大部分的 VLC 系統都是使用一般的 LED 作為光源,所謂的一般的 LED 就是只 能操作在 DC 直流偏壓下的 LED,要給定一特定的順向偏壓 LED 才會亮起,但是 一般室內用的插座都是 AC 交流電,因此如果要將 VLC 有效的應用在室內用或是 其他商業上的應用,必定要將光源從 DC-LED 改變為 AC-LED,才能直接的將插座 提供的 AC 交流電作最有效的利用,也可以省去交流轉直流轉換器所損耗的能量,
讓 VLC 系統更實用。因此為了要將 AC-LED 使用在我們的 VLC 系統中,我們需要 對 AC-LED 有一定的認知及了解,以下就是對於 AC-LED 一些基本的介紹。
2006 年,美國的 David Allen 和 Yardley 就提出了一項專利,主要是透過 LED 在電路上排列的方式不同,讓 LED 可以直接接上家用電源作多顆 LED 同時發 光的應用,而其中一個排列方式是可以讓 AC 電源的正半邊和負半邊都可以驅動 到部分 LED,使其發光而不會有某個半邊的能量被浪費。因此間接的達成了 AC-LED 的概念。
26
該項專利的其中一個設計圖如圖(2-13)所示,他採用的電源是一般家用的 110V 的 AC 交流電源,而電源跟兩串的 LED 連在一起,這兩串 LED 是採並連的方 式連接在一起,每一串 LED 串列中各有 50 顆 LED,而這兩串 LED 有兩種不同的 串接的方式,如圖(2-14)所示,其中一種是兩串的 LED 串的方向都是一樣的,但 是這樣的話並不算是 AC-LED,因為當兩串 LED 的方向都一樣的時候,只有在其 中一個順向偏壓的情況下兩排才會一起全亮。當 AC 電源改變至另一個半邊的振 幅的時候,兩串 LED 又會一起熄滅。因此要達到 AC 電源的正、負半邊的訊號都 有使用到的話,兩串 LED 應該是採並連且方向反接,如圖(2-15)所示,此時當提 供的 AC 交流電是在正半邊的話,其中一串 LED 就會亮起,當經過半個週期,AC 訊號改成是另一個半邊的時候,就會換另一串 LED 亮起,原本亮起的那一串就會 熄滅,因為對原本的那一串來說,此時已經變成負向偏壓了,因此之前亮起的那 串 LED 這時候就不會亮起。
圖 2 - 13 LED 串列設計圖 [17]
27
圖 2 - 14 LED 串列設計圖 2 [17]
圖 2 - 15 AC LED 串列設計圖 [17]
綜合比較兩種,第一種在瞬間可以提供的亮度較高,因為他一次會亮兩串 LED 燈,第二種的排列方式在特定時間內只會亮起一排,但是第一種的排列方式 會浪費許多能源,因為交流電的其中一個半邊的電源完全沒辦法供應給 LED,都 會被視為負向偏壓導致 LED 無法亮起。而第二種的排列方式則是整個交流電的電 源都可以做利用。因此若要實際使用在交流電的情況下,第二種排列方式是比較 適合的。至於使用 50 顆 LED 的原因在於,一般 LED 驅動的電壓大約是 2-3V 之間,
如果將 50 顆 LED 串接在一起的話,其整條 LED 串的驅動電壓就會接近 110V,因 此該項設計雖然使用很多顆 LED 燈泡,但是卻不需要使用變壓器來調整電壓,省 去了變壓器會產生的能量損耗。
28
之後,又有人提出以整流橋為概念的 AC-LED,其設計如圖(2-16)所示,主 要是由一個交流電源以及一個橋式整流器所構成,該整流器呈現一個菱形狀,當 交流電的電源為正半邊的時候,電流就會因為 LED 擺放的方式而延著 A 路徑行進,
使的右上方、左下方和中間部分的 LED 發光,其他區塊的 LED 因為這時處於負向 偏壓,因此不會發光;而當交流電的電源為負半邊的時候,電流會延著 B 路徑行 進,此時則是換成只有左上方、右下方和中間部分的 LED 會發光。因此我們可以 知道,使用這種橋式整流器的設計,可以讓 LED 系統使用到整個 AC 交流電的電 源訊號,不會有某個半邊的電源被浪費了。不但如此,該橋式整流器還提供了中 間那一段 LED 是恆亮的功能,不論提供的電源為 AC 交流電的正半邊或負半邊,
中間那一排 LED 一定會發光。也因為這個優點,因此在許多關於 AC-LED 的研究 中都是使用這種橋式電路的設計。
圖 2 - 16 橋式 AC-LED 設計示意圖 [18]
隨著時間的推演,現在許多跟 AC-LED 相關的商品已經被設計出來,在商業 上更詳細的設計不停的被提出,如圖(2-17),而為了縮小 AC-LED 的體積,許多
29
技術也一直在開發,例如將兩個不同偏壓方向的 LED 在製成的時候利用技術讓他 們長晶長在一起,如此一來即可將兩顆 LED 封裝在同一個 Cell 裡面,縮小整顆 AC-LED 的體積。而世界上積極研發 AC-LED 的公司在南韓是首爾半導體公司,台 灣的工業技術研究院近年來也有不錯的成果,甚至將 AC-LED 商品化,如圖(),
然後技轉給其他科技公司作生產。未來,AC-LED 將會在 LED 應用端扮演舉足輕 重的地位。
圖 2 - 17 商業化 AC-LED 設計示意圖 [19]
圖 2 - 18 工研院設計生產之 AC-LED
30