ไฟ LED เป็นเทคโนโลยีเก่าทำไมอุตสาหกรรมใช้เวลานานกว่าจะใส่ลงในหลอดไฟ มีช่องว่างทางเทคโนโลยีที่ขาดหายไปหรือไม่?
ไฟ LED เป็นเทคโนโลยีเก่าทำไมอุตสาหกรรมใช้เวลานานกว่าจะใส่ลงในหลอดไฟ มีช่องว่างทางเทคโนโลยีที่ขาดหายไปหรือไม่?
คำตอบ:
ไม่สามารถผลิตแสงสีขาวได้หากไม่มี LED สีน้ำเงินที่มีประสิทธิภาพไม่ว่าจะใช้ LED RGB หรือ LED สีน้ำเงิน + ฟอสเฟอร์สีเหลือง
การค้นพบครั้งนี้เป็นการคิดค้นหลอดไฟ LED สีฟ้า Gallium-Nitride ที่มีความสว่างสูงโดยShuji Nakamuraที่ Nichia ในช่วงต้นทศวรรษ 1990
ยังคงใช้เวลาสักครู่เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพโดยรวมจนถึงระดับของหลอดฟลูออเรสเซนต์และในทศวรรษที่ผ่านมาไฟ LED ในที่สุดก็ปรากฏขึ้นด้านบน
ใช้เวลานานในการผลิตไฟ LED ที่มี "อุณหภูมิสี" ที่เหมาะสม (สีขาว) และมีประสิทธิภาพสูง หลักการทำงานปกติของ LED นั้นให้แสงเพียงแถบเดียวเช่นเลเซอร์ ดังนั้นสีขาวจึงทำจากสีน้ำเงินหรือ UV LED และตัวส่งฟอสเฟอร์อีกครั้ง
เพื่อให้ง่ายต่อการเปลี่ยนอุปกรณ์เสริมแสงธรรมดาหลอดไฟ LED ยังต้องการตัวแปลง AC-DC ขนาดเล็กราคาถูกและสม่ำเสมอ โดยปกติจะเป็นแหล่งจ่ายไฟสวิตช์โหมด สิ่งเหล่านี้เองก็มีราคาถูกและมีประโยชน์อย่างกว้างขวางในทศวรรษที่ผ่านมา
ดูเพิ่มเติมที่L-Prize
There are no coherency effects with an LED
- ไม่มีเอฟเฟกต์การเชื่อมโยงกับ LED บางตัว มีกับคนอื่น ๆ โดยเฉพาะมีผลกระทบที่เชื่อมโยงกันในสิ่งที่เรียกว่าเลเซอร์ LED (มีคำถามเกี่ยวกับฟิสิกส์ถ้าเลเซอร์ดังกล่าวควรจะเรียกว่า "เลเซอร์" เนื่องจากแสงที่สอดคล้องกันถูกสร้างขึ้นโดยไม่ต้องช่วยกระตุ้นการปล่อย)
คำตอบส่วนใหญ่จนถึงขณะนี้ได้มุ่งเน้นไปที่ความท้าทายทางเทคนิคของการจำลองแสงสีขาวด้วย LED พร้อมกับการพัฒนา LED สีน้ำเงินซึ่งเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญที่ด้านหน้า บางคนกล่าวถึงความยากลำบากในการพัฒนาไฟ LED สีน้ำเงินที่มีประสิทธิภาพเพียงพอในการทำหลอดไฟจริง ถึงแม้ว่าสิ่งนี้อาจเห็นได้ชัดจากการฝึกฝนของ EE แต่ฉันคิดว่ามันมีความละเอียดในรายละเอียดมากขึ้นว่าทำไมประสิทธิภาพที่ต่ำเกินไปจึงเป็นอุปสรรคต่อการค้าเช่นความร้อนเก่าๆ
ข้อได้เปรียบที่ยกมาบ่อยๆของไฟ LED คือพวกเขาไม่ได้ผลิตความร้อนและเย็นสบายต่อการสัมผัส เรื่องจริงหรือนิยาย?
