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白炽灯泡“复活”,LED驱动器或成LED"软肋"?


眼见就要被淘汰的传统灯泡,拜奈米科技之赐,或许有了复活机会。

 

三位麻省理工学院的教授:物理学教授Marin SoljačićFrancis Wright Davis教授John Joannopoulos、和电机工程学Carl Richard Soderberg 教授Gang Chen以及其他研究团队成员在《Nature Nanotechnology》上发布了一篇研究,指出他们所使用的奈米材质能够大幅提升白炽灯泡效能,更有效利用散逸热能。

 

关键就在于研究人员创造的两阶段制程。第一阶段是拿一颗传统灯泡中加热过的金属灯丝,虽然还是会不断流失热量。为了防止钨丝浪费的热能以红外线福射方式流失,研究员在第二阶段在灯泡四周设置一种二级结构,能捕捉热能辐射后反射回钨丝。钨丝重新吸收热能后,在以可见光型态发射出来。研究人员使用的二级结构是一种利用地球上丰富元素制成的奈米光学晶体,可利用传统淀积技术制造。

 

第二阶段制程决定整个系统电能转换成光效率。发光效率(luminous efficiency,光效)是量化光线单位,将肉眼对光线反应纳入考量。传统白炽灯泡发光效率大约介于2%3%之间,而萤光灯泡则有7%15%,效率最高的LED灯泡则介于5%15%。然而,研究显示,使用这种转换热能为光线技术之后,白炽灯泡光效有可能高达40%

 

第一组概念验证灯泡,并未达到团队宣称的40%光效,只达到约6.6%。即使是实验初步结果,新白炽灯泡已达到了许多荧光灯,甚至是LED灯的效率了,比照传统白炽灯泡,新实验灯泡光效已达原先光效3倍之高。

 

光线回收再利用 一颗只有可见光的灯泡

 

研究团队称他们的手法为“光线回收再利用”,因为他们将无用能量波长转换成有利用价值的可见光波长。

 

研究团队的成功关键在于设计出能够对广域光谱及角度有反应的光学晶体。光学晶体本身是许多薄层堆叠在一片基板上所组成。

 

Ilic表示:“将薄层叠在一起,达到正确厚度跟排序时,能非常有效调整光线跟材质的互动。”在研究人员的设计中,只有具利用价值可见光能穿透晶体,但是红外线波长碰到材质时,会像遇到镜子一样,直接被反射回灯丝。这些红外线能量回到灯丝 (filament),被转换成可见光热量。在只有可见光能穿透情况下,热量只能在灯丝及外围材质之间来回反射,直到最后转变为可见光为止。

 

未参与此研究的普林斯顿大学电机工程学系的助理教授Alejandro Rodriguez表示:“研究结果令人印象深刻,这研究显示传统灯丝光效和能耗效率能够达到与荧光光灯和LED灯泡不相上下的可能。这项发现显现创新光学设计不但能够解决老技术问题,还能用来研发出新产品。相信这项研究将为白炽灯泡光源带来很大影响,甚至将引领白炽灯泡发射器研究,为未来量产商业化用途铺路。”

 

这项技术的应用范围不只是灯泡而已,在其他各领域也深具潜力。Soljačić也补充,这种能够控制热发散的能力非常重要。这也正是这个研究的贡献所在。新型的LED灯需要依靠LED驱动电源电源才能正常工作,而LED驱动电源成本不低,或成为LED发展的软肋。


LED驱动器

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