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【專家思路】藍光“LED白熾燈“的設(shè)計思考

作者: 時間:2013-10-11 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  (incandescent lamp)自發(fā)明至今全世界使用了100多年。是將交流市電直接加在鎢絲電阻上,使其發(fā)熱而發(fā)光,從而照亮黑暗,使全世界數(shù)億人口在夜晚有了電燈帶來的光明與快樂生活,以及勞作的方便。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/222275.htm

  是將燈絲通電加熱到白熾狀態(tài),利用熱輻射發(fā)出可見光的電光源。自1879年,美國的托馬斯·愛迪生制成了碳化纖維(即碳絲)白熾燈以來,經(jīng)人們對燈絲材料、燈絲結(jié)構(gòu)、充填氣體的不斷改進,白熾燈的發(fā)光效率也相應(yīng)提高。但白熾燈的發(fā)光效率及其他光點參數(shù)比節(jié)能燈、鹵鎢燈等新光源差,正逐步被新光源取代。2012年10月1日起,中國將禁止進口和銷售100瓦以上普通照明白熾燈。

【專家思路】藍光LED白熾燈的設(shè)計思考

  圖1 百年白熾燈

  如何將LED燈設(shè)計制造得如同白熾燈一樣應(yīng)用方便?是擺在千百位LED照明燈具設(shè)計師面前的重大課題。

  藍光"LED白熾燈"也許可以。

  藍光"LED白熾燈"的設(shè)想

  2011年春夏,在設(shè)計"光引擎" 時已經(jīng)聯(lián)想到設(shè)計藍光"LED白熾燈"的方案?! ¤b于傳統(tǒng)的白光LED是直接在上涂覆黃磷熒光粉的,由于白光LED點亮后熱量很高,黃磷熒光粉在長期高溫熏烤下容易變性,導(dǎo)致用久之后顯色指數(shù)變差。在LED燈具內(nèi),如將黃磷熒光粉不直接涂覆在白光LED上,而是將黃磷染色在PVC燈罩上,在燈具內(nèi)與保持一定的距離,兩者疊加使用,同樣可求得LED燈具的白光或暖白光效果。由于黃磷濾色燈罩遠離LED熱源,因此,不會因LED光源的長期高溫?zé)径匣冃?,CRI(演色性)基本不變;黃磷濾色燈罩的配方可調(diào),燈光的顏色、色溫可隨客戶的需要調(diào)制,可滿足客制化的要求,生產(chǎn)差異化的產(chǎn)品。

  藍光"LED白熾燈"沿用白熾燈的結(jié)構(gòu)設(shè)計是為了方便傳承百年來白熾燈的使用習(xí)慣,創(chuàng)新其內(nèi)涵是賦予LED節(jié)能、無公害、長壽命的新技術(shù)。以藍光HV LEDs為光源,加上黃磷濾色燈罩。市電經(jīng)AC/DC整流和恒流驅(qū)動電源變換,輸出恒流直流電點亮藍光LED光源,藍光經(jīng)黃磷濾色燈罩的過濾二次發(fā)光,使"LED白熾燈"發(fā)出冷白光或暖白光。工作原理如圖2所示。

【專家思路】藍光LED白熾燈的設(shè)計思考

  圖2 "新LED白熾燈"的工作原理

  藍光"LED白熾燈"由于采用黃磷染色或噴涂黃磷的PVC燈罩,因此在未點亮?xí)r燈泡呈黃磷的黃色,當(dāng)其上電點亮后發(fā)出冷白或暖白的白光。未點亮的藍光"LED白熾燈"如圖3所示。黃磷染色或噴涂黃磷的PVC燈罩是關(guān)鍵技術(shù)。

【專家思路】藍光LED白熾燈的設(shè)計思考

  圖3 未點亮的藍光"LED白熾燈"

  LED光源的選擇

  藍光"LED白熾燈"的LED光源選擇首選藍光HV LEDs,這樣可以用高壓直流電直接點亮,可以簡化電源和降低電源成本、減少電源占用的空間?! VLEDs是在芯片生產(chǎn)時在硅片上直接做成的片上系統(tǒng)(SOC)或稱之為模組,這是LED芯片制造技術(shù)上的一個革命性的進步。一個2吋硅晶圓片上,一次可生產(chǎn)幾千個LED管芯,但是用通用的技術(shù)和工藝來生產(chǎn),各個LED參數(shù)的離散性很大,所以生產(chǎn)之后制造商需要逐個測參數(shù)分檔,客戶只能拿相鄰的三檔放在一單位(燈)里用,才能保證顯示光色的一致性。HV LEDs在生產(chǎn)時使用新一代的工藝和高超加工技術(shù),使同一硅晶圓片上的幾千個LED管芯的參數(shù)完全一致,使之可以在芯片生產(chǎn)時很方便地就近組成SOC的HV LEDs,如VF50V的模組上有16個LED,它們所有的電參數(shù)完全一樣(圖4)。這樣的藍光HV LEDs使用方便,成本可控。另有一種COB的藍光HV LED,就是用前述的通用技術(shù)生產(chǎn)的、參數(shù)離散型較大的藍光LV LED管芯,經(jīng)測試數(shù)據(jù)后將相同參數(shù)的配置在一起,重新組合成一個光源體。由于需要對LED管芯逐個測試、配對、篩選、組合,還有不少參數(shù)分散的無法配對組合使用,應(yīng)當(dāng)說生產(chǎn)成本會偏高。HV LEDs的工作電流20-60mA,與低壓LED需要300-700mA電流相比,工作時發(fā)熱相對要小一些。

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  圖4 藍光模組

  Energy Star要求LED球泡燈出光角度必須大于270度,因此LED光源的立體發(fā)光設(shè)計,是擴大燈泡發(fā)光角度的唯一解決方案。在球泡燈燈頭上設(shè)計一銅質(zhì)通心立桿,在其周圍和頂端安置LED燈珠或模塊,這樣可以設(shè)計盡可能大的角度的光輸出,實現(xiàn)類似白熾燈的發(fā)光。銅質(zhì)通心立桿可以幫助LED燈珠的散熱,由于銅質(zhì)通心立桿的面積有限,藍光"LED白熾燈"如求較大的發(fā)光角度,目前只能適用于3W的小功率球泡燈,它相當(dāng)于25W的白熾燈。如犧牲球泡燈接近燈頭的發(fā)光區(qū)域,用來安裝鋁質(zhì)

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