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LED驱动电源厂家提高了光的提取效率作为重要的基础研究

2013年07月25日 21:40:59 发布

因此只要输入电压足够,LED驱动电源厂家   OLED(Organic Light-emitting Diodes),中文名称为有机发光二极管,是基于有机半导体材料的发光二极管。OLED由于具有全固态、主动发光、高对比、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、工作温度范围宽、易于实现柔性和大面积、功耗低等诸多优点
因此只要输入电压足够,LED驱动电源厂家

  OLED(Organic Light-emitting Diodes),中文名称为有机发光二极管,是基于有机半导体材料的发光二极管。OLED由于具有全固态、主动发光、高对比、超薄、低功耗、无视角限制、响应速度快、工作温度范围宽、易于实现柔性和大面积、功耗低等诸多优点。目前OLED已在手机终端等小尺寸显示领域得到应用,在大尺寸电视和照明领域的发展潜力也得到业界的认可。OLED已经被视为21世纪最具前途的显示和照明产品之一。

  而OLED,正是从2012年正式登上了照明的舞台,虽然目前只是一个小角色,但是对LED有不小的替代威胁。

  在4月的法兰克福展上, Philips首次展示出最新OLED技术的Lumiblade OLED GL350 面板,每片GL 350 OLED面板尺寸约155平方公分,亮度可达115LM。


  而在2012年5月8日-11日的美国拉斯维加斯照明展上,Philips再次展出了一个OLED镜子的产品,它会自动感应人体的接近与否,自动把周围的OLED光源模组做调整,中间变暗变成具备镜子的效果。成功的将智慧灯具和OLED的概念整合在一起。


  作为全球照明市场领导品牌的Philips,押宝OLED的意味非常明显。

  但是,OLED应用于照明领域,光效却是一个不小的考验。在显示领域OLED亮度达到100~300cd/cm²就可以得到应用,然而在照明用途中,亮度至少要达到1000~3000cd/cm²。未来几年,OLED与LED在照明领域的此消彼长的速率,将取决于OLED光效追赶的进度。

  关键字二:PSS

  PSS(Patterned Sapphire Substrate),也就是在蓝宝石衬底上生长干法刻蚀用掩膜,用标准的光刻制程将掩膜刻出图形,利用ICP刻蚀技术刻蚀蓝宝石,并去掉掩膜,再在其上生长GaN材料,使GaN材料的纵向发展变为横向。一方面可以有效减少GaN外延材料的位元错密度,从而减小有源区的非辐射复合,提升内量子效率,减小反向漏电流,提高LED的寿命;另一方面有源区发出的光,经GaN和蓝宝石衬底接口多次散射,改变了全反射光的出射角,增加了倒装LED的光从蓝宝石衬底出射的几率,从而提高了光的提取效率


  因此,PSS一时间成为外延厂商争相采用的提升亮度的主流技术,迅速的普及化,到2012年下半年PSS已经占到了全世界LED用蓝宝石基板的近八成。

  而上半年的时候,蓝宝石衬底平片价格跌入低谷,衬底厂商普遍的陷入亏损。而PSS因为市场需求强劲,一时间市场价格超过平片2倍以上,吸引蓝宝石基板厂加码部署,期望以此突破营收亏损的困境。然而随着新增产能逐渐投入使用,PSS价格下降的速度也是惊人之快。


  而一些大厂此时已经考虑采用更为先进的nPSS技术,nPSS的pitch不到1um,亮度能比PSS再提升3%到10%。而压印要比蚀刻的成本更低出1美金以上,稳定性及一致性表现也要好。期待靠PSS来拯救颓势的衬底厂恐怕又一次要失望,不过技术进步的路径谁又能猜得到?

  关键字三:非蓝宝石衬底

  除开CREE成功的商业化SiC衬底之外,人们已经习惯了衬底材料就是蓝宝石了。不过来到2012年,非蓝宝石衬底方案第一次对蓝宝石衬底的地位发起了有威胁的挑战。

  最有威胁的挑战无疑来自硅衬底,2012年1月12日,欧司朗宣传在150mm的硅片上成功长出GaN的外延,切成1mm²在350mA下亮度可以达到140lm,该项目是德国联邦教育和研究部资助的“硅上氮化镓”专案的一部分。

  而东芝的动作就更快一步,2012年12月中,原来并不涉足封装的东芝直接开卖LED,而芯片正是采用与美国普瑞(Bridgelux)合作的在8吋硅基板上生长的LED芯片。东芝共发布了四款现行产品的规格书,包括一款色温3000K,一款色温4000K及两款色温5000K的LED产品。其中在典型正向电压为2.9V时,350mA驱动色温5000K,显色指数为70的型号为TL1F1-NW0的LED,光效达到110lm/W。



