התמיכה הטכנית הנדרשת לפיתוח נוריות LED גבוהות בתאורה פנימית

התמיכה הטכנית הנדרשת לפיתוח נוריות LED גבוהות בתאורה פנימית

1. ההזדמנויות העסקיות בשוק תאורת LED הביאו לתעשייה דמיון אינסופי. יישומי תאורת LED קפצו בעבר מנורות LED חיצוניות ליישומי תאורה פנימית. על פי Strategies Unlimited, לפיתוח תאורת LED פנימית תהיה מגמת צמיחה מעריכית בחמש השנים הקרובות. על פי ההערכות, עד 2011, ערך התפוקה שלה יגיע לעשרות מיליארדי דולרים. במיוחד בשנת 2009, האיחוד האירופי לקח את ההובלה ביישום התוכנית לאיסור מנורות ליבון, ונושאי חיסכון באנרגיה משכו תשומת לב רבה, ויצרו הזדמנויות שוק אדירות וסיכויים אופטימיים לתאורת LED פנימית. להלן מנתח את התפתחותם של נוריות LED רבות עוצמה בתחום התאורה הפנימית מתוך הצרכים של טכנולוגיית גוף התאורה כגון טכנולוגיית פיזור חום, עיצוב אופטי ועיצוב כונן.

פיתוח תאורת LED בהספק גבוה פיתוח תאורת LED בהספק גבוה תלוי בשני אלמנטים מרכזיים: האחד הוא השבב עצמו; השני הוא טכנולוגיית מנורות, כולל פיזור חום, אופטיקה ונהיגה.

2 תמיכה בשבבים

נכון לעכשיו, המפתח לפיתוח טכנולוגיית שבבי LED טמון בחומר המצע וטכנולוגיית הצמיחה האפיטקסיאלית. חומר הבסיס התפתח מחומרי ספיר מסורתיים, סיליקון וסיליקון קרביד לחומרים חדשים כגון תחמוצת אבץ וגליום ניטריד. בין אם מדובר בשבבים בעלי עוצמה גבוהה לתאורת מבטא ותאורה כללית, או שבבים בעלי הספק נמוך לתאורה דקורטיבית וכמה תאורות עזר פשוטות, המפתח לשדרוגים טכנולוגיים הוא כיצד לפתח שבבים יעילים ויציבים יותר. תוך שנים ספורות, בעזרת שורה של שיפורים טכנולוגיים הכוללים מבנה שבבים, טיפול בחספוס משטח ועיצוב מבנה באר רב-קוונטי, LED השיגה פריצת דרך אדירה ביעילות האור. איור 1 הוא תרשים סכמטי של התפתחות מבנה שבבי ה- LED. עם הבשלות ההדרגתית של טכנולוגיית הייצור, יעילות הקוונטים של LED תשתפר עוד יותר, וגם יעילות האור של שבבי LED תוגבר.

טכנולוגיית שבבי הסרט הדק היא טכנולוגיית הליבה בייצור שבבי LED בהירים במיוחד, שיכולים להפחית את אובדן תפוקת האור מכל הצדדים, ויכולים להשתמש במשטח הרפלקטיבי בתחתית כדי ליצור יותר מ 97% מפלט האור מהפלט. בחזית (ראה איור 2). זה לא רק משפר משמעותית את היעילות הזוהרת של ה- LED, אלא גם יוצר תנאים נוחים מעולה לעיצוב העדשות.

3 הצורך בטכנולוגיית תאורה

3.1 טכנולוגיית פיזור חום

הציבור תמיד היה מודאג מחיי השירות של מנורות ופנסים. אם רק ההסתמכות על שימוש ברכיבי LED עמידים תרמיים נמוכים לא יכולה לבנות מערכת פיזור חום טובה למכשיר התאורה, ויש להפחית ביעילות את ההתנגדות התרמית מצומת PN לסביבה הסובבת, על מנת לצמצם מאוד את צומת PN הטמפרטורה של ה- LED, והפרקטיקה המוצלחת מאריכה את אורך החיים של מנורות LED והמטרה להגדיל את שטף האור בפועל. שונה ממנורות מסורתיות רגילות, הלוח המודפס הוא לא רק ספק אספקת החשמל של ה- LED, אלא גם המוביל לפיזור החום של ה- LED, ולכן עיצוב פיזור החום של גוף הקירור והלוח המודפס חשוב מאוד. בנוסף, על יצרן התאורה להתחשב גם בגורמים כמו איכותו, עוביו וגודלו של חומר פיזור החום, כמו גם הטיפול והחיבור של ממשק פיזור החום.

