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          LED初露鋒芒

          ——
          作者:Dan Strassberg 時間:2005-08-31 來源:EDN電子設計技術 收藏
          初露鋒芒
          在電子產品指示器中占據主導地位,現在甚至在交通信號燈和剎車燈中的使用超過了白熾燈。這種狀況還僅僅是個開端。
            要點
            ●  將最終成為一種主要的關鍵技術,并逐步取代白熾燈等產品。
            ●  促使人們使用 LED 的最重要因素是它具有較低的長期成本。即使永遠不會降到與白熾燈相當水平,LED 的初始成本也正在快速下降,而其它照明技術的這一成本則維持不變。
            ●  LED 已經大舉打入許多有利可圖的應用領域,如劇院照明。

          --------------------------------------------------------------------------------------------------
            使照明器材行業(yè)從黯然衰退中重現輝煌,這可不是件簡單任務。不過,20世紀的確把照明技術等同于白熾燈技術。比較新式的照明器材,如小型熒光燈和高亮度放電燈,繼續(xù)在迅速發(fā)展,但它們不再處于技術前沿?,F在,照明器材的創(chuàng)新大多集中在固態(tài)光源上,主要是 LED()。然而,盡管 LED 是占主導地位的指示器,但它們迄今已在專業(yè)照明系統(tǒng)中取得了最大成功。幾乎可以肯定的是,還得再過幾年,也許更長時間,才能成熟到取代老式照明燈,擰入大多數燈座。
            照明器材行業(yè)的某些觀察家至少把造成這種局面的部分責任歸于該成熟行業(yè)的垂直整合結構。白熾燈和熒光燈制造商不會從第三方購進其產品的主要元件。而照目前的情況來看,這正好是大多數 LED 燈制造商所面對的局面:主要的電燈制造商都不生產作為 LED 燈核心部件的半導體芯片。(包括參考文獻 1、2 和 3在內的幾個網上術語匯編,對照明術語如“電燈”作了解釋。)
            盡管存在著與照明器材行業(yè)的結構和商業(yè)慣例不相容這種情況,但照明工程師們仍然對 LED 保持著濃厚的興趣,因為在所有電照明器材中,只有固態(tài)發(fā)光器才是足夠新穎的,可以從技術的飛速進步中不斷獲益,使成本大幅度下降。老式照明技術的成本保持恒定不變,只有固態(tài)光源才能顯著降低 COL(照明成本)。
            根據某些估計,去年 LED 燈的 COL 已經低于鹵素燈。大約到 2007 年,LED 燈的成本——現在稍低于 27 美元/MlmH(百萬流明小時)——應降低約 75%。價格如此下降將使 LED 燈的 COL 與熒光燈的 7 美元/MlmH 大致相同。這種改善在很大程度上源自光輸出的增強,但即使不考慮光輸出的增加,照明所用的 LED 燈的價格也正在下降。
            
          “照明成本”的含義
            這里需要解釋一下照明成本 (COL) 的含義。COL 不僅涉及電燈的初始成本,還涉及電燈所消耗的能源的成本,當電燈無法正常工作時更換電燈所需的勞動成本,以及所需電燈更換的平均頻率。白熾燈的初始成本很低,但它們將電能轉換成光能的效率比較低,而且它們很快就會燒壞。從白熾燈燒毀意義上說,LED燈很難燒壞。它的光輸出的下降速度慢得幾乎難以覺察。計算 LED 的 COL 時一般都假定: LED 燈的光輸出降到一半時, LED 燈的使用壽命就終止。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/8036.htm
            照明工程師們一般假定典型 LED 燈的壽命是 75000 小時,而普通白熾燈的壽命只有 1000 小時。獲得上述 COL 值的其他假設是:電能成本為 10 美分/kWH(千瓦小時),更換電燈的勞動成本是 15 美元(在工業(yè)系統(tǒng)中,這是一個合理的勞動成本值)。COL計算沒有把 TVM(資金的時間價值)考慮在內,而TVM說明美元的購買力隨時間而減少。若 把TVM考慮進去,則多少會加快 LED 在成本上達到與熒光燈相同的速度。(如欲獲得更多的信息,請訪問北美照明工程學會網站,其網址 為www.iesna.org。)
            誠然,成本并不是照明技術的一切。審美問題也很重要,而且從審美的觀點來看,今天的白光 LED 并不是人人都想要的。事實上,市售的大多數白光 LED 其實是激發(fā)白磷光體來擴展寬輸出光譜的藍光 LED。其他發(fā)白光的 LED都使用 UV(紫外光)發(fā)光器來激發(fā)光輸出或多或少是白光的組合磷光體。這樣發(fā)出的光都是一種“冷”光,大多數人感到不如白熾燈甚至新型熒光燈發(fā)出的光柔和、悅目。而且,與白熾燈相比,這種 LED 燈的光譜會因樣品不同而相差較大,而且也會隨工作條件的變化而發(fā)生較大變化。
            對于這一問題,LED 燈設計師發(fā)明了一個解決方法,這種方法在專業(yè)照明系統(tǒng),如劇院照明系統(tǒng)中很適用,但對普通照明來說,目前還過于昂貴。假如你用組合在一起的紅、綠和藍三只LED替代一只藍光或UV發(fā)光器,并且用可變占空因數的脈沖波形去激勵這三只LED,那你就可以得到一盞你可在整個可見光譜范圍調節(jié)其輸出顏色的燈。這樣的燈有可能實現動態(tài)的視覺效果,而且有朝一日會變得價格低廉,低到足以全面解決白光 LED 的“溫暖”問題。但更有可能的是,有人將會首先完善另一種低成本的方法——也許是在一個發(fā)光器系統(tǒng)中增加一只低亮度黃光 LED。
            