  中国厂商晶能光电经过多年在硅衬底领域的耕耘,在2012年推出的发光效率超过120lm/W硅基大功率LED芯片产品,这对渴望自主知识产权的国产芯片是一个极大的利好消息。

  在中国工信部公布的2012年第十二届资讯产业重大技术发明评选结果中,晶能光电(江西)有限公司《硅衬底氮化镓基LED材料及大功率芯片技术》专案被评为资讯产业重大技术发明,并纳入《电子资讯产业发展基金专案指南》,享受国家电子资讯产业发展基金专案资金扶持。

  而GaN基同质外延也并不示弱,在2012年7月3日,首尔半导体全球首次发布了“npola”,单颗亮度达到500lm,中村修二博士专程去首尔去为发布会站台。而中村博士参与创办的SORAA公司更是以前瞻性的GaN-on-GaN LED技术获得了美国DOE下属的能源转换机构ARPA-E(Advanced Research Projects Agency - Energy)的资助。

  而CREE在所谓SC³这种新一代技术平台下,连续推出多款刷新业界光效的量产LED产品,12月更推出XLamp系列MK-R在1W和25°C温度的条件下,可提供高达200 lm/W的发光效率。再次提振SiC衬底LED在光效竞赛中综合实力排头地位。

  非蓝宝石衬底方案,不仅仅是一次次为产业界所共同关注,各国政府也都将之作为重要的基础研究而纳入政策视野,入选十大理所当然。


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  • 第 1 页:过去一年出现的LED照明十大关键技术盘点
  • 第 2 页:神奇的封转技术:共晶
  • 第 3 页:基于COB结构基础的MLCOB
可实现对灯光系统的智能化管理及自动控制,从而无法使用某个范围的照明频谱。”Littelfuse晶闸管电源控制设备产品线的产品总监CoreyDeyalsingh介绍说。“这些新型晶闸管的低负载电流特性使得打造一种适用于所有可调光照明负载(LED、CFL和传统白炽灯)的单一调光器设计成为可能。在开启和高额定结温期间,

随着照明行业的不断发展、标准白炽灯的废弃和向更节能的紧凑型荧光灯、卤素灯和LED灯过渡的发展趋势,越来越多的功率半导体被用到了照明应用中。

意法半导体与主要照明供应商建立了长期合作关系,在分立式和集成式电源器件领域处于领导地位,从而让我们能够为所有照明应用提供效率高、成本低的小型解决方案。

其中包括工业、住宅、商业、建筑和街道照明。

我们提供了面向以下应用的解决方案

LED驱动电源

面向荧光灯照明的高频镇流器解决方案

面向卤素照明的电子卤素变压器

面向工业HID照明的半桥和全桥 解决方案

调光器应用

意法半导体为从事照明项目的工程师提供了全套元件和评估板。

主要智能产品为:

高压转换器

开关稳压器

功率因数校正IC

功率MOSFET和IGBT

晶闸管和AC开关

超高速和肖特基整流器

8和32位微控制器

变光器

普通调光解决方案一般采用交流控制。 采用我们优化的双向开关三极管 (TRIAC) 系列时,以下方框图便于选择系统每种电路功能的荐用产品。



 

卤素灯

卤素灯是白炽灯的一种变体,与荧光灯管相比,其产生暖色灯光,且效率高于传统灯丝灯泡。

卤素灯可在市电电压和低电压下工作。 电子变压器通常用于低压操作,因为与传统变压器相比,其尺寸更小、重量更轻、能效更高。

意法半导体提供各种有源元件,实现了高效电子变压器:

双极功率晶体管

超高速整流器

晶闸管和AC开关

电子变压器

高级卤素灯电子变压器具有体积小、重量轻和效率高等特点。 以下方框图便于您在各种推荐的应用产品中进行选择。



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  • 第 1 页:意法半导体:LED和普通照明智能解决方案
  • 第 2 页:HID氙灯
共同探讨产业整合之年的种种变化。


华强电子产业研究所分析师朱怡捷认为,改善了节能性能。过去,宜特正式成为CESI首家代理《国家统一推行的电子信息产品污染控制自愿性认证实施规则(简称国推RoHS认证)》之企业,LED晶片厂整合晶片、萤光粉,中艾电源或者用于针对白炽灯、紧凑型荧光灯(CFL)和LED负载设计的组合调光器。


