- 半導(dǎo)體LED光源環(huán)保節(jié)能的技術(shù)
- 半導(dǎo)體LED光源的市場需求
- 采用恒流驅(qū)動(dòng)，消除發(fā)光頻閃
- 專業(yè)的光學(xué)設(shè)計(jì)，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
- 采用高品質(zhì)的交直流轉(zhuǎn)換
A、白熾燈：缺點(diǎn)是發(fā)熱量大、耗電、發(fā)光效率較低、使用壽命短。
B、熒光燈管：缺點(diǎn)是顯色性較差(光譜是斷續(xù)的)特別是它的頻閃效應(yīng)，容易使人眼產(chǎn)生錯(cuò)覺，需要在設(shè)計(jì)上采取措施消除頻閃效應(yīng)，另外燈管內(nèi)存在著有毒的汞蒸汽，不環(huán)保。
本文提供了一種以半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)為光源的新型臺(tái)燈，其光源具有低壓直流驅(qū)動(dòng)、無頻閃、極低功耗、光線集中、環(huán)保、使用壽命長、易于控制等諸多優(yōu)點(diǎn)。具體的說，研制半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈的必要性主要有：
1半導(dǎo)體LED是綠色照明理想的光源
與傳統(tǒng)的照明工具相比，LED照明工具，特別是GaN基白光LED照明，在功耗及壽命方面均有不可比擬的優(yōu)越性。傳統(tǒng)白熾燈采用熱發(fā)光技術(shù)，浪費(fèi)了90%的能源，而發(fā)光二極管的效能轉(zhuǎn)換率卻非常高。由于半導(dǎo)體照明具有節(jié)能、長壽命、免維護(hù)、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，如同晶體管替代電子管一樣，半導(dǎo)體燈替代傳統(tǒng)的白熾燈和熒光燈也是大勢(shì)所趨;半導(dǎo)體LED越來越被認(rèn)同是綠色照明的理想光源。
2意義簡述
目前，涉足白光LED的照明產(chǎn)品(如本文探討的半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈)的企業(yè)基本上處于產(chǎn)品的研發(fā)和試產(chǎn)的階段。我們與國外企業(yè)的差距并不大，只要從現(xiàn)在開始抓緊，我們?cè)诎雽?dǎo)體光電子領(lǐng)域就一定能夠有所作為，這對(duì)我國照明傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)轉(zhuǎn)型和提升照明產(chǎn)品的國際競爭力有迫切而實(shí)際的意義。LED照明燈具包括半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈，從技術(shù)領(lǐng)域來看，也處于研發(fā)及小批量生產(chǎn)狀態(tài)。LED照明燈的技術(shù)水平，國際水平和國內(nèi)水平相差不大，基本可以說國內(nèi)及臺(tái)灣的發(fā)展水平略處于國際水平，因?yàn)長ED照明燈的生產(chǎn)居于勞動(dòng)密集型產(chǎn)品，在我國珠江三角洲地區(qū)正擁有世界上最豐富的燈具配套市場，因此擁有較好的技術(shù)基礎(chǔ)。
據(jù)分析，中國將可能是最大的LED照明產(chǎn)品生產(chǎn)國及出口國。國內(nèi)包括臺(tái)灣地區(qū)，各種LED照明產(chǎn)品技術(shù)及產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，絕大多數(shù)都技術(shù)含量低，產(chǎn)品質(zhì)量不高，產(chǎn)量小。而對(duì)如此大的市場，將LED照明產(chǎn)業(yè)化是當(dāng)務(wù)之急的大事。半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈將成為LED照明燈具進(jìn)入普通家庭的重要的產(chǎn)品之一。
國內(nèi)許多地方都出現(xiàn)不同程度的用電緊張的情況，研究低功耗的半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈也是當(dāng)務(wù)之急。
市場需求
1發(fā)展契機(jī)
按照目前的技術(shù)水平和發(fā)展趨勢(shì)，半導(dǎo)體照明普通市場開始啟動(dòng)的時(shí)間大約會(huì)在2006年前后，在未來的5至10年內(nèi)，這種半導(dǎo)體燈具很可能成為下一代照明的主流產(chǎn)品。與此同時(shí)面對(duì)半導(dǎo)體照明的巨大商機(jī)，世界各國紛紛行動(dòng)，以美國、日本、歐盟等國也紛紛開展半導(dǎo)體照明計(jì)劃，將半導(dǎo)體燈代入普通的日常照明領(lǐng)域。我國也于去年開始了國家半導(dǎo)體工程，LED行業(yè)迎來春天。計(jì)劃到2005年年底之前的這段時(shí)間將是半導(dǎo)體照明工程項(xiàng)目的緊急啟動(dòng)期，從2006年的"十一五"開始，國家將把半導(dǎo)體照明工程作為一個(gè)重大工程進(jìn)行推動(dòng)。這也為半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈的推廣應(yīng)用提供了良好的發(fā)展契機(jī)。
