Mengapa LED butuh waktu lama untuk muncul sebagai bola lampu?

LED adalah teknologi lama, mengapa industri membutuhkan waktu lama untuk memasukkannya ke dalam bola lampu? Apakah ada kesenjangan teknologi yang hilang?

Tidak mungkin menghasilkan cahaya putih tanpa LED biru yang efisien, baik menggunakan LED RGB atau LED biru + fosfor kuning.

Terobosan itu adalah penemuan LED biru kecerahan-tinggi Gallium-Nitride oleh Shuji Nakamura di Nichia pada awal 1990-an.

Masih butuh beberapa saat untuk mendapatkan efisiensi keseluruhan hingga tingkat lampu neon, dan hanya dalam dekade terakhir LED akhirnya keluar di atas.

Butuh waktu lama untuk menghasilkan LED yang memiliki "suhu warna" yang wajar (warna putih), dan efisiensi tinggi yang sesuai. Prinsip operasi normal LED hanya menghasilkan satu pita cahaya, seperti laser. Jadi yang putih terbuat dari LED biru atau UV dan pemancar ulang fosfor.

Untuk penggantian yang mudah dari fiting lampu konvensional, lampu LED juga membutuhkan konverter AC-DC kecil, murah, arus konstan. Ini biasanya semacam catu daya switchmode. Ini juga hanya benar-benar menjadi murah dan tersedia secara luas dalam dekade terakhir.

Lihat juga Hadiah-L.

Mayoritas jawaban sejauh ini telah berfokus pada tantangan teknis mereplikasi cahaya putih dengan LED, dengan pengembangan LED biru menjadi terobosan utama di bagian depan itu. Beberapa menyebutkan telah dibuat dari kesulitan mengembangkan LED biru dengan efisiensi yang cukup untuk membuat lampu praktis. Walaupun hal ini mungkin terlihat jelas dalam mempraktikkan EE, saya pikir ada baiknya menguraikan secara lebih rinci mengapa efisiensi yang terlalu rendah merupakan penghalang komersialisasi: yaitu, panas lama yang biasa .

Keuntungan LED yang sering dikutip adalah bahwa mereka tidak menghasilkan panas, dan keren untuk disentuh. Fakta atau Fiksi?

Di satu sisi ini benar: LED keren untuk disentuh karena mereka umumnya tidak menghasilkan panas dalam bentuk radiasi inframerah (IR) (kecuali tentu saja mereka adalah LED IR). Radiasi IR memanaskan selungkup dan lingkungan dari lampu pijar dan sumber lainnya, membuatnya panas saat disentuh. Tidak adanya radiasi IR memungkinkan perlengkapan LED diposisikan di lokasi di mana pemanasan dari sumber konvensional akan menyebabkan masalah tertentu misalnya menerangi makanan atau tekstil.

Namun, yang terpenting, panas dihasilkan di dalam perangkat LED itu sendiri, karena ketidakefisienan proses semikonduktor yang menghasilkan cahaya. Efisiensi steker-dinding (daya optik keluar dibagi dengan daya listrik masuk) dari paket LED biasanya di wilayah 5-40%, yang berarti bahwa di suatu tempat antara 60 dan 95% daya input hilang karena panas .

Energi yang dikonsumsi oleh bola lampu pijar 100 watt GLS menghasilkan sekitar 12% panas, 83% IR dan hanya 5% cahaya tampak. Sebaliknya, LED tipikal dapat menghasilkan 15% cahaya tampak dan 85% panas. Terutama dengan LED daya tinggi, penting untuk menghilangkan panas ini melalui manajemen termal yang efisien. Tanpa heat sink yang baik, suhu internal (persimpangan) LED naik, dan ini menyebabkan karakteristik LED berubah.

...

Paling penting, suhu persimpangan mempengaruhi masa pakai LED. Tidak seperti sumber cahaya lainnya, LED cenderung tidak gagal secara besar-besaran (walaupun jumlahnya sedikit, terutama jika Anda memasaknya); sebagai gantinya, output LED berkurang seiring waktu.

_{(penekanan ditambahkan)}

_{- T. Whitaker. "Fakta atau Fiksi - LED tidak menghasilkan panas". Majalah LEDs, Mei 2005. http://www.ledsmagazine.com/articles/2005/05/fact-or-fiction-leds-don-t-produce-heat.html}

Pencarian Gambar Google untuk "led bulb heat sink" ternyata benar-benar kebun binatang desain heatsink:

                 
          _{(Klik gambar untuk versi yang lebih besar)}

Saya menduga bahwa ada beberapa keterlambatan dalam penetrasi pasar karena perbedaan mencolok dari faktor bentuk yang diperlukan untuk manajemen termal.

Aspek kecil lain, non-teknis, yang berkontribusi terhadap penundaan beberapa tahun adalah masalah paten terkait dengan produksi LED biru.

Nichia, tempat Nakamura bekerja, memiliki banyak paten utama GaN (Gallium Nitride), tetapi tidak semua. Lainnya, seperti Cree (paten SiC) dan Toyoda Gosei (paten LED lainnya) memiliki paten kunci lain yang diperlukan untuk menghasilkan LED biru dalam volume tinggi.

Masalah teknis umumnya ditemukan pada akhir 1990-an, tetapi para pemain LED besar tidak menghasilkan kuantitas LED biru (sebagian, sebagian besar?) Karena masalah litigasi paten.