          每盞燈都有一個微處理器?
            盡管現在的照明器材市場對價格很敏感,但許多基于 LED 的照明燈現在卻具有令人難以置信的先進技術水平。目前,內含三只 LED 和一個 8 位微處理器的燈是很常見的,不過照明工程師們試圖將這種智能用于有利可圖的照明系統(tǒng),因為這種照明系統(tǒng)的價格可以比普通照明產品更高。內含微處理器的常常應用于劇院照明等需要可編程能力的場合??删幊棠芰σ笤谡彰骺刂破骱投啾K燈之間進行通信,而且一般還要求每盞燈內都有微處理器或 ASIC的智能芯片。針對這些應用系統(tǒng),照明工業(yè)開發(fā)了 DMX512 通信協議。DMX512 可以在以太網物理層上運行。由于以太網在辦公室和工廠已經普及,所以一些照明器材制造商認為 DMX512 與以太網結合順理成章,照明控制功能與其他樓宇控制功能必然共享以太網物理層。
            和其它成熟市場一樣,照明市場也是分得很細的。各個細分市場都有不同的要求,需要專門設計的產品。一個局外人也許會很容易地——而且錯誤地——得出一個結論,認為一種產品可滿足多個細分市場的要求。然而,這一結論很可能忽略了各種不同應用系統(tǒng)之間的細微差別。
            美國 Color Kinetics 公司提供了如下一份照明細分市場清單:
            ●  學校、教堂、醫(yī)院和公司的建筑照明;
            ●  飯店、旅游勝地、餐館、游輪和溫泉浴場的迎賓照明;
            ●  建筑、橋梁、體育場、體育館和機場的市政照明;
          指示器中占據主導地位,現在甚至在交通信號燈和剎車燈中的使用超過了白熾燈。這種狀況還僅僅是個開端。
            要點
            ●  LED 將最終成為一種主要的關鍵技術,并逐步取代白熾燈等產品。
            ●  促使人們使用 LED 的最重要因素是它具有較低的長期成本。即使永遠不會降到與白熾燈相當水平,LED 的初始成本也正在快速下降,而其它照明技術的這一成本則維持不變。
            ●  LED 已經大舉打入許多有利可圖的應用領域,如劇院照明。

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            使照明器材行業(yè)從黯然衰退中重現輝煌,這可不是件簡單任務。不過,20世紀的確把照明技術等同于白熾燈技術。比較新式的照明器材,如小型熒光燈和高亮度放電燈,繼續(xù)在迅速發(fā)展,但它們不再處于技術前沿?,F在,照明器材的創(chuàng)新大多集中在固態(tài)光源上,主要是 LED()。然而,盡管 LED 是占主導地位的指示器,但它們迄今已在專業(yè)照明系統(tǒng)中取得了最大成功。幾乎可以肯定的是,還得再過幾年,也許更長時間,才能成熟到取代老式照明燈,擰入大多數燈座。
            照明器材行業(yè)的某些觀察家至少把造成這種局面的部分責任歸于該成熟行業(yè)的垂直整合結構。白熾燈和熒光燈制造商不會從第三方購進其產品的主要元件。而照目前的情況來看,這正好是大多數 LED 燈制造商所面對的局面:主要的電燈制造商都不生產作為 LED 燈核心部件的半導體芯片。(包括參考文獻 1、2 和 3在內的幾個網上術語匯編,對照明術語如“電燈”作了解釋。)
            盡管存在著與照明器材行業(yè)的結構和商業(yè)慣例不相容這種情況,但照明工程師們仍然對 LED 保持著濃厚的興趣,因為在所有電照明器材中,只有固態(tài)發(fā)光器才是足夠新穎的,可以從技術的飛速進步中不斷獲益,使成本大幅度下降。老式照明技術的成本保持恒定不變,只有固態(tài)光源才能顯著降低 COL(照明成本)。
            根據某些估計,去年 LED 燈的 COL 已經低于鹵素燈。大約到 2007 年,LED 燈的成本——現在稍低于 27 美元/MlmH(百萬流明小時)——應降低約 75%。價格如此下降將使 LED 燈的 COL 與熒光燈的 7 美元/MlmH 大致相同。這種改善在很大程度上源自光輸出的增強,但即使不考慮光輸出的增加,照明所用的 LED 燈的價格也正在下降。
            “照明成本”的含義
            這里需要解釋一下照明成本 (COL) 的含義。COL 不僅涉及電燈的初始成本,還涉及電燈所消耗的能源的成本,當電燈無法正常工作時更換電燈所需的勞動成本,以及所需電燈更換的平均頻率。白熾燈的初始成本很低,但它們將電能轉換成光能的效率比較低,而且它們很快就會燒壞。從白熾燈燒毀意義上說,LED燈很難燒壞。它的光輸出的下降速度慢得幾乎難以覺察。計算 LED 的 COL 時一般都假定: LED 燈的光輸出降到一半時, LED 燈的使用壽命就終止。

