若以光源採用32W級螢光燈的室外照明燈與由太陽電池和白光LED照明組合而成的室外照明燈做一比較,兩者在耗電與亮度上可謂是不相上下,但是以每天照明12小時計算,一般螢光燈在10年內約需要更換5次光源,而以太陽電池驅動的LED燈則可在10年內無需更換,且具備無需繁雜的供電佈線工程,不產生CO2的環境需求優勢,因此由太陽電池和白光LED照明組合而成的室外照明燈,在近年來已陸續浮出市場。
將躍登主照明地位的LED照明燈具
關於白光LED在照明領域當中的應用,目前常見於室外庭園燈、走廊足下燈等不太需要高亮度的地方,然因白光LED發光效率的快速提升,現階段高功率白光LED已具備超過70 lm/W的發光效率,此值已超過白熾燈、鹵素燈,並接近螢光燈所具60~100 lm/W的條件。因此,大多數的LED業者均認為,2010年白光LED的發光效率可望實現100 lm/W的目標,並預估在技術成熟條件下,至2015年其將可達到150lm/W。
韓國KDT公司在LED上結合LCD顯示器技術,開發出平面狀LED照明新技術。該獨家的LED照明設計技術,可望顛覆現行仍在開發改進中之LED照明燈具的顆粒構裝模式。目前的照明燈具市場,大致可分為白熾燈泡與螢光燈兩大類。白熾燈泡會發熱,其熱能僅有5%會被轉換為人類可見之光線,所散發的可視距離相當有限。螢光燈使用白熾燈泡1/3的電力,壽命也較其長約5~6倍,卻因含有重金屬,致引發環保需求問題,預估與下世代照明終將無緣而劃下句點。KDT公司歷經三年多的時間,開發出稱之為PLF(Photo Luminescent Film)的光電轉換薄膜,如圖一所示,並使用半導體顯示器方式的全新照明技術,開發出平面狀LED照明燈具。
圖一、平面狀LED照明模組
該平面狀LED照明技術的核心是在以藍光LED做出類似太陽光的白色光源,照明光源趨近於自然光。該LED具有色溫調節能力,最大特色則是可依據消費者的環境需求,創造出多種色彩的自然光,如圖二(a)所示。厚度2cm以下的超薄型LED照明,如圖二(b)所示,可跳脫建築物高度不足的限制,也可做壁面嵌合設計,讓空間的使用效率提升,室內的設計更為美化。由於藍光LED的購入價格約是白光LED的一半,再加上PLF的使用,可使LED的使用數量減少,相對地,平面狀LED照明燈具的發熱量也隨之減少許多,加以它不使用重金屬,幾乎不釋放紫外光,可謂是對環境親和性高的產品。KDT公司期許該平面狀LED照明燈具的使用電費約各是白熾燈泡、螢光燈的50%與80%;使用壽命是螢光燈的7倍以上,而持續不斷研發。
據KDT公司表示,PLF技術備受技術性與市場性好評,已獲產業銀行、Power Logics等公司投資。平面狀LED照明已在全球高級照明市場中嶄露頭角,陸續接獲美、德、法、義等國訂單。目前產品的70%以上均外銷。在韓國國內,需求也在增加之中。據KDT公司接受媒體採訪時表示,2006年未對外公開的營業額數據是10億韓元,但2007年公報上的營業額目標卻是100億韓圓。位於梧倉科學園區的KDT公司,成立於2004年2月。(本文取材自韓國媒體對該公司之採訪報導,關於該公司LED照明技術的詳情,可參閱其網站介紹http://www.kdtdisplay.com)
圖二、各種色彩的超薄型LED照明
就照明而言,LED燈目前的發展僅能達成間接照明、輔助照明的任務,尚無法進入滿足室內主照明需求的階段,其主要原因在發光效率與製造成本,到目前為止仍無法突破超越螢光燈。但是最近在日本已出現了以LED結合螢光燈、白熾燈泡的Hybrid型照明燈具,以傳統光源補足LED亮度,讓比較不需要光量的場合,有了活用LED燈的機會。例如,松下電工集團展示一款Hybrid型照明燈具,如圖三所示,在螢光燈的外圍週邊,配置了以透明素材連結數個LED的外框;在一般時段螢光燈為主照明,就寢時可切換使用LED為小夜燈。
圖三、松下電工展示的Hybrid型照明燈具
此外,東芝Lighting & Technology公司將LED照明應用在「小田急Romance Car」新型電車上,包括座位上方置物架、車廂天花板、車廂上下階梯等處,都安裝了直線狀的LED燈,如圖四(a)所示。其LED模組與電源如圖四(b)所示,一支LED模組的尺寸為210 x 30 x 12mm,使用18顆電球色的LED。特別是車廂天花板部分,與螢光燈搭配並用,讓LED的設計性大幅提高。
圖四、(a)電車大量採用LED照明的電車;(b) LED模組與電源
結合太陽電池室的白光LED室外照明燈