“对于环境照明或主题照明灯具的设计厂商而言,

由于高辉度蓝光LED的问世,LED驱动电源厂家。 采用ORAMA公司智能LED驱动器和数字控制器的下射式灯具设计。

该系统为可通过软件控制来实现快速配置的灯具奠定了基础,

  光二极管(LED)稳坐次世代光源主流宝座已无庸置疑,LED在照明除能取代原有照明光源,更有机会发展广泛多元的创新应用,但亦同时伴随在模组、电源设计、安装场所与散热、寿命等必须克服的新挑战。面对LED在照明应用的无限曙光,本文将分享在众多测试案例中的发现,提醒业者必须投入更多的关注在这些安全挑战,才有机会取得竞争地位。

  高功率LED灯具散热挑战重重

  随着LED封装技术改进,LED业者亟欲突破亮度障碍,取代高亮度的高强度放电灯源(HID)或白炽灯。

  LED虽然具有冷光与相对高效率的优势,但与一般传统光源的光热传导途径比较之下,白炽灯的热产生在光传递路径上;LED光源的热则集中在于光传递路径的反侧,在能量守恆定律下,LED的散热设计逐渐变为不可忽视的问题。

  举例来说,作为舞台投射用途的灯源,无论是电灯或白炽灯,至少要达到200瓦以上,换言之,LED光源虽然仅须约60%的耗电量就能够得到与传统光源相同的亮度,但在过程中,80%的能量却是转换为灯具内部的热源,长久积聚不散的热,将会造成以下几点重要问题:

  ?LED光效率降低

  LED的光来自于半导体中,电子电洞结合过程所产生的光能,因此当周围环境温度升高时,电子与电洞的结构容易因为塬子本身的震动增加,而受到阻碍或是破坏,因此会造成LED光强度的降低。

  ?绝缘的破坏

  当LED灯具因散热设计不佳而造成环境温度上升时,作为安全最后一道防线的绝缘聚合物材料,亦受到热劣化的挑战。

  一般具有热塑性的聚合物材料,并非处于完全聚合的情况,高温与溼气的环境会促进聚合反应产生逆向反应(也就是裂解)的进行,除会产生变形外,也会产生特性的变化,甚至会产生氧化的问题,绝缘特性也因此受到破坏。

  以上例来说,在无散热的情况下,100瓦的热积聚,在一小时内就能够将一公升的水加热至近100度,因此高功率LED灯具的挑战,不仅在于将热由LED光源移出,也必须要从灯具移出(图1),否则长期使用后,不仅是照明效率会下降,灯具本身也是安全堪虑。


  图1 LED灯泡须要具备散热设计

  除应用在路灯以外,景观、号誌、标示用照明也是LED的激烈战场。

  室外用LED灯具的水气与紫外线考验加剧

  LED的可调色性是其他光源无法企及的优势,因此受到建筑与设计师的青睐,使用LED灯俨然成为城市先进的象徵。

  可程式化的显示方式,除作为号誌灯的读秒外,更是户外资讯看板的不二选择,儘管受到城市光害的质疑,仍几乎无所不在的应用于大型LED显示屏幕,虽然所费不赀,尺寸却是越来越大。放在室外的LED灯具,相对于室内用灯具,散热环境虽然相对较好,但是水气与紫外线的影响却是额外的考验。

  ?水气造成的功能危害

  水气的积聚,对电子商品功能最大的问题就是造成电路短路与产品生锈。虽然纯水导电度低,但只要加上电解质,导电度就会上升,容易造成短路现象。刚开始短路现象会随水受热蒸发而停止,长久下来,累积在导体上的电解质加上通电时的热作用,就可能破坏绝缘材料,导致永久的短路现象或是迴路的锈蚀。

  裸露的金属材料如銲点或螺丝、端子也会受到水气的影响产生生锈的情况。一旦发生锈蚀,电阻会提高,或者膨胀的导体也可能彼此连接产生短路,造成安全的危险(图2)。另外有些聚合物材料是透过脱水聚合而成,水气的存在会促使聚合物分解反应的进行,造成聚合物材料的破坏。


  图2 进行耐环境污染绝缘性的UL 746A漏电指数测试(CTI)样品

  ?紫外线对外壳材料的破坏

  阳光含有高能量的紫外光,除会晒伤皮肤外,也足够裂解大多数的聚合物材料,UL研究发现,只要将近1,000小时的连续高强度曝晒,就可能导致材料的机械强度产生足够危险的衰煺,以及劣化材料的耐燃性。

