其抵消了總LED正向電壓隨溫度和器件容差的變化,還限制了出現短路或其它故障條件時的電流,從而能夠保護驅動器免遭損壞。
LED術語
波長:光的色彩強弱變化,是可以通過數據來描述,這種數據叫波長。我們能見到的光的波長,范圍在380至780nm之間。單位:納米(nm)
亮度:亮度是指物體明暗的程度,定義是單位面積的發光強度。單位:尼特(nit)
光強:指光源的明亮程度。也即表示光源在一定方向和范圍內發出的可見光輻射強弱的物理量。 單位:燭光(cd)
光通量:光源每秒鐘所發出的可見光量之總和。單位:流明(Lm)
光效:光源發出的光通量除以光源的功率。它是衡量光源節能的重要指標。單位:每瓦流明(Lm/w)。
顯色性:光源對物體呈現的程度,也就是顏色的逼真程度。通常叫做"顯色指數",室內顯色性通常表示為Ra,以數值表示。Ra100為日光下的顯色性。
色溫:光源發射光的顏色與黑體在某一溫度下輻射光色相同時,黑體的溫度稱為該光源的色溫。(只有白光才有色溫) 單位:開爾文(k)。
眩光:視野內有亮度極高的物體或強烈的亮度對比,所造成的視覺不舒適稱為眩光,眩光是影響照明質量的重要因素。
同步性:兩個或兩個以上LED燈在不規定時間內能正常按程序設定的方式運行,一般指內控方式的LED燈,同步性是LED燈實現協調變化的基本要求。
防護等級:IP防護等級是將燈具依其防塵、防濕氣之特性加以分級,由兩個數字所組成,第一個數字代表燈具防塵、防止外物侵入的等級(分0-6級),第二個數字代表燈具防濕氣、防水侵入的密封程度(分0-8級),數字越大表示其防護等級越高。
光周期:自然界或人造的能夠影響生物有機體的亮暗循環。
光度測量:根據給定的光效函數,如V(λ)和V’(λ),測量輻射量的方法。
光強分布:光源或者燈具在空間各個方向的光強分布。
光強曲線圖(表):光強由極坐標或者圖表給出,表中的數值為光源在每1000流明光通時產生的光強。對于光強非對稱分布的情況,可采用兩個不同平面內的光強分布圖來表示該燈具的光強分布情況。
應用領域
LED照明燈具里,底燈,吊燈,投射燈等裝飾用,反射用途的LED照明燈具可以完全勝任于任何場合,包括美術館,博物館等對顏色度要求較高的場所。但是對于商場,寫字樓等大規模設施來說,作為大范圍照明的LED燈具雖然已經誕生,但是其指向性(LED芯片發出的光是直線,發散性不好)太高,造成大面積內設計平均的照度很困難。燈管型LED照明燈具排列過密,設計成本過高,失去節能效果。因此,現階段裝飾用途場合,LED照明燈具完全可用,大面積室內照明還不成熟。
1)、信號指示應用:信號照明是LED單色光應用比較廣泛也是比較早的一個領域,約占LED應用市場的4%左右。
2)、顯示應用:指示牌、廣告牌、大屏幕顯示等,LED用于顯示屏幕的應用約占LED應用的20%—25%,顯示屏幕可分為單色和彩色。
3)、照明應用:
①便攜燈具:手電筒、頭燈、礦工燈、潛水燈等;
LED照明手電筒
②汽車用燈:高位剎車燈、剎車燈、轉向燈、倒車燈等,大功率的LED已被大量用于汽車照明中。
③特殊照明:太陽能庭院燈、太陽能路燈、水底燈等;由于LED尺寸小,便于動態的亮度和顏色控制,因此比較適合用于建筑裝飾照明。
④背光照明:普通電子設備功能顯示背光源、筆記本電腦背光源、大尺寸超大尺寸LCD顯示器背光源等,LED作為手機顯示的背光源是LED應用最廣泛的領域。
⑤投影光源:投影儀用RGB光源;
⑥普通照明:各類通用照明燈具、照明光源等分為商業照明和家居照明;
歷史
應用半導體P·N結發光源原理制成LED問世于20世紀60年代初,1964年首先出現紅色發光二極管,之后出現黃色LED。直到1994年藍色、綠色LED才研制成功。1996年由日本Nichia公司(日亞)成功開發出白色LED。
LED以其固有的特點,如省電、壽命長、耐震動,響應速度快、冷光源等特點,廣泛應用于指示燈、信號燈、顯示屏、景觀照明等領域,在我們的日常生活中處處可見,家用電器、電話機、儀表板照明、汽車防霧燈、交通信號燈等。但由于其亮度差、價格昂貴等條件的限制,無法作為通用光源推廣應用。
近幾年來,隨著人們對半導體發光材料研究的不斷深入,LED制造工藝的不斷進步和新材料(氮化物晶體和熒光粉)的開發和應用,各種顏色的超高亮度LED取得了突破性進展,其發光效率提高了近1000倍,色度方面已實現了可見光波段的所有顏色,其中最重要的是超高亮度白光LED的出現,使LED應用領域跨越至高效率照明光源市場成為可能。曾經有人指出,高亮度LED將是人類繼愛迪生發明白熾燈泡后,最偉大的發明之一。