Pada akhir 2002, beberapa perjanjian paten lintas-paten kunci selesai dan dalam 1-2 tahun ada peningkatan besar dalam volume LED biru yang diproduksi.

Cree dan Nichia Mengumumkan Perjanjian Lisensi Paten Lintas dan Penyelesaian Litigasi http://www.nichia.co.jp/en/about_nichia/2002/2002_111301.html

Nichia dan Toyoda Gosei menyelesaikan perselisihan LED http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1178214

Jangan mengabaikan fakta biaya yang sederhana.
Lampu pijar biasa dapat dibuat untuk uang, dan dijual dengan harga tidak lebih.

Ini adalah masalah inersia ekonomi dan publik. Teknologi lama lebih murah untuk diproduksi karena investasi jangka panjang dalam infrastruktur dan produksi massal. Teknologi baru harus melalui masalah pendanaan, investasi awal, pembangunan infrastruktur, pemasaran, lambatnya tahap adopter awal, kesepakatan distribusi, dll. Jika bukan karena undang-undang di AS yang memaksakan cara untuk teknologi baru, sebagian besar masih akan menyala pijar alih-alih campuran saat ini pijar, CFL, dipimpin. Ini bukan tangan kapitalistik alami dari kekuatan pasar bebas , tetapi adopsi paksa.

Manfaat leds menempati urutan kedua bagi kebanyakan orang, yang lesu dalam adopsi teknologi, terutama dalam menghadapi biaya awal yang lebih tinggi. . Kebanyakan orang menolak pada bola lampu 20 dolar dibandingkan dengan pijar 3 seharga $ 3, bahkan jika bola lampu pijar akan bertahan lebih lama dari 20 lampu pijar dengan setengah biaya operasi. Baru sekarang lampu led individu turun ke kisaran 5 ~ 10 dolar yang orang benar-benar bergerak ke arah itu.

Masalahnya adalah menciptakan cahaya putih alami. Siang hari normal memiliki spektrum frekuensi di dalamnya, tetapi leds hanya dapat menghasilkan pada panjang gelombang tertentu. Jadi para insinyur telah menemukan bahan yang berbeda untuk menghasilkan panjang gelombang yang berbeda. kemudian led yang berbeda dicampur bersama sehingga cahaya yang dihasilkan cukup putih alami.

Pertama, sekitar 40 tahun yang lalu, mereka menemukan LED merah. Kemudian muncul warna biru / hijau / lainnya secara progresif mengikuti evolusi teknologi yang berbeda. Juga, dioda pertama tidak terlalu kuat.

Jadi, masalahnya adalah membuat dioda pemancar cahaya putih , dan membuatnya cukup kuat untuk dapat bersaing dengan bola lampu, yang hanya terjadi kurang dari 10 tahun yang lalu. Dan dioda putih masih sangat mahal, tetapi biaya sebagian besar dikompensasi oleh daya tahan mereka. Cobalah untuk mencari harga satu Audi / BMW / lampu utama apa pun dan Anda akan mengerti.

Setiap aplikasi penerangan memiliki tuntutannya sendiri, dan biasanya itu telah terpecahkan selama lebih dari seratus tahun. Solusi baru jarang unggul dalam kualitas dan biaya sejak awal. Contoh lain yang belum disebutkan adalah CRI (Color Rendering Index).

Sementara lampu pijar memiliki respons spektral yang mirip dengan benda hitam (karenanya kami memiliki sistem suhu warna), lampu LED putih tidak.

Bahkan mereka yang dipasarkan "CRI sangat tinggi" hampir 100 seperti pada gambar di atas (beberapa pencarian pencarian gambar google) memang hanya menghasilkan keluaran cahaya yang mirip seperti lampu pijar atau matahari.

Untuk banyak aplikasi, ini baik-baik saja, tetapi terutama kesulitan mengubah warna kulit membuatnya tidak cocok tidak hanya untuk banyak aplikasi media tetapi juga membuat orang-orang di ruang tamu Anda terlihat agak sakit.

Juga beberapa daerah lain memiliki kebutuhan untuk rendering warna yang tepat, seperti orang yang menjual barang-barang di mana warna itu penting.

Ini semua mungkin merupakan bagian kecil, tetapi semua jawaban lain menyebutkan poin-poin lain yang mungkin juga kecil, tetapi secara total memberikan inersia pasar yang cukup seolah-olah tidak ada semua masalah kecil di awal.

Ambil teknologi masa depan dengan SMPS kecil dan LED putih 99CRI murah kembali ke tahun 1997 dan semua orang akan langsung beralih ke teknologi itu.

Mereka juga harus mendapatkan voltase dan arus listrik yang benar melalui LED untuk membuatnya bertahan hampir selamanya dan mendapatkan putih paling terang pada LED putih yang tidak terlalu berpengaruh pada LED merah, hijau, dll. Lampu pijar mungkin membutuhkan biaya untuk membuat uang tetapi karena Spiral Compact Fluorescent Light Bulbs keluar yang seharusnya berlangsung selama bertahun-tahun tetapi tidak berarti, lampu pijar lebih sedikit di mana Anda membelinya dan telah naik sedikit harga dan karena mereka menggunakan tegangan yang lebih rendah, saya melihat lampu CFL semakin murah dan dibuat lebih murah tidak bertahan selama mereka lakukan sekarang dan lampu pijar semakin tinggi.