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如何经由LED封装设计改善流明衰减

  • 发布日期:2007-01-31 浏览次数783

     根据 Nadarajah Narendran和Keith Toomey的说法,在构装设计方面的改进,预期将可为以led为基础的照明灯具延长至十万小时的寿命。 
      自电力照明被引介之后,在一世纪的期间,仅有两种型态的光源技术──白炽灯和电力放电──曾经共存过。标准的住宅照明灯泡是属于白炽光源的家族,而用于办公室直线式的荧光灯,及在街道上看到之钠灯,则是电力放电式家族的例子。而此刻,第三种型式的光源科技──发光二极体(Light Emitting Diode;led),正在崭露头角并具有很好的前途。作为第一个固态照明的科技,LED有提供显著的能源节约和长寿命的潜力。这些因素已将一般照明社群吸引到这一个新的科技了。

      LED做为有效率的光源

      对大多数的人们,LED这个名词仅与经常在电子设备上所看到的小型指示灯相关,例如:收音机和遥控器。虽然LED是在1960年代后期开发出来的,而研究人员和开发者,却花费了近三十年制造用此一科技的白光。然而在此期间,有颜色的LED之强度显著地增加许多,允许它们被用在很多样的应用上。在 1990年代的后半期间,LED开始在交通号帜上取代了白炽灯。在此一应用方面,与其对应的白炽灯比较,LED已显示可节省超过80%以上所用的能源。如此大的能源节约可被实现,是因为传统的彩色的号帜,在白炽灯上须用光学的滤器。这些滤器吸收,并浪费了显著的由光源所产生的一部分的辐射能源。另一方面来说,LED以一个狭窄波段来发光,因而可以有效率地产生彩色的光。

      图一:5mm封装的LED在温度控制环境下的情况

      当LED在交通号帜上取代白炽灯时,它们不只是以能源效率来展露;事实上,一些制造商宣称他们的LED可维持十万小时。

      当白光LED技术逐步进化时,产业界专家预期LED将可能使照明工业产生突破性的变革,包括:在照明的领域。听到这个后,一些早期的采用者很快地就创造了一种光源,使用5mm 白光LED数组包装在一个灯壳内。这些「led灯泡」模仿标准的白炽灯泡,而且他们的制造者宣称,他们是较白炽灯更有能源效率的,而且像他们的彩色对手一样可持续十万小时。这导致许多人相信,白光LED是准备好去取代白炽灯了。

      白光LED的寿命

      然而,现实却无法实践初期的宣示。在2000年代初期,研究人员的发表显示,这些5mm 白光LED的光线输出下降地非常迅速。在仅约6000小时内,光线的输出下滑到其初始值的一半以下(Narendran et al. 2000 and 2001a)。仅管有这项信息,以及许许多多的文章已显示,5mm的白光LED非常快地衰减,很多制造商仍继续宣称他们将可持续十万小时。 

      另一篇最近的刊物显示,甚至于不同的彩色5mm LED,随着时间变化而不会以同样的方式衰减(Narendran et al. 2001b)。这些LED是在一温度控制的房间中测试的,而他们是被装设在如<图一>所示的印刷电路板上。不同色彩之LED的光线输出之劣化,是显示在<图二>。红色LED的光线输出,是以较白光LED慢甚多的速率衰减,而绿光和蓝光 LED则以中等的速率衰减。 

      LED是封装在一个与外界隔离的灯具中,在其中周遭的温度是较在温度控制的研究为高一些,而将遭受到更高的衰减速率。所以,所宣称的led灯具,以包装的数组5 mmLED,白色或彩色的,其有十万小时寿命是骗人的。这些LED的确是可维持十万小时,但是他们的输出可能不够用于灯具的原定之应用了。五千小时之可用的寿命,对于5mm led灯具来说可能是更为贴切的。

      5mm封装LED衰减情况

      较新的led封装

      标准的5 mm led封装原是被设计用在指示灯的应用,但是在操作时,他们的设计不允许自led芯片,有足够之热传导以维持冷却。当芯片的温度升高时,这个装置会更快速地劣化。另一个问题是5mm 的白光LED,会使树脂黄化而减低了光线的输出,并且增加光线输出的劣化速率。 

      然而乐观是有理由的;较新的高功率LED封装已被设计用在照明的应用了。这些高功率LED,每一装置产生十到二十倍更多的光通量,而与5 mm的封装相比更为有效。 

      此外,一份近期之刊物已显示,新高功率白光LED封装之流明的劣化,与5 mm封装相较已降低相当地多了(Narendran et al. 2001b)。一些制造商经由适当地吸收热量,并将LED封装在不会随时间劣化的材料,似乎已解决了劣化的问题。即使是传统的光源,例如:白炽灯、卤

 

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