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LED生产成本与技术难关有待攻克

   日期:2011-11-23     浏览:1291    评论:0    
核心提示:LED 是英文 light emitting diode (发光二极管)的缩写,它的基本结构是一块电致发光的半导体材料,置于一个有引线的架子上,然后四周用环氧树脂密封,起到保护内部芯线的作用,所以 LED 的抗震性能好。
  

led-特点

  LED特点和优点
 
  LED的内在特征决定了它是最理想的光源去代替传统的光源,它有着广泛的用途。
 
  体积小
 
  LED基本上是一块很小的晶片被封装在环氧树脂里面,所以它非常的小,非常的轻。
 
  耗电量低
 
  LED耗电非常低,一般来说LED的工作电压是2-3.6V。工作电流是0.02-0.03A。这就是说:它消耗的电不超过0.1W。
 
  使用寿命长
 
  在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达10万小时
 
  高亮度、低热量
 
  环保
 
  LED是由无毒的材料作成,不像荧光灯含水银会造成污染,同时LED也可以回收再利用。
 
  坚固耐用
 
  LED是被完全的封装在环氧树脂里面,它比灯泡和荧光灯管都坚固。灯体内也没有松动的部分,这些特点使得LED可以说是不易损坏的。
 
LED照明看似步入轨道,然目前仍有众多待解决的问题。从硬体面,对普遍消费者,价格往往是关键性考量,然而目前的LED照明成本依然偏高,除了LED本身的良率问题,构造过于繁杂也是LED照明目前成本居高不下的主因。一个取代白炽灯的灯泡型LED照明产品,就需有基板、LED、ACDC转换、稳压IC以及大面积的散热片,尤其大面积的散热片长久以来一直是LED照明无法避免的瓶颈,虽LED发光所发散之红外线较少,温升相较白炽灯以及萤光灯慢,然LED本身在运作时即会产生温度,且由于封装特性,不易散发,需透过被动散热片将高温散出,使LED温度维持在容许值,才能借此降低LED热衰竭与延长产品寿命,而目前仍以铝产品为主要材质,面积越大,也会使成本上升。
    散热设计各有不同
    散热模组的设计与灯泡品质也有相当的关联性,在良好的散热设计下,产品所发出的光才得以稳定且有长寿命;针对室内照明的模组已是如此,更遑论室外恶劣环境下的路灯与街灯模组,尤其在沙漠或是赤道内,温度的急遽变化,更是对LED照明的一大挑战。传统照明产品经过长期的发展已经相当成熟,且变因较LED照明少,早已能够在复杂的环境中正常运作,但是LED照明则由于刚开始发展,各厂商对组件整合后的特性还无法完全掌握,虽同为LED照明产品,但最终的成品设计已经天差地远,光是散热模组就有数种不同的诠释方式。
    另外,目前LED照明硬体方面仍处于过渡期的设计,目前的产品、尤其以家用,多采取替代性产品,是让LED照明去适应现有家庭照明架构,而非改变现有架构去适应LED照明。主要的原因仍在于现有的照明架构发展多年,为了迎接尚未完全成熟的LED照明,还未能全面汰换目前设备。尤其以萤光灯的汰换是最为麻烦,尤其多数消费者已经习惯搭配继电器使用,然而LED照明不须高压即可启动的特性,却会因此造成产品的损坏,明知只要劝导消费者卸下继电器即可,然产品中仍须安装一个避免继电器产生瞬间高压的缓冲装置避免万一,却也使成本提高。
    政策规范才能让产业上轨道
    软体方面,LED照明由于成本较高,消费者也不易接受需长期才能带来的省电优势,唯有从公部门的使用以及提出合理的补助,才能更快带动整个产业链的运转,除了官方单位的推广以外,也需要针对现有LED照明设备进行相关规范,尤其是针对产品寿命、安全性与产品可靠度等,都需有全面性的规范。尤其以街道照明的路灯,就需要严谨的规范,从寿命、衰退到光型、光均度等等,这些都是该与街灯有所不同的,街灯有一部分具有造景的功能,照明的功能仅是其中一项附加特性,还可允许光线不均等情形,然而路灯影响行车安全,不能因此造成行车用路的危险,如造成驾驶眩光或是无法涵盖路面等情形,这些都需要透过制定规范,才能有可依循的准则。
    也有业界人士表示,LED应用在LED照明市场相对仍然较小,但发展潜力振奋人心。LED在装饰照明、设计和标牌等市场上已站稳脚跟。LED在家居照明和办公照明等市场上在近年来有突破性增长,范围涵盖从终端消费者市场到专业应用的所有领域,其中专业应用市场的占有率出现较快增长,而终端消费者市场有望在2010/2011年左右出现大规模的突破性增长。LED在零售店和饭店的照明应用也在日益增长。
但是,LED灯具并不是要完全取代传统的室内照明光源。除了价格以外,影响LED照明普及的原因还有LED在光线品质的提高情况、流明效率的提升速度以及制造成本的下降幅度。换言之,光输出(流明)与采购和运行成本之间以及光输出与能耗之间都必须找到平衡点。