2半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈的吸引點(diǎn)
市場對(duì)于臺(tái)燈的要求可以從兩個(gè)方面劃分：一是追求個(gè)性化，由于書桌在居住環(huán)境中的地位越來越重要，因此，書桌上的重要擺放也成為主人個(gè)性及愛好的體現(xiàn);二是多功能性及保健性，無頻閃。半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈將充分體現(xiàn)上述兩大賣點(diǎn)。
3環(huán)境現(xiàn)狀的分析
目前國內(nèi)缺電的現(xiàn)狀2～3年內(nèi)不能徹底解決，電力供應(yīng)緊張勢(shì)必造成電價(jià)的提高及節(jié)能電器產(chǎn)品的熱銷。半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈最重要的一個(gè)特點(diǎn)也即將會(huì)促成熱銷的一項(xiàng)便是其低耗省電性能。
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主要技術(shù)特性與構(gòu)造
1光源分布
半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈作為局部照明如讀書寫字之用，要求的照度和照度均勻度比較高，需要把許多發(fā)光二極管串聯(lián)或者串、并聯(lián)結(jié)合使用，這就涉及到光源的分布問題。根據(jù)LED的發(fā)光強(qiáng)度、發(fā)光角度以及體積小等的特性，可以把多顆LED按照一定陣列(如矩形陣列、圓形陣列等、復(fù)合陣列等等)整合在一塊適當(dāng)?shù)碾娐钒迳?，再安裝在相應(yīng)的造型結(jié)構(gòu)里，從表面上看整個(gè)平面就形成一個(gè)發(fā)光面，故把這樣的一個(gè)裝有LED的平板式的結(jié)構(gòu)稱之為LED發(fā)光板。
可以把發(fā)光板看成是由一些規(guī)則的或?qū)ｉT設(shè)計(jì)的發(fā)光單元(模組)通過插接或別的聯(lián)結(jié)方式而構(gòu)成。該發(fā)光單元可以由一顆、兩顆或多顆LED按一定規(guī)律排列而組成，如4顆LED可以設(shè)計(jì)成一個(gè)2×2LED的矩形陣列的發(fā)光模組，這些發(fā)光模組可以很方便的拼裝成大的發(fā)光板。簡單的說，發(fā)光單元(模組)其實(shí)就是一個(gè)小的發(fā)光板。
2電源
LED屬于低壓直流器件，其正向?qū)妷旱牡湫椭?.0V～4.0V，驅(qū)動(dòng)電流為20mA。LED作為一種電流型器件，根據(jù)LED伏安特性可知道。為了使LED正常在穩(wěn)定、可靠的工作狀態(tài)，則必須為LED提供恒定電流。
所以，恒流電源被認(rèn)為是研發(fā)半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈的一項(xiàng)重要內(nèi)容。照明臺(tái)燈所用到的LED一般多為白光LED，可以用作白光LED驅(qū)動(dòng)電源的集成器件品種較多，大致分屬恒流源、電荷泵和開關(guān)電源三種類型，但專為LED照明系統(tǒng)配套的恒流電源目前還屬欠缺，主要存在幾個(gè)擬解決的技術(shù)難點(diǎn)及目標(biāo)：電流檢測負(fù)反饋功能、較寬的電壓波動(dòng)范圍、較高的電源轉(zhuǎn)換效率、高安全高可靠性以及較低的成本。
3照度
LED臺(tái)燈光源的方向性與傳統(tǒng)燈泡及熒光燈管的大面積照射不同。根據(jù)筆者所在的深圳市沃科半導(dǎo)體照明有限公司所研發(fā)的LED臺(tái)燈檢測的結(jié)果顯示，LED臺(tái)燈處于正常工作位置時(shí)，以光源光中心在桌面上的垂直投影點(diǎn)為中心，測量到正中心處的照度一般可以達(dá)到700lx以上。照射范圍也能夠滿足閱讀、寫字的要求;在有效的照射范圍之內(nèi)，其照度均勻，無頻閃。照度和照射范圍跟采用的LED的參數(shù)、數(shù)量和排布有關(guān)。
4色溫
色溫是用來表示光源顏色的量。當(dāng)光源發(fā)射光的顏色與黑體在某一個(gè)溫度下輻射的顏色相同時(shí)，黑體的溫度稱為該光源的顏色溫度。在閱讀時(shí)色溫偏高和偏低都會(huì)對(duì)人的眼睛產(chǎn)生不良影響。最適合閱讀的色溫一般在3300～5300K。半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈的色溫選擇范圍比較大，可以很方便的通過對(duì)LED的選擇而設(shè)計(jì)成接近自然光的色溫。
