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作者：Martine Simard-Normandin 你家也裝了LED燈泡嗎？來(lái)自加拿大的科技分析機(jī)構(gòu)MuAnalysis拆開(kāi)LG的LED燈泡給你看！LED燈泡除了性能不斷提升，價(jià)格也越來(lái)越便宜；在去年，一顆常見(jiàn)的A19規(guī)格LED燈泡價(jià)格約在20~60美元，但今年，如這款LG的頂級(jí)LED燈泡產(chǎn)品，只要10美元就買得到。 目前市面上的LED燈泡發(fā)光效率與節(jié)能燈泡(compact fluorescent light bulbs，CFLs)幾乎相當(dāng)，每瓦約50~60流明(lumens/watt)；不過(guò)當(dāng)CFL技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，LED照明技術(shù)仍持續(xù)演進(jìn)。MuAnalysis所拆解的7.5瓦LG燈泡亮度為485流明，發(fā)光效率約每瓦65流明；是取代40瓦白熾燈泡的產(chǎn)品。不過(guò)若要達(dá)到485流明亮度，傳統(tǒng)40瓦白熾燈泡的發(fā)光效率僅每瓦12流明、僅是前者的五分之一。 
LG的7.5W、A19規(guī)格LED燈泡LB08D830L0A.E50JWU0外觀與包裝 若以LED燈泡──包括這款LG產(chǎn)品──來(lái)取代傳統(tǒng)臺(tái)燈內(nèi)的白熾燈泡，其光線有個(gè)特性是向上的，這是因?yàn)槠鋬?nèi)部的LED發(fā)光體是水平放置；為改善這個(gè)問(wèn)題，另一款飛利浦的LED燈泡采用三片垂直擺放的LED發(fā)光板。但無(wú)論如何，LED燈泡運(yùn)用在高過(guò)肩膀的閱讀燈或是臺(tái)燈，其照明度還是很均勻、也不會(huì)讓被照射目標(biāo)發(fā)熱。
LED燈泡光線的向上特性是與發(fā)光器水平擺放形式有關(guān) 目前常見(jiàn)的臺(tái)燈設(shè)計(jì)，多是因應(yīng)白熾燈泡光源散射的特性；臺(tái)燈的中軸是燈泡座、并搭配燈罩提供光線散布與散熱效果。這種臺(tái)燈設(shè)計(jì)也很方便讓使用者替換壽命較短的白熾燈泡，與其上一代燈具──油燈──的外觀長(zhǎng)相是截然不同的；在一開(kāi)始，消費(fèi)者對(duì)白熾燈臺(tái)燈的接受度并不佳，但假以時(shí)日，它很快取代了油燈。 現(xiàn)在，燈具設(shè)計(jì)也必須開(kāi)始適應(yīng)新一代的LED光源特性，而且其演化速度可能會(huì)更快。當(dāng)LED照明的生命周期達(dá)到十年以上，替換燈泡不再是個(gè)大問(wèn)題，照明燈具就能有更多樣化的外觀設(shè)計(jì)，而且燈具業(yè)者也必須認(rèn)清，傳統(tǒng)的臺(tái)燈設(shè)計(jì)與LED燈泡特性其實(shí)是不相配的。 市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Strategies Unlimited預(yù)測(cè)，全球傳統(tǒng)照明燈具汰換市場(chǎng)，將由2011年的22億美元，在2016年成長(zhǎng)至37億美元；而LED照明所擁有的優(yōu)勢(shì)更勝于節(jié)能燈泡，它不含水銀、又可迅速點(diǎn)亮──節(jié)能燈泡讓人詬病的一個(gè)問(wèn)題，就是開(kāi)啟后得等上相對(duì)較長(zhǎng)的一段時(shí)間才會(huì)達(dá)到最高亮度。 LED燈泡是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電子裝置；LED本身是二極管半導(dǎo)體元件，僅需約3V左右直流電壓就可運(yùn)作；以下拆解的LG燈泡雖然不可調(diào)光，但市面上也有其他價(jià)格較高的型號(hào)是可調(diào)光的，以提供消費(fèi)者更多選擇。而與節(jié)能燈泡類似，LED燈泡的頸部?jī)?nèi)也有小型電路板。
