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新思路下的绿色光源—AC LED技术异军突起

来源:    作者:    发布时间:2015-11-20 07:03:57    浏览量:

引言

以高效节能、绿色环保、长寿命为特点的新兴LED照明技术如今正在加速发展,应用中的新技术、新方案也不断涌现。LED照明设计可结合光源特性,如光源指向性、冷光源及色彩变化等,必将将成为照明市场主流。近年来,随着LED在材料选取、晶粒制程、封装架构设计技术等方面的研究不断进步,一种新的交流发光二极管(ACLED)技术应运而生,通过一种新的思路,推动了LED照明技术的实用化。

1、传统LED照明技术及其不足

传统的LED是典型的低压直流器件,无法直接在我们日常照明使用的电源是高压交流(AC100~220V)下使用,必须经过变压器或开关电源降压,然后将交流(AC)变换成直流(DC),再变换成直流恒流源,才能供LED光源使用。

因此在LED灯具里必然要有一定的空间来安置这个变换器,不利于照明灯具的设计和小型化。而且系统经过的变换环节,能量必然有一定量的损耗,DCLED在交流、直流之间转换时约15%~30%的电力被损耗,系统效率很难做到90%以上。如果能用交流(AC)直接驱动LED光源发光,系统应用方案将大大简化,系统效率将很轻松地达到90%以上。变换装置的存在造成了传统LED照明产品成本较高的重要因素,也成为制约LED光源产品寿命的瓶颈,无法体现LED长寿命的特点。

2、ACLED的原理和特点

2.1ACLED的结构组成

ACLED是相对于传统的DCLED来说,无须经过AC/DC转换,可直接插电于220V(或110V)交流电使用的LED照明技术。ACLED光源的技术关键是LED晶粒在封装时的特殊排列组合技术,同时利用LEDPN结的二极管特性兼作整流,通过半导体制作工艺将多个晶粒集成在一个单芯片上,即高功率单晶粒(singlepowerchip)LED技术,并采用交错的矩阵式排列工艺组成桥式电路,使AC电流可双向导通,实现发光。晶粒的排列如图1所示,左图是ACLED晶粒采用交错的矩阵式排列示意图,右小图是实际ACLED晶粒排列照片,ACLED晶粒在接上交流后通体发光,因此只需要二根引线导入交流源即能发光工作。

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AC LED晶粒封装示意图
图1ACLED晶粒封装示意图

2.2ACLED的工作原理及特点

ACLED光源的工作原理如图2所示,由LED微晶粒采用交错的矩阵式排列工艺组成5个桥臂,组成类似一个整流桥,整流桥的两端分别联接交流源,另两端联接一组LED晶粒,交流的正半周沿实线流动,3个桥臂的LED晶粒发光,负半周沿虚线流动,又有3个桥臂的LED晶粒发光,四个桥臂上的LED晶粒轮番发光,相对桥臂上的LED晶粒同时发光,中间桥臂的LED晶粒因共用而一直在发光。

AC LED光源的工作原理
图2 ACLED光源的工作原理

在50Hz(60Hz)的交流中会以每秒50(60)次的频率轮替点亮。整流桥取得的直流是脉动直流,LED的发光也是闪动的,LED有断电余辉续光的特性,余辉可保持几十微秒,而人眼对流动光点记忆是有惰性的,所以感觉不到光的闪动。LED有一半时间在工作,所以发热得以减少40%~20%。其使用寿命较DCLED长。

ACLED体积小,可应用于工业及民用小型指示灯;高压低电流导通优点克服了使用DCLED时,线路高损耗造成需依赖电源供应器接续的问题;而且双向导通,蓝绿光LED无静电击穿ESD问题;使用微晶粒技术大幅提高发光效率;由于功率因数提高与低电流控制,对于一般照明产业及LCD背光面板产业,更是一项实用化新技术。

3、ACLED的发展及典型产品

韩国汉城半导体公司即今天的首尔半导体早在2005年已发明可以用交流电直接驱动使其发光的ACLED,其次是美同III-NTechnology,3N技术开发MOCVD生长技术基础的氮化镓讨底,可以增进照明和传感器的应用,并降低成本和提高生产效率。对大大小小的硅发光二极管提供6英寸生产技术。3N发明的单芯片交流发光二极管(ACLED)功率电感器,建立了全面的专利组合,以保护和改善技术,牢固地确立其专有的立场,是首届一指的大规模商业化生产的交流发光二极管产品。台湾工业技术研究院2008年也完成可产业化生产并有实际应用系统方案的ACLED塑封电感器产品,可直接插电于60Hz或史高频率的AC110V交流电压使其交流发光,应用于指示灯、霓虹灯、低瓦数照明灯,能有效解决现有LED无法直接在交流电源下使用,造成产品应用成本较高的缺点一体成型电感器。台湾工研院的OnChipACLED因此获得素有美曰产业创新奥斯卡奖之称的2008年R&D100Award大奖。现在全世界只有美国、韩国台湾工研院有此技术,台湾工研院开发出白光、蓝光及绿光ACLED制程技术不仅与国际同步,也是全球领先者之一。

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