3.2 עיצוב אופטי

בהשוואה למנורות מסורתיות, הכוונה ומקור אור נקודתי הם שני המאפיינים האופייניים ביותר של נוריות LED, וכיצד לנצל היטב את שני המאפיינים הללו של נוריות LED הוא המפתח לעיצוב האופטי של מנורות.

באמצעות העיצוב האופטי הכפול של LED, מנורות LED יכולות להשיג עקומת הפצת אור טובה יותר. לדוגמה, ביישומי תאורה פנימית, אור המנורות צריך להיות בהיר מאוד, ואפשר להשתמש בה אהילים להעברת אור גבוהים כדי לשפר את יעילות מיצוי האור. או ליישם את הטכנולוגיה של לוח מנחה האור על המנורות, ובכך לשנות את מקור האור של נקודת ה- LED למקור אור משטח, שיכול לא רק לשפר את אחידות התפלגות האור של המנורה, אלא גם למנוע בוהק. בנוסף, בכמה יישומי תאורה עזר ותאורת מבטא, על מנת להדגיש את האובייקט שיש להאיר, נדרשת אפקט עיבוי ספציפי. במקרה זה, ניתן להשתמש בו עם כמה עדשות עיבוי או מחזירי אור כדי להשיג את האפקט האופטי האידיאלי. .

3.3 עיצוב כונן

חייב לוודא שזרם כונן ה- LED הוא פלט זרם קבוע. כאשר הנורית עובדת תחת זרם קדימה, השינוי היחסי במתח הצומת הוא קטן מאוד. לכן הבטחת זרם כונן LED קבוע היא בעצם שווה ערך להבטחת זרם פלט LED קבוע. בנוסף, עיצוב בקרת תאורה הוא אחד מדגמי הכוננים המיינסטרים הנוכחיים. הוא משמש בעיקר ביישומי תאורת סביבה. הוא יכול להשיג רמות בהירות שונות בהתאם לסביבות שונות ולהשיג באופן מלא מטרות לחיסכון באנרגיה. כיום, המגמה העיקרית של עיצוב הכונן מתמקדת בשיפור גורם ההספק, הפחתת צריכת החשמל של הכונן, ייעול דיוק הבקרה והזרכת מהירות התגובה. בתהליך העיצוב, עיצוב ספק הכוח, פריסת הלוח המודפס והחיבור הסדר-מקביל הם כולם גורמים שיש לקחת בחשבון.

4 אתגרים טכניים של תאורת LED בעלת עוצמה גבוהה

למרות שנוריות הביצועים היו מספקות בתאורת מבטא פנימי ויישומי תאורה דקורטיבית, הן עדיין מתמודדות עם אתגרים רבים ביישומי תאורה כללית ותאורת סביבה, כולל עלות ראשונית, יעילות אור בטמפרטורות צבע נמוכות, מדד טיוח צבע ואמינות מערכת וכו '.

4.1 צמצם עוד יותר את עלויות הרכישה הראשונית

עלות היא גורם רגיש יחסית בתאורה פנימית, במיוחד ביישומי תאורה לבית. למרות שיש יותר ויותר דגמים של נורות לד והיעילות הזוהרת משתפרת כל הזמן, בעיית המחירים הגבוהים עדיין קיימת. עם זאת, כאשר המחיר של מקורות אור LED יופחת ועיצוב המערכת הכולל מותאם, העלות הכוללת תרד בהכרח. נזכיר שכאשר מנורת הפלורסנט החסכונית הקומפקטית הושקה לראשונה לשוק, העלות הייתה כ -15 דולר, אך כעת היא ירדה עד פחות מ -1.50 דולר. לכן, ניתן להסיק שעם ההתפתחות המתמשכת של השוק, מחיר נורות הלד יגיע בקרוב לרמה המקובלת על הציבור.

4.2 שפר את אפקט האור בטמפרטורת צבע נמוכה

טמפרטורת צבע נמוכה מתחת ל -4,000K היא בדרך כלל הבחירה הראשונה לתאורה ביתית פנימית. אור לבן חם הופך את כל הסביבה לחמימה ומרגיעה יותר; בעוד שאור לבן קר מעניק לאנשים תחושה נקייה, יעילה ובהירה, המתאימה יותר לתאורה משרדית וחיצונית. בגלל הזרחן, יעילות הזוהר של ה- LED בטמפרטורת צבע נמוכה בדרך כלל נמוכה בכ -30% מזה בטמפרטורת צבע גבוהה.