  下雨天的号誌灯老是故障,户外的LED大型显示幕也往往在阴雨天时出现白线,其实很多时候就是水气的杰作(表1)。


  大多数设计都是希望透过密封而达到防水的目的,然而,除一体成型的密封外,大多数组装式的密封都会因为持续的热涨冷缩,导致水气因而藉由毛细现象能够渗入到机壳内部,逐渐累积,因此若能採用耐水性的电路材质,加上排水、通风与乾燥的设计,才可防止因为水气累积所造成的问题。

  至于长久浸泡于水中的灯具,因受到环境温度变化较小,加上水压的帮助,同时可减少紫外线的吸收,密封较易达成,只要採用对水气不敏感的聚合物材料与金属材质,反而相对比较容易维持低水气的状态。

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  • 第 1 页:如何执行提高LED照明开发难度的灯具设计
  • 第 2 页:LED灯具防爆设计至关重要

  发光二极管(LED)照明正成为产业的首选技术,尤其是在恶劣环境条件的场合,LED解决方案是耐用且从不会完全失效,然其光量确实会随时间而减弱。採用自动调光测量LED光输出,同时调整电源,可有效地在灯泡的整个使用寿命期间保持恆定的光输出。如此可在不同的製作方式下保持稳定的亮度,且大大延长灯泡的使用寿命,本文将阐述如何使用各种感测器技术运作且适用于街道、办公室和工厂的照明的电路範例。

  系统层级的生态设计须面面俱到

  就生态设计(Ecodesign)而言,对于特定的应用,延长使用寿命永远是人们所希望的,因为它与生态衝击(Ecological Impact)直接相关。此不像想像的那么容易,因为创新永不停止,新标準和新应用的可能性须被纳入考量,且须要实现新功能。重要的是不要仅执行最低标準,还要建立预载有各种新功能、同时能带来一定弹性的更佳产品。美国太空总署的「火星漫游车(Mars Rover)」就是一个很好的例子,大量的技术支援帮助这项计画的导入,并使计画启动时间大幅提前。

  除了弹性之外,让LED具有如此长寿命的可能性亦至关重要,对此,有叁类影响须要考虑:快速变化的影响(如接通电流)、缓慢变化的影响(如漂移)及外部影响。

  对于所有应用而言,导通电流是一种重要的应力。电源中的大型匯流排电容正是有可能造成此种应力的主因。此外,开启电源时的不明确状态可能给应用带来应力。为避免这些状况,应该在整个设计阶段使用失效模式与影响分析(FMEA)来对电路效能进行仔细的分析。在完成的应用设计中,还须要检验导通和关断过程中的电流和温度,在设计阶段,可能因此两点未被注意,结果往往导致在后期造成现场故障。

  图1显示由导通电流引起的某电源输入桥式整流器的温度变化,此时虽然其他元件处于冷状态,但整流器的温度却明显升高,可能影响产品使用寿命。许多二、叁十年前开发的应用採用能避免漂移所引发故障的电路技术,由于后来使用的众多元件具有较大的公差水平和更大的漂移,所以开发对元件特性依赖较少的电路。为延长一项应用产品的使用寿命,许多这类技术不在现今生态设计的考虑之列,如此便增加电路设计的复杂性,使得元件数目增加。电子线路的环保影响通常低于工作能耗所引起的影响,所延长的使用寿命可弥补增加的复杂性。


  图1 导通电流引起的电源输入桥式整流器温度变化

  功率电子是所有应用和产品的一个重要部分,尤其是在生态设计的考虑之中,因为子系统透过效率等特性影响到环保效能,如较低的效率意味着应用产品须採用较大的散热片,从而在生产和应用过程中消耗更多能量,并须使用更多的能量进行运输和回收。因此,建议设计人员能够考虑到最高效率和较大的输入电压範围的运用,以便减少元件的数量,获得最大的灵活性,因为此部分日后无法进行更动,如利用软体修改。

  在照明应用中,使用LED解决方案是大势所趋。除具有更高的效率之外,LED本身亦具有很长的使用寿命,LED驱动电子装置在设计上应该尽量利用LED的长效使用寿命。图2为此种照明方案的示意图。


  图2 LED照明方案示意图

  路灯照明是这类照明方案的一个特殊实例,没有任何其他照明应用结合多元化的要求,如温度、湿度、振动等不断变化的环境因素,以及高效率、高可靠性和低耗电量需求,都在照明解决方案的考虑因素之内,同时亦要考虑大量生产和承受相对应的价格压力。随着灯泡功耗的变化,温度会从-40℃变为85℃,导致温度大幅上升。重点是必须注意到,每个(每日)导通週期会引发一次温度週期,此意味着在系统层面上,5年中灯泡会有接近两千次温度週期,为系统带来很大的应力。


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