            照明工程師們一般假定典型 LED 燈的壽命是 75000 小時,而普通白熾燈的壽命只有 1000 小時。獲得上述 COL 值的其他假設是:電能成本為 10 美分/kWH(千瓦小時),更換電燈的勞動成本是 15 美元(在工業(yè)系統(tǒng)中,這是一個合理的勞動成本值)。COL計算沒有把 TVM(資金的時間價值)考慮在內,而TVM說明美元的購買力隨時間而減少。若 把TVM考慮進去,則多少會加快 LED 在成本上達到與熒光燈相同的速度。(如欲獲得更多的信息,請訪問北美照明工程學會網站,其網址 為www.iesna.org。)
            誠然,成本并不是照明技術的一切。審美問題也很重要,而且從審美的觀點來看,今天的白光 LED 并不是人人都想要的。事實上,市售的大多數白光 LED 其實是激發(fā)白磷光體來擴展寬輸出光譜的藍光 LED。其他發(fā)白光的 LED都使用 UV(紫外光)發(fā)光器來激發(fā)光輸出或多或少是白光的組合磷光體。這樣發(fā)出的光都是一種“冷”光,大多數人感到不如白熾燈甚至新型熒光燈發(fā)出的光柔和、悅目。而且,與白熾燈相比,這種 LED 燈的光譜會因樣品不同而相差較大,而且也會隨工作條件的變化而發(fā)生較大變化。
            對于這一問題,LED 燈設計師發(fā)明了一個解決方法,這種方法在專業(yè)照明系統(tǒng),如劇院照明系統(tǒng)中很適用,但對普通照明來說,目前還過于昂貴。假如你用組合在一起的紅、綠和藍三只LED替代一只藍光或UV發(fā)光器,并且用可變占空因數的脈沖波形去激勵這三只LED,那你就可以得到一盞你可在整個可見光譜范圍調節(jié)其輸出顏色的燈。這樣的燈有可能實現動態(tài)的視覺效果,而且有朝一日會變得價格低廉,低到足以全面解決白光 LED 的“溫暖”問題。但更有可能的是,有人將會首先完善另一種低成本的方法——也許是在一個發(fā)光器系統(tǒng)中增加一只低亮度黃光 LED。
            每盞燈都有一個微處理器?
            盡管現在的照明器材市場對價格很敏感,但許多基于 LED 的照明燈現在卻具有令人難以置信的先進技術水平。目前,內含三只 LED 和一個 8 位微處理器的燈是很常見的,不過照明工程師們試圖將這種智能用于有利可圖的照明系統(tǒng),因為這種照明系統(tǒng)的價格可以比普通照明產品更高。內含微處理器的常常應用于劇院照明等需要可編程能力的場合??删幊棠芰σ笤谡彰骺刂破骱投啾K燈之間進行通信,而且一般還要求每盞燈內都有微處理器或 ASIC的智能芯片。針對這些應用系統(tǒng),照明工業(yè)開發(fā)了 DMX512 通信協議。DMX512 可以在以太網物理層上運行。由于以太網在辦公室和工廠已經普及,所以一些照明器材制造商認為 DMX512 與以太網結合順理成章,照明控制功能與其他樓宇控制功能必然共享以太網物理層。
            和其它成熟市場一樣,照明市場也是分得很細的。各個細分市場都有不同的要求,需要專門設計的產品。一個局外人也許會很容易地——而且錯誤地——得出一個結論,認為一種產品可滿足多個細分市場的要求。然而,這一結論很可能忽略了各種不同應用系統(tǒng)之間的細微差別。
            美國 Color Kinetics 公司提供了如下一份照明細分市場清單:
            ●  學校、教堂、醫(yī)院和公司的建筑照明;
            ●  飯店、旅游勝地、餐館、游輪和溫泉浴場的迎賓照明;
            ●  建筑、橋梁、體育場、體育館和機場的市政照明;


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