4.3 ניהול יעילות האור ומדד טיוח הצבעים

באופן כללי, ככל שיעילות הזוהר של ה- LED גבוהה יותר, כך מדד טיוח הצבעים נמוך יותר. תאורה פנימית בדרך כלל דורשת מנורות LED להיות בעלות מדד טיוח צבעים גבוה יותר על מנת להציג באופן אובייקטיבי את בהירות וצבע האובייקטים ולהשיג את האפקט האמיתי של התבוננות ישירה בנוף החיצוני בעין בלתי מזוינת. מסיבה זו, תוך שיפור היעילות הזוהרת של נוריות LED, יש צורך גם להגדיל עוד יותר את מדד טיוח הצבעים. שיטה נוספת היא להוסיף מעט אור אדום על פני המנורה, על מנת להשיג את ההשפעה של מדד טיוח הצבעים מעל 90.

4.4 שפר את היעילות במהלך נהיגה בזרם גבוה

כיום בדרך כלל ניתן להגדיל את הזרם של LED 1W מ -350mA ל -1,000mA. עם זאת, תחת נהיגה בזרם גבוה, גם אם שטף האור יגדל, הביצועים הכוללים בדרך כלל יופחתו באופן משמעותי יחסית. לכן, עלות המערכת הכוללת ויעילות האור חייבות להיות מאוזנות. אם ניתן לשפר את יעילות הזוהר של נוריות LED בנסיעה בזרם גבוה, כל עוד ניתן להבטיח יעילות זוהרת מערכת גבוהה יותר, ניתן לצמצם מאוד את מספר הנורות הנדרשות, ובכך להפחית משמעותית את העלויות.

4.5 צמצם עוד יותר את גודל החבילה של LED

בנוסף להגנה על הסביבה, חיסכון באנרגיה וללא זיהום, לנורות מקורות יש גם את המאפיינים של אומנות, גודל קטן ואינדיבידואליות. ועל ידי הקטנה נוספת של גודל חבילת ה- LED, עיצוב המנורה יכול להיות גמיש וחדשני יותר. ליישומים הדורשים תאורה מעורבת כדי לשפר את טיוח הצבעים, גודל החבילה הקטן יותר עוזר מאוד במימוש עדשת אור מעורב ועיצוב אפקט אור מעורב.

4.6 הארך את חיי השירות ושפר את אמינות המערכת

ביישומי תאורה כלליים, יש לשפר את היעילות הכוללת, חיי השירות והאמינות של נוריות LED באמצעות אופטימיזציה של המערכת. הרכבת המערכת של מנורות מסורתיות פשוטה יחסית, בעוד שמערכת תאורת ה- LED כוללת מרכיבים מרובים, כפי שמוצג באיור 3.

מקור אור LED: קומפקטי, יעיל, עם מגוון צבעים ועוצמת פלט לבחירה.

המרת חשמל: המר AC, סוללה ומקורות חשמל אחרים למקורות חשמל בטוחים במתח נמוך וזרם קבוע ביעילות.

שליטה וכונן: השתמש במעגלים אלקטרוניים להשגת זרם קבוע ושליטה על נוריות LED.

ניהול תרמי: כדי להשיג חיי שירות ארוכים יותר, חשוב מאוד לשלוט על הטמפרטורה של בלוטות ה- LED, וגם ניתוח פיזור החום הוא הכרחי.

רכיבים אופטיים: עדשות, מחזירי אור או צלחת מדריך אור הם רכיבים אופטיים הכרחיים כדי למקד את האור באזור היעד.

5 היכרות עם מקורות אור LED המשמשים בתאורה פנימית

כפי שצוין לעיל, גודל קטן ויעילות גבוהה הם שיקולים חשובים בבחירת LED כמקור אור. OSLON SSL LED הוא המוצר העדכני ביותר של Osram Opto Semiconductors, והעוצמה שלו היא בערך 1W. כפי שמוצג באיור 4, LED זה מיועד בעיקר לתאורה פנימית כללית. יש לו גודל קטן ואריזה של 3 מ"מ על 3 מ"מ בלבד. יש לו ביצועים יציבים ואמינים ויעילות זוהרת מצוינת. יעילות הזוהר המרבית עולה על 100lm/w. אפילו תחת זרם גבוה, הוא יכול לשמור על יעילות זוהרת מצוינת, ובכך להפחית ביעילות את העלות הכוללת של המנורה. ויש לו אמינות גבוהה במיוחד וזווית קרן של 80 °, כך שהוא יכול להקרין אור בצורה חלקה על העדשה החיצונית. LED זה מהווה גם מקור אור אידיאלי עבור זרקורים פנימיים, מנורות שולחן ופנסי תקרה.