    共创LED照明蓝海
    综观LED照明市场,至今仍未达成熟,然而市场规模指日可期,毕竟就成本与特性,LED照明是时势所趋,未来的市场仍需要由公领域出发,如日本与欧洲透过法规直接对市场造成直接效应,业者即会因此全力发展LED照明设备,成本也才有更为降低的可能,而厂商也不能因此牺牲产品品质,对品质把关,就有赖生产厂商与官方针对产品寿命、安全性进行完整的规范,如日本由于LED照明多半由传统电子公司主导,对于产品安全性以及品质自然有所要求;而如欧司朗与飞利浦虽以开始推出产品,然而除一般照明用途,更推出不少用于情境照明产品,情境照明亦是LED照明相较传统照明优势,且仅需维护安全性,对于流明与匀度的要求不若用于照明严苛。
    然而目前最大的瓶颈仍在一般照明架构,尤其目前一般照明用电仍以交流电为主,转为固态后,势必还需透过转换,尤其目前大型照明设备采用的供电结构类似PC,但目前转换效率仍在85%徘徊,转换造成的能耗依然不理想,势必需要转换到直流电平台,才能发挥LED照明的优势,加上转换微直流电后,更容易与替代发电设施结合,发挥其环保与节能优势。而台湾LED照明厂商也要尽早脱离单纯组装概念,重新检视LED照明的每个环节,才能共同创造LED照明蓝海;尤其LED照明市场目前仍在萌芽与摸索,必须打好产品的基础,才有机会加深消费者对LED照明的良好印象,否则以目前多数组装式产品,不仅无法提供合理保固,光型与光均度皆不稳定的状况,加上价格偏高,也难以获得消费者青睐。
 1.可见光的光谱和LED白光的关系。 众所周之,可见光光谱的波长范围为380nm~760nm,是人眼可感受到的七色光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫,但这七种颜色的光都各自是一种单色光。例如LED发的红光的峰值波长为565nm。在可见光的光谱中是没有白色光的,因为白光不是单色光,而是由多种单色光合成的复合光,正如太阳光是由七种单色光合成的白色光,而彩色电视机中的白色光也是由三基色红、绿、蓝合成。由此可见,要使LED发出白光,它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。但要制造这种性能的LED,在目前的工艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的研究,人眼睛所能见的白光,至少需两种光的混合,即二波长发光(蓝色光+黄色光)或三波长发光(蓝色光+绿色光+红色光)的模式。上述两种模式的白光,都需要蓝色光,所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术,即当前各大LED制造公司追逐的“蓝光技术”。目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家,所以白光LED的推广应用,尤其是高亮度白光LED在我国的推广还有一个过程。
 
  2.白光LED的工艺结构和白色光源。 对于一般照明,在工艺结构上,白光LED通常采用两种方法形成,第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光;第二种是多种单色光混合方法。这两种方法都已能成功产生白光器件。第一种方法产生白光的系统如图1所示,图中LED GaM芯片发蓝光(λp=465nm),它和YAG(钇铝石榴石)荧光粉封装在一起,当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光,结果,蓝光和黄光混合形成白光(构成LED的结构如图2所示)。第二种方法采用不同色光的芯片封装在一起,通过各色光混合而产生白光。
 
  3.白光LED照明新光源的应用前景。 为了说明白光LED的特点,先看看目前所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯,其光效为12~24流明/瓦;荧光灯和HID灯的光效为50~120流明/瓦。对白光LED:在1998年,白光LED的光效只有5流明/瓦,到了1999年已达到15流明/瓦,这一指标与一般家用白炽灯相近,而在2000年时,白光LED的光效已达25流明/瓦,这一指标与卤钨灯相近。有公司预测,到2005年,LED的光效可达50流明/瓦,到2015年时,LED的光效可望达到150~200流明/瓦。那时的白光LED的工作电流便可达安培级。由此可见开发白光LED作家用照明光源,将成可能的现实。

 
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