照明技术发展趋势

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1、財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所照明技術發展趨勢報告人:陳慕平 博士 工研院能資所 地點:浙江大學 92年3月10日台灣電力電子協會台灣電力電子協會PCIM 2003PCIM 2003參訪團參訪團Prepared by Prepared by 李麗玲博士李麗玲博士1財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所內容大綱 複金屬燈現況與應用 新興複金屬燈市場應用分析 複金屬燈發展及技術趨勢 結語2財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所21世紀照明-綠色照明綠色照明低污染環境污染：降低能源需求提高照明器具效率與壽命減少有害物質的使用量資源回收自然能源的利用自然生態污染：光污染防治照明適當

2、設計與控制3財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所資料來源: Frost光通量降至初始值一半之點燈時數. 初始流明與平均流明:點燈100小時後稱初始流明. 光衰與光色偏移;光偏移可達500-600K 溫度效應;受周圍溫度影響啟動電壓 閃爍及閃頻現象12財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID 液晶投影機市場全球投影機之市場銷售量預估單位：台2000 2001 2002 2003 2004 CAGRCRT2,221,7212,377,2822,497,6742,783,0453,085,0648.55%LCD857,192 1,054,5591,257,342 1,470,961 1

3、,676,69318.26%DL P250,052 358,890 488,837 668,838 899,871 37.73%LCOS11,681 22,117 44,205 95,881 169,573 95.20%Total3,340,646 3,812,767 4,288,058 5,018,725 5,831,201 14.94%資料來源： Stanford Resources ；工研院經資中心(2001/05)13財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID 投影光源市場需求投影光源需求1. 高照度 : 短弧,體積小,效率高2. 連續光譜 : 達到高演色性, 200atm 超高

4、壓3. 壽命長 : 超過12000小時 120150W UHP取代250W複金屬燈為投影光源主流.UHP: 超高壓汞燈14財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所UHP 投影光源之功率UHP弧長小於1mm,一般複金屬燈多超過1.5mm.弧長愈 短則光性愈好,因此功率可降低.減少功率消耗同時降低 溫度,達到投影機輕巧小型.15財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所UHP 投影光源之弧光穩定解決弧光不穩定之方法1.光學整合2.驅動模式週期尾端加Pulse電流穩定弧光此Pulse須與顯示頻率同步UHP弧光受到電極磨損而變形;電極受損導致弧光 跳躍不穩定,對顯示面之配光產生改變,因而造成螢 幕上

5、亮度的變化.16財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所UHP 投影光源之發展 降低熱啟動電壓 與電子電路結合以驅動模式提高弧光之穩定度 弧長降低 功率範圍更廣100 200W 燈源技術改善,達到小型化17財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID 汽車頭燈市場資料來源 : just-v 市場現況歐洲 - 8 %, 160萬輛日本 - 14 %, 140萬輛美國 - 2001年1%v 市場預估 -2008年歐洲 - 21 %, 480萬輛日本 - 40 %, 380萬輛美國 - 16% , 270萬輛資料來源 :飛利浦歐洲總部HID頭燈市調報告* *目前全球汽車總數目前全球汽車總數55

6、005500萬輛萬輛. .18財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所汽車照明之需求趨勢傳統汽車照明傳統汽車照明照明功能：照亮道路識別標誌及障礙物信號功能：顯示車輛存在傳達行駛狀態訊息汽車照明新技術汽車照明新技術道路安全愛護環境能源利用設計自由度19財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所汽車頭燈光源之演進Xenon HID汽車頭燈之優點: (1)增強光色穩定性 (2)降低光衰減率20財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所氣體放電燈與鹵鎢燈之特性氣體放電燈：氣體放電燈： 鹵鎢燈：鹵鎢燈：電弧放電發光 熱輻射發光 發光強度及發光效率較高 驅動電路簡單、價 格便宜色溫較高、光色白較舒適 色

7、溫低、光色偏紅黃 功率消耗低、壽命長 燈泡溫度高、壽命短 21財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID 汽車頭燈特色:高光度,鹵素燈的2-3倍壽命長,為鹵素燈的3-8倍耗電力低白色光,人眼睛的接受度高 增加周邊的視線增強路面亮度50-60m10m100-120m20m22財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所氣體放電燈與鹵鎢燈之比較23財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID汽車頭燈之種類D1SD1S、D2SD2S D1RD1R、D2RD2R投影式系統之近光/遠光照明 反射式系統之近光照明* *D1D1燈種內含高壓點火器燈種內含高壓點火器, ,目前國內市場以目前國內市場以D

8、2D2佔絕大多數佔絕大多數. .24財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID汽車頭燈電子安定器電氣規格項 目 規 格 型 式 備 註 輸入電壓DC 13.2V9V16V消耗功率42W 輸入電流 3.18APeak：20A輸出功率 35W1W25開路點火電壓20kVMax.：23kV燈管操作電壓88V 67V112V雜訊等級CISPR25 Class 3密封性IP54工作溫度-30+85 25財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID汽車頭燈電子安定器需求車頭燈用之高照度氣體放電燈為無排氣製程，放電車頭燈用之高照度氣體放電燈為無排氣製程，放電 管內的緩衝氣體之壓力充填需達管內的緩衝

