2008年LED尚待解決的難題

理論上LED的發光效能可以高達每瓦200流明以上,而現有的白光LED則只有每瓦70流明左右,與節能型螢光燈相比還有一定差距;而且其價格與傳統光源 相比也有很大的劣勢。因此如何儘快把LED的優勢真正發揮出來也就成為現在相關從業人員所必須要面對的技術難題。而要真正開拓出一個全新的半導體照明時 代,還要從以下幾個方面努力攻克技術難題:

1.提高LED發光效率難題。
提高LED的發光效率主要的方法是改進半導體發光材料與LED晶片的結構和製造工藝。由於這部分工作需要強大的理論研究基礎和先進的半導體工藝設備,因此 要實現200流明/瓦的目標路途依然比較艱難。目前傳統CCFL冷陰極螢光燈雖然耗電量大、發光品質一般,但是其發光效率可達到50-100流明/瓦,而 白光LED器件在剛起步時發光效率僅為20lm/W甚至更低,這就註定LED在開始時並不適合作為LCD顯示器的背光源。不過,白光LED的發光效率以每 年提高60%的幅度提升,到目前為止,白光LED器件的發光效率突破50lm/W,開始達到實用化水準。

2.解決高功率光衰壽命難題。
由於照明用光源對亮度的要求要比顯示用光源高,白光LED功率要盡可能大,在大電流工作時,隨著點燃時間增長,LED自身光衰加上螢光粉及封裝材料的劣化 等造成光通下降,照明領域通常將光通下降到初始值的某一百分值定義為燈的有效壽命結束了,實際功率型白光LED壽命也就大大縮短。作為照明,單個LED輸 出的光通量必須足夠大,欲加大LED的光通量,首先必須注入足夠的電功率。但LED晶片的溫升不能過高,否則各項性能特別是使用壽命會受到很大的影響。顯 然,設計較大輸入功率的LED器件和燈具,除需用面積較大的晶片外,還必須有良好的散熱結構。

3.燈具結構的合理性設計難題
由於LED照明需由多個LED管組成,其參數離散性也是一個技術問題。除了通過預選、分類,儘量保證一致性以外,還必須設計合理的燈具結構(包括LED的排列和位置佈局)和研究合適的驅動電路,防止偶爾產生的能量集中而燒毀部分LED。

4.研究簡單有效的驅動電路
由於多個LED組成一隻照明燈具時,免不了對LED進行並聯、串聯。而在使用過程中只要有一個LED短路或開路,都將會導致整小片或整條LED熄滅,影響照明效果。為此,必須研究簡單而廉價的保護電路,使這種不良影響降至最低限度。

5. LED取代CCFL面臨成本難題
LED背光源系統的成本要高於冷陰極螢光管。目前LED背光模組零元件的價格為CCFL背光源的5倍左右,螢幕尺寸越大,採用LED背光技術的成本就越高。但隨著產能的增加,LED背光源的成本將快速下滑。

6. 晶片散熱問題。
由於LED晶片的表面面積均為小於1mm2,工作時電流密度大,二極體內發熱嚴重,如果不加以疏導,將使晶片損壞,由於照明要求多個LED組合而成,LED密集度大,長時間發光溫升在所難免,所以必須加強散熱,使得LED光源的體積變大,給燈的外形結構設計增加難度。

LED以其巨大的節能潛力以及良好的照明性能為我們打開了一個全新的技術領域。但是它也面臨著上文所提出的諸多技術和制度上的障礙。在我們的照明設計過程 中,我們應該以一種理性的態度去看待LED的應用,應該在真正瞭解LED性能前提下,根據環境的條件,合理地選擇使用LED,才能真正創造出一個節能而優 質的照明光環境。

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