采用三基色的半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈的色溫可以調(diào)節(jié)，色溫可調(diào)的半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈一可以作為閱讀燈具，此時(shí)的色溫應(yīng)調(diào)節(jié)在3300～5300K的范圍之內(nèi);二可以作為家居燈光裝飾燈具，色溫可調(diào)節(jié)在3300K以內(nèi)，此時(shí)的顏色特征屬于暖色，給臥室等環(huán)境增加一些浪漫的暖和舒適的氣氛。
5功率
普通的半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈功率一般在3W以內(nèi)，如一個(gè)采用了20顆LED的臺(tái)燈，其所耗的功率也僅僅為1.6W左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比白熾臺(tái)燈和熒光臺(tái)燈要低。當(dāng)然，單只大功率LED器件的功率一般在0.9W～2W之間，也可以用在臺(tái)燈上，比如光源用了5顆大功率LED，總的耗電功率也在10W之內(nèi)，但其發(fā)光效率、發(fā)熱量卻不太理想，價(jià)格也相應(yīng)要高很多，即綜合性價(jià)比不高。
6構(gòu)造
與傳統(tǒng)臺(tái)燈結(jié)構(gòu)構(gòu)造區(qū)別最大的是光的重新分布部件。傳統(tǒng)照明光源為白熾燈或熒光燈等，其發(fā)光特點(diǎn)是光輻射幾乎占據(jù)整個(gè)空間，因此需要用反射器將其它方向上的光收集起來，投向要求的區(qū)域。通常采用的是拋物面反射器形成近似于平行的光束。而半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈，往往根據(jù)LED發(fā)光強(qiáng)度不同，在其中分布幾個(gè)至幾十顆LED。
由于LED發(fā)出的光線集中于一個(gè)較小的立體角范圍，在某些場所已經(jīng)可以滿足局部照明的需要，但如果需要更大的照射范圍，那就要使這些LED產(chǎn)生的光在通過一系統(tǒng)透鏡，而產(chǎn)生我們所要求的光分布。擬采用聚碳酸酯等新型材料制作光學(xué)透鏡做為研究創(chuàng)新突破點(diǎn)，目的和原則是在達(dá)到光學(xué)指標(biāo)情況下，進(jìn)一步降低半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈的成本，進(jìn)一步提高半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈局部照明的經(jīng)濟(jì)性。
隨著綠色照明概念的提出，研制新型的環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈成為當(dāng)務(wù)之急。深圳市沃科半導(dǎo)體照明有限公司立足于科技服務(wù)社會(huì)，不斷努力，業(yè)已研發(fā)出一系列半導(dǎo)體環(huán)保節(jié)能臺(tái)燈，成為國內(nèi)將半導(dǎo)體LED用于室內(nèi)照明的最重要的先驅(qū)廠家。其推出的實(shí)用新型的臺(tái)燈，由于以發(fā)光二極管為光源，再配以專門設(shè)計(jì)的外形結(jié)構(gòu)，可極大限度地利用光的效率，給人以溫馨或者恬靜的感覺，特別適用于家庭、賓館以及辦公室等環(huán)境的工作、學(xué)習(xí)、休息等照明與裝飾的需要，由于基本消除了頻閃，使得燈光對(duì)視力保健更有效果，同時(shí)，還具有節(jié)省電能的效能。
具體包括：
①采用恒流驅(qū)動(dòng)，消除發(fā)光頻閃，能有效的保護(hù)視力，預(yù)防近視;
②專業(yè)的光學(xué)設(shè)計(jì)，獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充足的照明空間，使學(xué)習(xí)、工作、居住環(huán)境更加舒適，更加安全;
③采用高品質(zhì)的交直流轉(zhuǎn)換與3.5W以內(nèi)的LED矩陣的完美匹配，其光衰系數(shù)非常小，燈具使用壽命更長久;
④采用高顯性能LED使得物體更亮麗、逼真、光線更柔和，適合于工作、閱讀、書寫等局部照明與娛樂之用;
⑤配置有儲(chǔ)電裝置，可反復(fù)充電，平時(shí)由市電供電，當(dāng)市電供應(yīng)斷開時(shí)，可轉(zhuǎn)為由儲(chǔ)電裝置供電。綜上所述，本實(shí)用新型臺(tái)燈提供的光線照度均勻、無閃爍，并且產(chǎn)品使用壽命長、省電、反應(yīng)速度快、環(huán)保、防爆、冷光源、安全性高，適合一般的工作、學(xué)習(xí)、居住等局部照明之用。
相信隨著科技的發(fā)展，未來的照明光源將以環(huán)保節(jié)能的半導(dǎo)體發(fā)光器件為主，更易控制和實(shí)現(xiàn)多功能化和智能化。