ในแง่หนึ่งสิ่งนี้เป็นจริง: LED นั้นเย็นสบายสำหรับการสัมผัสเพราะโดยทั่วไปแล้วพวกเขาจะไม่ผลิตความร้อนในรูปแบบของรังสีอินฟราเรด (IR) (เว้นแต่แน่นอนว่าพวกเขาเป็น IR LEDs) การแผ่รังสี IR จะทำให้เปลือกและบริเวณโดยรอบของหลอดไส้และแหล่งอื่น ๆ ร้อนขึ้น การไม่มีการฉายรังสีอินฟราเรดช่วยให้ติดตั้ง LED ในตำแหน่งที่ความร้อนจากแหล่งดั้งเดิมจะทำให้เกิดปัญหาเฉพาะเช่นอาหารส่องสว่างหรือสิ่งทอ
อย่างไรก็ตามความร้อนนั้นถูกผลิตอย่างสำคัญภายในอุปกรณ์ LED เนื่องจากความไม่มีประสิทธิภาพของกระบวนการเซมิคอนดักเตอร์ที่สร้างแสง ประสิทธิภาพผนังปลั๊ก (พลังงานแสงออกมาหารด้วยพลังงานไฟฟ้าใน) แพคเกจ LED เป็นปกติในพื้นที่ของ 5-40% ที่มีความหมายว่าอยู่ที่ไหนสักแห่งระหว่าง 60 และ 95% ของการใช้พลังงานการป้อนข้อมูลจะหายไปเป็นความร้อน
พลังงานที่ใช้โดยหลอดไส้ 100 วัตต์ GLS ผลิตความร้อนประมาณ 12%, 83% IR และแสงที่มองเห็นได้เพียง 5% ในทางตรงกันข้าม LED ทั่วไปอาจให้แสงที่มองเห็นได้ 15% และความร้อน 85% โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับ LED พลังงานสูงมันเป็นสิ่งสำคัญที่จะลบความร้อนนี้ผ่านการจัดการระบายความร้อนที่มีประสิทธิภาพ หากไม่มีการระบายความร้อนที่ดีอุณหภูมิภายใน (จุดแยก) ของ LED จะเพิ่มขึ้นซึ่งจะทำให้คุณสมบัติ LED เปลี่ยนไป
...
ที่สำคัญที่สุดอุณหภูมิทางแยกมีผลต่ออายุการใช้งานของ LED แตกต่างจากแหล่งกำเนิดแสงอื่น ๆ ไฟ LED ไม่ได้มีแนวโน้มที่จะล้มเหลวอย่างรุนแรง (แม้ว่าจะมีจำนวนน้อยทำ แต่เอาต์พุตของ LED จะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป
(เน้นเพิ่ม)
- T. Whitaker "ความจริงหรือเรื่องแต่ง - ไฟ LED ไม่สร้างความร้อน" นิตยสาร LEDs, พฤษภาคม 2005 http://www.ledsmagazine.com/articles/2005/05/fact-or-fiction-leds-don-t-produce-heat.html
การค้นหาของ Google รูปภาพสำหรับ"แผงระบายความร้อนหลอดไฟ led"เปิดขึ้นสวนสัตว์การออกแบบของฮีทซิงค์จริง:
(คลิกที่ภาพเพื่อดูขนาดใหญ่ขึ้น)
ฉันสงสัยว่ามีความล่าช้าในการเจาะตลาดเนื่องจากความแตกต่างที่โดดเด่นของฟอร์มแฟคเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการจัดการระบายความร้อน
ด้านอื่น ๆ ที่ไม่ใช่ด้านเทคนิคที่มีส่วนทำให้ความล่าช้าไม่กี่ปีคือปัญหาสิทธิบัตรที่เกี่ยวข้องกับการผลิตไฟ LED สีฟ้า
