LED가 전구로 나타나는 데 왜 오랜 시간이 걸렸습니까?

LED는 오래된 기술인데 왜 전구에 넣는 데 오랜 시간이 걸렸습니까? 기술적 격차가 없었습니까?

RGB LED 또는 청색 LED + 황색 형광체를 사용하여 효율적인 청색 LED가 없으면 백색광을 생성 할 수 없습니다.

이러한 혁신은 1990 년대 초 Nichia의 Shuji Nakamura가 고휘도 Gallium-Nitride 청색 LED를 발명 한 것이 었습니다 .

형광등 수준까지 전체 효율을 얻는 데 여전히 시간이 걸렸으며, LED가 마침내 등장한 것은 지난 10 년 밖에되지 않았습니다.

합리적인 "색온도"(백색 음영)와 적절하게 높은 효율을 가진 LED를 생산하는 데 오랜 시간이 걸렸습니다. LED의 일반적인 작동 원리는 레이저와 같이 단일 대역의 빛만 생성합니다. 따라서 흰색은 파란색 또는 UV LED와 형광체 재이 미터로 구성됩니다.

기존 조명기구를 쉽게 교체하려면 LED 전구에도 작고 저렴한 정전류 AC-DC 변환기가 필요합니다. 이것은 일반적으로 일종의 스위치 모드 전원 공급 장치입니다. 이것들도 지난 10 년 동안 실제로 싸고 널리 보급되었습니다.

L-Prize 도 참조하십시오 .

지금까지 대부분의 답변은 LED를 사용하여 백색광을 복제해야하는 기술적 과제에 중점을 두 었으며, 청색 LED의 개발은 그 전면에서 주요 혁신이었습니다. 실용적인 램프를 만들기에 충분한 효율로 청색 LED를 개발하는 데 어려움이 언급되어 있습니다. 이것이 EE를 연습하는 것이 명백 할 수도 있지만, 효율성이 너무 낮은 이유가 왜 상용화에 방해가되는지, 즉 오래된 오래된 열 을 더 자세히 설명 할 가치가 있다고 생각합니다 .

자주 인용되는 LED의 장점은 열을 생산하지 않으며 터치시 시원하다는 것입니다. 사실 또는 허구?

어떤 의미에서 이것은 사실입니다. LED는 일반적으로 적외선 (IR) 방사 형태로 열을 생성하지 않기 때문에 터치시 시원합니다 (물론 IR LED가 아닌 경우). IR 방사선은 백열 전구 및 기타 소스의 인클로저와 주변을 가열하여 만지면 뜨겁습니다. IR 방사선의 부재는 종래의 소스로부터의 가열이 음식 또는 직물의 조명과 같은 특정 문제를 야기 할 수있는 위치에 LED 고정물이 위치 될 수있게한다.

그러나 결정적으로, 빛을 생성하는 반도체 공정의 비효율로 인해 LED 장치 자체 내에서 열이 발생합니다. LED 패키지의 벽면 플러그 효율 (광 출력을 전력으로 나눈 전력으로 나눔)은 일반적으로 5-40 %의 영역에 있으며, 입력 전원의 60 ~ 95 %가 열로 손실됩니다 .

100 와트 GLS 백열 전구가 소비하는 에너지는 약 12 ​​%의 열, 83 %의 IR 및 5 %의 가시 광선 만 생산합니다. 반대로 일반적인 LED는 15 %의 가시광 선과 85 %의 열을 생성 할 수 있습니다. 특히 고전력 LED의 경우 효율적인 열 관리를 통해이 열을 제거해야합니다. 방열판이 양호하지 않으면 LED의 내부 (접합) 온도가 상승하여 LED 특성이 변경됩니다.

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접합 온도는 LED 수명에 가장 큰 영향을줍니다. 다른 광원과 달리 LED는 파국적으로 고장 나지 않는 경향이 있습니다 (특히 요리하는 경우에는 소수). 대신, LED의 출력은 시간이 지남에 따라 감소합니다.

_{(강조 추가)}

_{— T. Whitaker. "사실 또는 허구 – LED는 열을 발생시키지 않습니다". LEDs Magazine, 2005 년 5 월. http://www.ledsmagazine.com/articles/2005/05/fact-or-fiction-leds-don-t-produce-heat.html}

"led bulb heat sink"에 대한 Google 이미지 검색 은 진정한 히트 싱크 디자인 동물원을 나타냅니다.

                 
          _{(더 큰 버전을 보려면 이미지를 클릭하십시오)}

열 관리에 필요한 폼 팩터의 현저한 차이로 인해 시장 침투가 약간 지연된 것으로 보입니다.

몇 년간의 지연에 기여한 또 다른 사소한 비 기술적 측면은 청색 LED 생산과 관련된 특허 문제였습니다.

나카무라가 근무하던 니치아에는 많은 GaN (갈륨 나이트 라이드) 특허가 있지만 전부는 아닙니다. Cree (SiC 특허) 및 Toyoda Gosei (다른 LED 특허)와 같은 다른 회사는 대량의 청색 LED를 생산하는 데 필요한 다른 주요 특허를 보유하고있었습니다.

기술적 문제는 일반적으로 1990 년대 후반에 파악되었지만, 큰 LED 플레이어는 특허 소송 문제로 인해 파란색 LED (일부로 대부분)를 생산하지 않았습니다.

