- HBLED在建筑和醫療產(chǎn)品上的發(fā)展
- 新型HBLED的構成
- 采用含有轉換電路的SSL系統都
- 背對背的LED串聯(lián)
HBLED照明系統現在的效率低于最高效的熒光燈。但HBLED將在三年內迎頭趕上。
HBLED的其它優(yōu)點(diǎn)有純凈光源、緊固性和調光控制能力，將幫助它們進(jìn)入新型醫療與照明應用。
HBLED(高亮度發(fā)光二極管)的功率在不斷增加：例如，Cree公司現在提供88lm/W的器件，并且計劃在今年年底提供100lm/W的器件，五年內將出現150lm/W器件。作為獨立元件，HBLED效率高于白熾燈甚至熒光燈。但是，在系統級上，因為必須考慮它們帶來(lái)的功率損耗問(wèn)題(包括AC/DC和DC/DC轉換與電流調節)，它們的優(yōu)勢被削弱了。另外，LED照明裝置(或光源)會(huì )帶來(lái)?yè)p耗，LED組件本身亦有熱損耗。
隨著(zhù)高亮度LED功率的增加，它們催生了很多新的應用，從建筑照明到醫療產(chǎn)品。能源之星照明標準正在逐步關(guān)注總體系統效率。
美國DOE(能源部)最近完成了針對SSL(固態(tài)照明)光源的新的能源之星規范，這樣系統設計者可以對光源與裝置采用相同的比較數字。新規范不是著(zhù)眼于HBLED在元件級上的發(fā)光效率，而是整體的光源效率。
電流驅動(dòng)的LED光強直接與正向電流成正比。這些器件有與二極管相同的陡峭電壓/電流曲線(xiàn)，電壓上的小小變動(dòng)會(huì )導致電流的一個(gè)相對較大的變化，亮度也產(chǎn)生變化，因此控制電流比控制電壓更重要。很多IC制造商(通常從事于電源控制器業(yè)務(wù))都進(jìn)入了LED驅動(dòng)器電流調節市場(chǎng)。這些供應商包括：德州儀器公司、美國國家半導體公司、Intersil、Cypress、Maxim和Line
arTechnology.
除了電流調節器以外，照明系統可能還必須帶有一個(gè)AC/DC轉換器，采用電池供電的系統可能還需要一個(gè)DC/DC升壓轉換器?？傊?，僅轉換方面，就可能損失10%~15%的系統功率。另外，由于反射和鏡頭損耗，設備中SSL的亮度損失可能高達一半。
能源之星SSL規范的標準將在2008年9月30日生效。該規范有兩個(gè)部分。CategoryA覆蓋今天現有的器件。它規定，一個(gè)符合CategoryA的嵌入發(fā)光設備(或“下射聚光燈”)必須為35lm/W.CategoryB將覆蓋三年內出現的高效SSL設備。那時(shí)，SSL能夠與今天采用傳統光源的最高效發(fā)光系統競爭。例如，現在最常見(jiàn)的高性能T8熒光燈和電子鎮流系統可以產(chǎn)生約100lm/W.這些熒光鎮流系統的高質(zhì)量產(chǎn)品可以達到約70%的效率，獲得70lm/W的光源效率。而采用今天已商業(yè)化的SSL技術(shù)時(shí)，HBLED光源無(wú)法達到CategoryB級的最小發(fā)光效率。
不過(guò)，LED技術(shù)正在快速發(fā)展，未來(lái)將可以滿(mǎn)足能源之星CategoryB的要求。但LED除了效率和長(cháng)壽命以外還有其它優(yōu)勢，值得我們在獲得更高效率以前繼續跟蹤它的發(fā)展。例如，在熒光照明中，調光非常困難，而對LED不過(guò)是直接減小電流而已。另外，你可以用多個(gè)冷白色LED和暖白色LED陣列，動(dòng)態(tài)地改變一個(gè)房間的顏色。預計SSL將在今后五年內成為家庭與工業(yè)照明的一種重要技術(shù)。
今天可用的多數HBLED都需要直流電壓和電流，因此，大多數SSL系統都含有轉換電路，將交流電源轉換為穩壓的直流電源。不過(guò)，SeoulSemiconductor公司最近推出了AcricheHBLED,它可以直接用交流電源工作，用一只表面組裝電阻設定輸入電壓，范圍從100V~110VAC和220V~230VAC.在片芯中，LED包含了多層LED半導體結。二極管結在總正向電壓接近于110V或220V的交流電壓時(shí)建立。這些器件有兩串背對背的LED.第一串導通，并在正半電壓周期內傳導，而第二個(gè)在另一串周期內導通，因此LED可在整個(gè)交流電壓周期內發(fā)光。直接采用交流工作簡(jiǎn)化了電源轉換電路，增加了系統可靠性，并減少了設計時(shí)間。AcricheHBLED有兩種型號：用于100V/110V的AW3200和用于220V/230V的AW3220.兩種型號均具有59lm/W的效率，它低于直流供電的HBLED的發(fā)光，但也相差無(wú)幾。