מכיוון שה- LED הזה יכול להתמודד ביעילות עם זרמים גבוהים, הוא יכול לעזור לצרכנים ליצור פתרונות תאורה חסכוניים במיוחד וחסכוניים. בהקשר זה, ל- OSLON SSL LED יש את כל המאפיינים להפוך ל" ירוק" מקור אור בעתיד. ההתנגדות התרמית של LED זה נמוכה עד 7K/W, ניהול פיזור החום פשוט יותר, וצורתו הקומפקטית מאפשרת למעצבים ליצור פתרונות תאורה מורכבים ומתוחכמים בגמישות רבה יותר. אם אתה צריך לחכות לאור חזק אחר, אתה יכול להשתמש בו עם כמה מנורות. בנוסף לגרסת האור הלבן-אולטרה (טמפרטורת צבע 5,700 ~ 6,500K), יש גם אור לבן בינוני ואור לבן חם (טמפרטורת צבע 2,700 ~ 4,500K)

OSLON SSL LED מיוצר בטכנולוגיית השבבים העדכנית ביותר להבטחת יעילות אור גבוהה במיוחד. הפרמטרים העיקריים של OSLON SSL LED מוצגים בטבלה 1. נכון לעכשיו, כאשר זרם העבודה הוא 350mA, הבהירות הטיפוסית של האור הלבן-אולטרה (טמפרטורת הצבע של 5,700K ו -6,500K) של מקור האור גבוהה ככל 110lm, והשטף הזוהר המרבי הוא 130lm. כאשר זרם העבודה הוא 350mA וטמפרטורת הצבע היא 3,000K, יעילות האור האופיינית יכולה להגיע ל 75lm/W, והבהירות יכולה להגיע ל 85lm. כאשר זרם העבודה הוא 700mA (אור לבן חם), הבהירות גבוהה עד 155lm, מה שיכול להפחית את העלות לכל לומן ולשמור על יעילות זוהר גבוהה במיוחד. אפילו מספר קטן של נוריות LED יכול להשיג סטנדרטים גבוהים של תאורה.

לדוגמה, יש צורך רק בשבע נוריות OSLON SSL לעיצוב זרקור LED בסביבות 15W (ראה איור 5). כאשר זרם הנהיגה הוא 700mA, הבהירות של מנורת LED יכולה להגיע לכמעט 1,400lm, והגודל קטן מאוד. הודות לזווית הקרן של 80 °, כאשר הוא מצויד ברפלקטור או בעדשה, יעילות האור עדיין גבוהה מאוד. אפילו אם לוקחים בחשבון את פיזור החום ואובדן האור, שטף האור האחרון של המנורה יכול לעלות על 1,000lm. בנוסף, כאשר נדרשת טמפרטורת צבע שונה או אינדקס עיבוד צבעים, יש להחליף רק כמה משבע נוריות LED אלה עם נוריות לבן חם או נורות OSLON מונוכרומטיות אחרות. בדרך זו ניתן להשיג כל טמפרטורת צבע או עיבוד צבע גבוה יותר, והגמישות העיצובית של מנורת ה- LED גדלה מאוד.

עם ההתפתחות המהירה של טכנולוגיית LED והשיפור ההדרגתי ביעילות אור LED, יישומי LED יהפכו ליותר ויותר נרחבים. במיוחד עם הבעיה החמורה יותר ויותר של מחסור באנרגיה עולמי, אנשים שמים לב יותר ויותר לסיכוי הפיתוח של LED בשוק התאורה. LED יהווה מקור אור פוטנציאלי להחלפת מנורות ליבון, מנורות טונגסטן ומנורות פלורסנט. בנוסף, מבחינת עיצוב התאורה הפנימית, LED יטה לחסוך באנרגיה, הומני ואמנותי.

OSLON SSL LED עונה על הדרישות השונות של יישומי תאורה פנימית: לא רק גודל החבילה הוא קטן כמו 3 מ"מ על 3 מ"מ, אלא גם הביצועים יציבים ואמינים; יעילות הזוהר המרבית שלו עולה על 100lm/w, והיא יכולה לשמור על יעילות זוהרת מצוינת גם בזרמים גבוהים. , ובכך להפחית ביעילות את העלות הכוללת של המנורה; בנוסף, בגלל זווית הקרן של 80 °, הוא יכול להקרין את האור בצורה חלקה על העדשה או המשקף החיצוני.