Sharp於2007年8月30日舉辦了一場由太陽電池和白光LED照明組合而成的室外照明燈-「LN-LW3A1/LN-LS2A1」的產品說明會。該室外照明燈LN-LW3A1採用756顆白光LED,亮度為1800lm;LN-LS2A採用504顆白光LED,亮度為1200lm。該使用壽命約達4萬小時的白光LED為色溫達6800K的晝白光產品,可達到如同陽光照射般的效果。另外,在1800lm產品中使用兩片80W級的太陽電池,1200lm產品中則使用一片。1800lm產品中配備有5個電池容量為38Ah的鉛酸電池,1200lm產品中則配備有3個,用以儲存由太陽電池所產生的電力。當電池充滿電之後,以每天7小時為全功率照明,其餘時間為節能照明模式來運轉,即使一周沒有日照,也能如常工作。此外該室外照明燈還配備有地震感測器,於檢測到5級地震之後,可在2天內連續進行全功率照明。據Sharp表示,該室外照明燈與透過電源驅動的室外照明燈相比,每年可減少153.3kWh的耗電和48.2kg的CO2排放量。
該室外照明燈已於8月21日開始供貨。「LN-LW3A1」的產品(圖五)亮度,在夜間可清晰判別人物,識別人孔面貌,屬於防範犯人型照明燈,價格為130~150萬日圓。「LN-LS2A1」的產品最宜用於公園等重點照明,價格為100~120萬日圓。依使用用途,還需追加約30萬日圓的安裝工程費用。雖然其價格高過一般螢光燈約30~100萬日圓的價格,但就防範犯罪、防災性能與環境需求,以及日後維修等優勢來看,Sharp仍推出一年5000支的計畫量產目標。
圖五、室外照明燈「LN-LW3A1」的亮度
另外,從2006年1月開始,NTT Facilities也開始銷售一款將傳統平面狀太陽光電板做垂直六面配置,並搭配白光LED照明組合而成的路燈。該太陽能光電板一體型LED路燈的電力輸出功率為90W,搭配有四個總計4.4W的高亮度LED,以及蓄電用之13V-50Ah的鉛酸電池。產品最大特色是縱使是一天點燈12小時,其LED最高可達20年之使用壽命。耗電量是傳統螢光燈的1/5。縱使無日照,也能仰賴蓄電持續點燈一週。該路燈的設置費用一支約100萬日圓,NTT Facilities計畫銷售目標是2007年度能達到200支。使用能嵌於壁面的太陽光電板,依相同的系統概念,也能將此路燈設計成大廈內部的照明光源,當地震等災害發生而導致停電時,就可透過此一體型LED燈,照亮避難路徑,減少民眾的傷亡。
日本安川商事還銷售一款搭配太陽電池與風力發電機的LED照明燈-「Sun Groove JE」,宜用於學校、公園或作為災害緊急燈使用。該完全獨立型室外照明系統的構成,主要包括有功率輸出63W、尺寸938 x 496 x 34mm的太陽電池光電板,最大功率輸出達130W、五片950mm回轉尺徑之羽翼的風力發電機,以及一天約點燈10小時、耗電在3.3W以下的LED照明燈。每支價格不含安裝施工與稅金,為128.8萬日圓。目前諸如以上所示各類室外照明燈產品,在日本已陸續上市,並佔日本全國路燈市場的1%。
視線感應標誌(Delineator)
視線感應標誌(Delineator)通常設置在會下雪的國度裡,它是在道路兩側等距設置標柱或面板等,並在其上安裝反射器,透過汽車頭燈光線的照射,使之引起反射作用,以引導駕駛者安全行駛的交通指示標誌(如圖六所示)。視線感應標通常會裝置在設計速度50km/h以上的區間、車道數目與車道寬度有所變動的區間、急轉彎以及與急轉彎接續的區間。隨著技術的發展,視線感應標邁向LED與太陽電池結合進化發展的製作技術,使交通安全更為提升。
圖六、LED與太陽電池結合進化發展的視線感應標
日本專業從事電子回路開發的IZM公司,在2007年9月宣佈,開始正式銷售能發出能隨溫度變化而能改變LED顏色,以警告凍結路面情況的視線感應標-「Thermo-eye」。「Thermo-eye」的尺寸大小為直徑8cm,厚度1.8cm,其結構如圖七所示。它是以太陽電池驅動,所得電力儲存於電雙層電容器中。太陽電池在晴天日正當中30分鐘左右就能完成充電(陰雨天約需充電4小時),並持續發光16小時以上。「Thermo-eye」內設有溫度感測器,在溫度不及2℃時,16個超高輝度LED會有8個運作,由白光轉為藍光(如圖八所示),通知駕駛者注意有路面凍結的可能性。另設有電波時鐘,可設定自動開關燈的時間。整個「Thermo-eye」的單價為2萬日圓,在道路邊,每40m需設置一個,其最大照射距離為300m,在濃霧或飄雪的視線模糊狀況下,駕駛者仍能透過其指引,掌握住道路的彎曲線形。
圖七、「Thermo-eye」的結構示意圖
圖八、溫度不及2℃時,LED會由白光轉為藍光
白天發電夜晚發光的玻璃
Sharp在數年前即已推出一款白天發電夜晚發光的玻璃-「Lumiwall」,如圖九-(a)所示。該「Lumiwall」是將穿透式薄膜太陽電池與高輝度LED燈,各自以樹脂接著於強化玻璃之間,再將兩者共同封裝為三明治夾層式玻璃而成。該強化玻璃在白天可利用太陽電池發電來儲存電力,夜間則透過LED燈發揮照明的效果。由於玻璃具有穿透性,白天可做為採光窗使用;若將之設置在住宅屋頂,則具備採光、發電、照明三大功用。「Lumiwall」可搭配住宅光電發電系統,成為具有發光功能的新一代功能性建材,如圖九-(b)所示。
圖九、白天發電夜晚發光的玻璃-「Lumiwall」的應用