2002 년 말까지 몇 가지 주요 특허 교차 합의 계약이 완료되었으며 1-2 년 안에 생산되는 청색 LED의 양이 크게 증가했습니다.

Cree and Nichia, 특허 교차 라이센스 계약 및 소송 해결 발표 http://www.nichia.co.jp/en/about_nichia/2002/2002_111301.html

Nichia와 Toyoda Gosei, LED 분쟁 해결 http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1178214

비용의 단순한 사실을 간과하지 마십시오.
일반 백열 전구는 동전을 위해 만들어 질 수 있으며 더 이상 팔리지 않습니다.

이것은 경제와 공공 관성의 문제입니다. 기존 기술은 인프라 및 대량 생산에 대한 장기 투자로 인해 생산 비용이 저렴합니다. 새로운 기술은 자금 문제, 초기 투자, 인프라 구축, 마케팅, 초기 얼리 어답터 단계, 유통 거래 등을 거쳐야합니다. 미국에서 새로운 기술을 강요하는 법안이 아니라면 대부분은 여전히 ​​백열에 있습니다 백열등의 현재 혼합 대신 CFL이 주도했습니다. 자유 시장 세력 의 자연 자본 적 보이지 않는 손이 아니라 강제 채택입니다.

LED 도입의 이점은 특히 초기 비용이 높을 때 기술 채택에 무기력 한 대부분의 사람들에게 두 번째 입니다. . LED 전구가 운영 비용의 절반으로 20 개 백열 전구보다 오래 지속 되더라도 대부분의 사람들은 20 달러 LED 전구로 3 달러에 비해 3 개 백열 전구에 비해 3 배나 저렴합니다. 이제는 개별 LED 전구가 사람들이 실제로 그것을 향해 이동하는 5 ~ 10 달러 범위로 떨어졌습니다.

문제는 자연스러운 백색광을 만드는 것이 었습니다. 정상적인 일광에는 주파수 스펙트럼이 있지만 특정 파장에서만 LED가 생성됩니다. 그래서 엔지니어들은 다른 파장을 생성하기 위해 다른 재료를 발명했습니다. 서로 다른 LED가 함께 혼합되어 결과적으로 빛이 거의 흰색이됩니다.

먼저, 약 40 년 전에 그들은 적색 LED를 발명했습니다. 그런 다음 서로 다른 기술 진화에 따라 파란색 / 녹색 / 다른 색상이 점진적으로 나타납니다. 또한 첫 번째 다이오드는 그다지 강력하지 않았습니다.

그래서, 문제는 만드는 것이 었습니다 흰색 발광 다이오드를, 그들을 만들기 위해 강력한 이 10 년 전에 만 happenned 전구, 대한 경쟁력을 충분히. 그리고 백색 다이오드는 여전히 매우 비싸지 만 내구성으로 인해 비용이 크게 보상됩니다. 단일 아우디 / BMW / 풀 헤드 라이트의 가격을 찾아보십시오.

모든 조명 응용 분야에는 고유 한 요구 사항이 있으며 일반적으로 100 년 이상 해결되었습니다. 새로운 솔루션은 처음부터 품질과 비용면에서 거의 우수하지 않습니다. 아직 언급되지 않은 또 다른 예는 CRI (Colour Rendering Index)입니다.

백열 전구는 흑체와 유사한 스펙트럼 응답을 갖지만 (따라서 색 온도 시스템이 있음) 백색 LED 조명은 그렇지 않습니다.

위의 이미지 (일부 Google 이미지 검색 히트)에서와 같이 거의 100의 "초고 CRI"를 판매 한 사람들도 백열 전구 또는 태양과 표면적으로 유사한 광 출력 만 생성합니다.

많은 응용 분야에서 이것은 훌륭하지만 특히 피부색 렌더링의 어려움으로 인해 많은 미디어 응용 프로그램에 적합하지 않을뿐만 아니라 거실에있는 사람들이 다소 아프게 보입니다.

또한 색이 중요한 곳에서 물건을 판매하는 사람들과 같이 다른 일부 영역에서는 적절한 색 렌더링이 필요합니다.

이 모든 것이 작은 부분 일 수도 있지만 다른 모든 대답은 자체적으로 작을 수도있는 다른 요점을 언급했지만 처음에는 작은 문제가 모두 없었던 것처럼 시장에 충분한 관성을 제공합니다.

저렴한 소형 SMPS 및 99CRI 백색 LED로 1997 년으로 내일의 기술을 구현하면 거의 모든 사람이 해당 기술로 즉시 전환 할 수 있습니다.

또한 LED를 통해 올바른 전압과 전류를 유지하여 거의 영원하게 유지하고 적색, 녹색 등의 LED에서는 그다지 중요하지 않은 백색 LED에서 가장 밝은 흰색을 가져와야했습니다. 백열 전구는 돈을 버는 데 비용이 들지 만 수십 년 동안 지속될 것으로 예상되는 나선형 소형 형광 전구가 나온 이후로 결코 그렇지는 않습니다. 그들은 더 낮은 전압을 사용합니다. 저는 CFL 전구가 지금보다 오래 지속되지 않고 백열 전구가 높아질수록 더 저렴하고 저렴하게 구축되는 것을 볼 수 있습니다.