分解LED燈泡
將LED燈泡頸部、尾端拆開(kāi)，取出內(nèi)部的電路板
LED燈泡頸部?jī)?nèi)電路板特寫(xiě)──正面
LED燈泡頸部?jī)?nèi)電路板特寫(xiě)──背面
LED燈泡頸部?jī)?nèi)電路板上的元件包括變壓器、數(shù)個(gè)電容、以及晶體管；LED控制芯片是放置在一個(gè)水平封裝的子板上 LED燈泡亮度高，但其實(shí)內(nèi)部的LED芯片非常��；這款LG產(chǎn)品采用了32顆LED芯片，每一顆的尺寸僅0.5mm見(jiàn)方，比米粒還小。這些LED芯片是以4顆一組的形式放置在涂成黃色的小半圓頂下；那是一種螢光介質(zhì)(fluorescent medium)，能將氮化鎵(gallium nitride)晶粒發(fā)出的藍(lán)光轉(zhuǎn)換成白光。 人們常會(huì)用熒光粉(phosphor)這個(gè)詞來(lái)稱呼以上那種螢光介質(zhì)，但是其實(shí)該介質(zhì)內(nèi)可能根本沒(méi)有磷的成分。在下圖的LED發(fā)光體中，內(nèi)含一小部分的釔鋁石榴石(yttrium aluminum-garnet，YAG)，以及用透明硅膠合成的鋇(barium)、鍶(strontium)與硅酸鈣(calcium silicate) ；依據(jù)不同的色溫需求，例如要冷白光或是暖白光，會(huì)使用不同的化學(xué)材料。
每顆尺寸0.5mm見(jiàn)方、厚度0.1mm 的LED芯片，以4顆一組的形式放置在黃色的小半圓頂下
LED發(fā)光器背面的散熱設(shè)計(jì)
顯微鏡下的LED芯片特寫(xiě)，可見(jiàn)上面的內(nèi)嵌電極 每顆LED芯片尺寸都非常小，而其大部分都是支撐材料；斜切開(kāi)LED芯片看兩個(gè)焊極的截面，其中一個(gè)可見(jiàn)到厚度僅約7um、非常薄的氮化鎵(GaN)，放置在厚度約0.1mm的藍(lán)寶石基板上；藍(lán)寶石基板是做為氮化鎵的長(zhǎng)晶介質(zhì)。 藍(lán)寶石基板上的凸塊圖案可減低氮化鎵的位錯(cuò)密度(dislocation density)；在芯片運(yùn)作時(shí)，藍(lán)寶石襯底則可提供結(jié)構(gòu)支撐與散熱效果。氮化鎵層其實(shí)底部有6um厚度是用不到的，該結(jié)晶層、也就是發(fā)光區(qū)域的品質(zhì)，是通過(guò)逐漸改善才達(dá)到最上方的1um。該發(fā)光區(qū)域?qū)嶋H上的數(shù)量等級(jí)(order of magnitude)又更小，在納米范圍內(nèi)、且距離芯片表面約100納米。
LED芯片斜切截面，最上面薄薄的那層就是氮化鎵
電子顯微鏡下的LED芯片斜切截面特寫(xiě)
LG的LED燈泡發(fā)光頻譜 隨著價(jià)格下跌，LED燈泡越來(lái)越受到歡迎，也是取代內(nèi)含水銀的節(jié)能燈泡的理想選擇；節(jié)能燈泡的電路板卡往往會(huì)有品質(zhì)不良的問(wèn)題，但LG這款LED燈泡產(chǎn)品的封裝品質(zhì)卻很好，因此其使用壽命很有機(jī)會(huì)超過(guò)預(yù)期。 |