Nichia ที่ Nakamura ทำงานอยู่นั้นมีสิทธิบัตร GaN (Gallium Nitride) ที่สำคัญหลายอย่าง แต่ไม่ใช่ทั้งหมด อื่น ๆ เช่น Cree (สิทธิบัตร SiC) และ Toyoda Gosei (สิทธิบัตร LED อื่น ๆ ) มีสิทธิบัตรสำคัญอื่น ๆ ที่จำเป็นในการผลิตไฟ LED สีฟ้าในปริมาณสูง
ปัญหาทางเทคนิคมักพบในช่วงปลายปี 1990 แต่ผู้เล่น LED ขนาดใหญ่ไม่ได้ผลิตไฟ LED สีน้ำเงิน (ส่วนใหญ่ส่วนใหญ่?) เนื่องจากปัญหาการฟ้องร้องสิทธิบัตร
ภายในปลายปี 2545 ข้อตกลงการข้ามสิทธิบัตรที่สำคัญสองสามฉบับได้เสร็จสมบูรณ์และภายใน 1-2 ปีมีการเพิ่มขึ้นอย่างมากของปริมาณการผลิต LED สีฟ้า
เหยียบและ Nichia ประกาศสิทธิบัตรข้ามข้อตกลงใบอนุญาตและการตั้งถิ่นฐานของคดี http://www.nichia.co.jp/en/about_nichia/2002/2002_111301.html
Nichia และ Toyoda Gosei ตัดสินข้อพิพาท LED ที่ http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1178214
อย่ามองข้ามความเป็นจริงของค่าใช้จ่ายอย่างใดอย่างหนึ่ง
หลอดไส้ธรรมดาสามารถทำเป็นเพนนีและขายได้ไม่มาก
นี่เป็นคำถามของเศรษฐศาสตร์และความเฉื่อยของประชาชน เทคโนโลยีแบบดั้งเดิมนั้นถูกกว่าการผลิตเนื่องจากการลงทุนระยะยาวในโครงสร้างพื้นฐานและการผลิตจำนวนมาก เทคโนโลยีใหม่จะต้องผ่านปัญหาด้านเงินทุนการลงทุนเริ่มแรกการสร้างโครงสร้างพื้นฐานการตลาดการยอมรับในระยะเริ่มต้นช้าข้อตกลงการจัดจำหน่ายเป็นต้นหากไม่ใช่กฎหมายในสหรัฐอเมริกาที่บังคับให้มีวิธีการสำหรับเทคโนโลยีใหม่ แทนการผสมปัจจุบันของหลอดไส้, CFL, นำ มันไม่ได้เป็นธรรมชาตินายทุนมือที่มองไม่เห็นของตลาดเสรีกองกำลังแต่การนำไปใช้บังคับ
ประโยชน์ของไฟ LED มาเป็นอันดับสองรองจากคนส่วนใหญ่ที่เซื่องซึมในการปรับใช้เทคโนโลยีโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องเผชิญกับต้นทุนเริ่มต้นที่สูงขึ้น . คนส่วนใหญ่หยุดชะงักที่หลอดไฟ led 20 ดอลล่าร์เมื่อเทียบกับหลอดไส้ 3 ดอลล่าร์สำหรับหลอดละ 3 ดอลล่าร์ เฉพาะตอนนี้หลอดไฟ led แต่ละอันลดลงไปอยู่ในช่วง 5 ~ 10 ดอลลาร์ที่ผู้คนกำลังเคลื่อนไปหามัน
ปัญหาคือการสร้างแสงสีขาวตามธรรมชาติ แสงแดดปกติมีสเปกตรัมของความถี่อยู่ในนั้น แต่ไฟ LED สามารถสร้างได้เฉพาะในช่วงความยาวคลื่นที่แน่นอน ดังนั้นวิศวกรจึงคิดค้นวัสดุต่าง ๆ เพื่อผลิตความยาวคลื่นที่แตกต่างกัน ไฟ LED ที่แตกต่างกันจะถูกผสมเข้าด้วยกันดังนั้นแสงที่ได้จะออกมาเป็นสีขาวตามธรรมชาติ