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隨著(zhù)能量成本的持續上升，照明效率的重要性也日益增加。美國DOE估計，照明要消耗一座建筑20%的電力。然而，在發(fā)展中國家經(jīng)常缺乏可靠的電力網(wǎng)絡(luò )，人們可以使用太陽(yáng)能SSL為電池供電，從而獲得可靠的夜間照明。唯一的其它選擇是煤油燈，它既危險又昂貴。
HBLED除了明顯的效率優(yōu)點(diǎn)和壽命優(yōu)點(diǎn)以外，還有其它的優(yōu)點(diǎn)，并對非傳統照明應用很有吸引力。例如，它們有狹窄的光譜，因此最適合用作膽紅素燈。膽紅素是一種紅黃色的有機物，源自紅血球解體所產(chǎn)生的血紅蛋白。過(guò)高膽紅素會(huì )造成高膽紅素血癥，癥狀為黃疸，即鞏膜(即“眼白”)和體液等組織呈黃色。雖然一般不必擔心低水平的膽紅素，但大量膽紅素會(huì )循環(huán)至大腦組織，可能造成新生兒癲癇和大腦損壞。
所幸，光療通常對此種病癥有效果，因為膽紅素會(huì )吸收藍光，分解為水溶形式而排出體外(圖2)。458nm~462nm區域中的窄帶藍光最有效。過(guò)去，膽紅素治療光線(xiàn)都采用定制的藍色熒光燈管和彩色過(guò)濾器。但是，熒光燈的光譜相對較寬。盡管其分布中心位于所需波長(cháng)上，但光譜分布在兩端下降，表示能破壞膽紅素的光能量下降，因此治療時(shí)間將延長(cháng)。與之相比，藍光LED膽紅素光源可以有正確的頻率，幾乎不浪費光能量。另外，LED的膽紅素光源有機械穩定特性，更長(cháng)的壽命，也比熒光設備低廉。在未來(lái)，光線(xiàn)療法將能通過(guò)“發(fā)光服”提供光照，提供比光箱更有效的治療方法。
HBLED與傳統白熾照明或熒光照明的一個(gè)顯著(zhù)差異是，HBLED有更多的封裝變型。因此，可能預期將有一些關(guān)于封裝的標準出現，但至少五年內不會(huì )出現這種情況。Cree商務(wù)發(fā)展總監MarkMcClear預測說(shuō)：“每次我們使HBLED更亮、更便攜和更高效時(shí)，都促成了更多的應用。我們位于一個(gè)陡峭的曲線(xiàn)上，要一次完成三個(gè)目標，一個(gè)重要的部分是封裝。我們有一種類(lèi)型的封裝;我們的競爭對手就可能有另一種......并非為把客戶(hù)搞糊涂，而是因為(一種類(lèi)型封裝)有更多的光輸出，而光是最重要的。”
Avnet公司的LightSpeedSSL與LED業(yè)務(wù)部總監CaryEskow表示，HBLED的快速發(fā)展帶來(lái)了有關(guān)眼睛安全的問(wèn)題，這些器件的設計者一般都要解決這個(gè)問(wèn)題。他說(shuō)：“HBLED的快速發(fā)展可能已超越了安全方面的設計。”對眼睛最直接的威脅來(lái)自于光的強度：有些HBLED可以從一個(gè)小片芯中產(chǎn)生高達150lm的光。在某種情況下，這種光強可以通過(guò)光熱效應和光化學(xué)效應過(guò)程而損壞眼睛。對這些類(lèi)型的損害，我們人體的眨眼反應沒(méi)有多大的保護作用，因為在發(fā)生損害的視覺(jué)光譜末端，不會(huì )出現這種反應。
光熱損害出現在視網(wǎng)膜溫度增加大約10℃時(shí)。由于熱量傳過(guò)視網(wǎng)膜的方式，這種損傷直接與束斑尺寸有關(guān);它隨著(zhù)焦點(diǎn)的增大而增加，就像壓在皮膚上的一根針會(huì )造成遠高于相同壓力手指的疼痛。隨著(zhù)波長(cháng)從約550nm(綠色)通過(guò)黃色、橙色和紅色延長(cháng)到IR(紅外)，這種類(lèi)型的損傷逐漸占據主導地位。
另一方面，強烈的紫外光和藍光會(huì )造成眼睛的光化學(xué)損害。藍光和短波長(cháng)的危險性比IR輻射高出1000倍。同樣，這種情況下眨眼反應是沒(méi)有用的。Eskow強烈建議設計者將HBLED的安全性列入主要的設計考慮因素，因為這些器件正在成功進(jìn)入越來(lái)越多的應用中，從照明到醫療設備，甚至玩具。