9、氣體之壓力充填需達6 6 atmatm以上以上. .1 1 秒內秒內80 %80 %光輸出光輸出,4 ,4秒內全光束輸出秒內全光束輸出啟動高壓需大於啟動高壓需大於2020KVKV體積小體積小, ,重量輕重量輕, ,性賴度高性賴度高. .電磁雜訊不干擾汽車內部之電子電路系統電磁雜訊不干擾汽車內部之電子電路系統 26財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID汽車頭燈市場分析全球排名廠家市場佔有率第一Veleo22%第二Automotive Lighting15%第三Koito*日本 第一大廠第四Hella全球汽車頭燈製造商包括: :Veleo,Automotive Lighting, Koi

10、to,Hella,Osram,Ichikoh,Stanley,Electric,Guide,Fede ral-Mogul and Visteon.27財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所 陶瓷放電管汽車頭燈-啟動時間與電流較石英放電管短小 無水銀HID汽車頭燈- 光通量快速上升- 啟動期間光譜特性佳- 燈管電壓下降 整合式尾燈 智慧型汽車頭燈汽車照明發展趨勢28財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所複金屬燈發展趨勢q Pulse Start 技術成熟,即將取代傳統複金屬燈市場q 高功率陶瓷複金屬燈,汽車頭燈陶瓷放電管q 陶瓷放電管新外型,提高光色均勻度q 減少水銀/無水銀複金屬燈q

11、無電極複金屬燈提昇壽命q 改善光衰及啟動問題(內搭啟動器)q 雙功率燈;單燈管可操作於雙穩定功率,增加照明 設計彈性,降低燈種數q 小型化;更方便配光,減少燈具負載,降低炫光 29財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所陶瓷複金屬燈發光效率提高 提高燈管電壓則發光效率再提高提昇光色一貫性壽命週期內光色飄移小於100K演色性高於85燈管功率150W以下已成熟,200-400W即將問世特性項目管壁負載演色性全光束石英放電管陶瓷放電管 20W/cm229W/cm2 9690 11000 lm13500 lm150W/4000K 高演色性複金屬燈特性比較30財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所

12、Pulse Start 複金屬燈v使用高壓點火器 - 改善光衰減 - 降低光色飄移 - 提高壽命 - 縮短再次啟動時間350W Pulse Start複金屬燈特性比較特性項目初始光通量(Lm)平均光通量(Lm)發光效率(Lm/W)壽命(小時)再啟動時間(分)350W Pulse Start380002850081200008-10400W通用型36000240006020000 12-15v 燈管功率範圍 : 50 750W31財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID 燈電性操作操作模式 : 直流至微波功率控制 優點: 提高壽命光束衰減少色偏移低智慧型 投影機:特殊安定器汽車頭燈系統:

13、4秒內達到全光束輸出氣體放電燈之燈管特性隨環境而變電阻,需配搭安定 器提供燈啟動與穩定工作所需.32財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所複金屬燈電子式安定器1. 效率高,體積小,節約能源10%以上2. 光衰減少,5000小時後光通量較傳統式高10%3. 輸出功率與色溫均穩定,不受輸入電源變化影響4. 可調光,無閃爍5. 安靜無噪音33財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所HID 燈操作模式操作模式頻率設計要點DC 0HF (正弦波) 20-100KHz難避開音頻共振 陶瓷管高於石英管VHF (正弦波) 100KHzLFSW (方波) 70-400 Hz(600Hz) 高頻漣波低於5%

14、無電極VHF MGz-GHz 34財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所複金屬燈電子式安定器架構(A)Controller 1ACController 2Controller 3功因修正EMI&整流濾波功率控制點火電路交流驅動35財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所複金屬燈電子安定器架構(B)DC功率控制點火電路Controller 1Controller 2交流驅動EMI Filter36財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所 輸入電壓全波段化：100-277V 薄型化：厚度隨燈源小型化燈具變精巧而薄 可調光： 控制調光為滿足照明需求 先進產品化技術：第四代安定器微電子之先進技

15、術， SMD元件搭配鋁基板及構裝技術 雙固定功率(20-200W)電子式安定器節能電子式安定器技術發展37財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所複金屬燈應用技術發展調色溫 : 以LFSW操作模式利用調PWM改變色溫,但不影響演色性及光效等性能LFSW LFSW 燈管電壓形燈管電壓形50/5050/50調色溫調色溫 LFSW LFSW 燈管電壓形燈管電壓形90/1090/10B.調光 : 標準複金屬燈調光範圍以80%為限,超過此色溫變化,調光25-100%相對燈管功率50-100%.38財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所複金屬燈調光技術B.調光 : 利用PWM設定色溫,再調整功率可達到功率調降色溫恆定之功效結果結果 : : 調光但色溫升高調光但色溫升高, ,例如例如 35003500 KK4300 4300 KK39財團法人 工業技術研究院 能源與資源研究所結 論綠色照明促使節能/環保更受重視,勢必帶 動複金屬光