ครั้งแรกประมาณ 40 ปีที่แล้วพวกเขาคิดค้น LED สีแดง จากนั้นก็เปลี่ยนเป็นสีน้ำเงิน / เขียว / สีอื่น ๆ ตามการวิวัฒนาการของเทคโนโลยีที่แตกต่างกัน นอกจากนี้ไดโอดตัวแรกก็ไม่ได้ทรงพลังมากนัก
ดังนั้นปัญหาก็คือทำให้ไดโอดเปล่งแสงสีขาวและทำให้พวกมันมีพลังมากพอที่จะแข่งขันกับหลอดไฟซึ่งมีความสุขน้อยกว่า 10 ปีที่ผ่านมา และไดโอดสีขาวยังคงมีราคาแพงมาก แต่ค่าใช้จ่ายส่วนใหญ่ถูกชดเชยด้วยความทนทานของพวกเขา ลองมองหาราคาของ Audi / BMW / ไฟหน้าแบบเต็มไม่ว่าคุณจะเข้าใจอะไร
การใช้แสงนั้นมีความต้องการของตัวเองและโดยปกติแล้วแสงเหล่านั้นจะถูกแก้ไขมานานกว่าร้อยปี โซลูชั่นใหม่นั้นแทบจะเหนือกว่าทั้งด้านคุณภาพและราคาตั้งแต่ต้น อีกตัวอย่างที่ยังไม่ได้กล่าวถึงคือ CRI (ดัชนีการแสดงสี)
ในขณะที่หลอดไส้มีการตอบสนองทางสเปกตรัมที่คล้ายกับสีดำ (ด้วยเหตุนี้เราจึงมีระบบอุณหภูมิสี) แสง LED สีขาวไม่ได้
แม้แต่ผู้ที่มี "CRI สูงเป็นพิเศษ" ที่วางตลาดเกือบ 100 เหมือนในภาพด้านบน (การค้นหาด้วยภาพ Google ค้นหาบางอย่าง) ก็ให้ผลผลิตแสงที่คล้ายกันเพียงผิวเผินเหมือนหลอดไส้หรือดวงอาทิตย์
สำหรับแอปพลิเคชั่นมากมายนี่เป็นเรื่องปกติ แต่โดยเฉพาะความยากลำบากในการแสดงสีผิวทำให้ไม่เหมาะกับแอพพลิเคชั่นสื่อจำนวนมาก แต่ยังทำให้ผู้คนในห้องนั่งเล่นของคุณดูไม่สบายด้วย
นอกจากนี้ยังมีบางพื้นที่ที่จำเป็นต้องมีการเรนเดอร์สีที่เหมาะสมเช่นคนขายสิ่งของที่มีความสำคัญต่อสี
ทั้งหมดนี้อาจเป็นส่วนเล็ก ๆ แต่คำตอบอื่น ๆ ทั้งหมดที่กล่าวถึงประเด็นอื่น ๆ ที่อาจมีขนาดเล็กเช่นกัน แต่โดยรวมแล้วทำให้ตลาดมีความเฉื่อยมากพอราวกับว่ายังไม่มีปัญหาเล็ก ๆ เหล่านี้ในตอนแรก
ใช้เทคโนโลยีในวันพรุ่งนี้ด้วย SMPS ขนาดเล็กราคาถูกและไฟ LED สีขาว 99CRI ย้อนกลับไปในปี 1997 และทุกคนจะเปลี่ยนไปใช้เทคโนโลยีนั้นทันที
พวกเขายังต้องรับแรงดันไฟฟ้าที่ถูกต้องและจำนวนแอมแปร์ผ่าน LED เพื่อทำให้มันมีอายุการใช้งานนานและต้องได้สีขาวที่สว่างที่สุดบนหลอด LED สีขาว หลอดไส้อาจมีค่าใช้จ่ายในการทำ แต่เนื่องจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ขนาดกะทัดรัดแบบเกลียวออกมาซึ่งควรมีอายุการใช้งานนานหลายปี แต่ไม่เคยมีหลอดไส้น้อยกว่าที่คุณซื้อมา พวกเขาใช้แรงดันไฟฟ้าต่ำกว่าฉันเห็นหลอดไฟ CFL มีราคาถูกกว่าและถูกกว่าหลอดไฟไม่นานตราบใดที่พวกเขาทำและหลอดไส้ก็สูงขึ้น