为什么 LED 需要这么长时间才能像灯泡一样出现?

电器工程 引领 灯光 生产
2022-01-03 23:53:47

LED是一项古老的技术,为什么行业需要这么长时间才能将它们放入灯泡中?是否缺少任何技术差距?

4个回答

如果没有高效的蓝色 LED,无论是使用 RGB LED 还是蓝色 LED + 黄色荧光粉,都无法产生白光。

突破是在 1990 年代初期, Shuji Nakamura在 Nichia发明了高亮度氮化镓蓝色 LED 。

将整体效率提高到荧光灯泡的水平还需要一段时间,直到最近十年,LED 才最终脱颖而出。

生产具有合理“色温”(白色阴影)和适当高效率的 LED 需要很长时间。LED 的正常工作原理只产生单一的光带,就像激光一样。所以白色的由蓝色或紫外线 LED 和磷光体再发射器制成。

为了方便更换传统灯具,LED 灯泡还需要一个小型、廉价的恒流 AC-DC 转换器。这通常是某种开关模式电源。这些也只是在过去十年中才真正变得便宜且广泛可用。

另见L 奖。

迄今为止,大多数答案都集中在用 LED 复制白光的技术挑战上,而蓝色 LED 的开发是这方面的重大突破。有人提到了开发具有足够效率的蓝色 LED 以制造实用灯的难度。虽然这对于实践 EE 来说可能是显而易见的,但我认为值得更详细地阐述为什么效率太低会阻碍商业化:即普通的旧热量

LED 的一个经常被引用的优点是它们不会产生热量,而且摸起来很凉爽。事实还是虚构?

从某种意义上说,这是真的:LED 摸起来很凉,因为它们通常不会以红外线 (IR) 辐射的形式产生热量(当然,除非它们是 IR LED)。红外辐射加热白炽灯泡和其他光源的外壳和周围环境,使它们摸起来很热。没有 IR 辐射允许 LED 固定装置放置在传统来源的热量会导致特定问题的位置,例如照明食品或纺织品。

然而,至关重要的是,由于产生光的半导体工艺效率低下,LED 器件本身会产生热量。LED 封装的墙插效率(光功率输出除以电功率输入)通常在 5-40% 范围内,这意味着输入功率的 60% 到 95% 以热量的形式损失掉。

100 瓦 GLS 白炽灯泡消耗的能量产生大约 12% 的热量、83% 的红外线和仅 5% 的可见光。相比之下,典型的 LED 可能会产生 15% 的可见光和 85% 的热量。 尤其是对于大功率 LED,必须通过有效的热管理来消除这些热量。如果没有良好的散热,LED 的内部(结)温度会升高,这会导致 LED 特性发生变化。

...

最重要的是,结温会影响 LED 的寿命。与其他光源不同,LED 不会发生灾难性故障(尽管少数会发生故障,尤其是在您烹饪时);相反,LED 的输出会随着时间的推移而减少。

(重点补充)

— T.惠特克。“事实或虚构——LED 不产生热量”。LED 杂志,2005 年 5 月。http://www.ledsmagazine.com/articles/2005/05/fact-or-fiction-leds-don-t-produce-heat.html

谷歌图片搜索“led灯泡散热器”出现了一个名副其实的散热器设计动物园:

         散热器 1    散热器 2    散热器 3
          (点击图片查看大图)

我怀疑由于热管理所需的外形尺寸存在显着差异,市场渗透率存在一些滞后。

另一个导致几年延迟的次要非技术方面是与蓝色 LED 生产相关的专利问题。

Nakamura 工作的 Nichia 拥有许多关键的 GaN(氮化镓)专利,但并非全部。其他公司,例如 Cree(SiC 专利)和 Toyoda Gosei(其他 LED 专利)拥有大量生产蓝色 LED 所需的其他关键专利。

技术问题一般在 1990 年代后期就已解决,但由于专利诉讼问题,大型 LED 厂商并没有生产任何数量的蓝色 LED(部分是,大部分?)。

到 2002 年底,完成了一些关键的专利交叉许可协议,并且在 1-2 年内,蓝光 LED 的产量大幅增加。

Cree 和 Nichia 宣布专利交叉许可协议和诉讼和解 http://www.nichia.co.jp/en/about_nichia/2002/2002_111301.html

日亚化学和丰田合成解决 LED 纠纷 http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1178214