走上智能化時代的LED技術

本刊編輯 高珍

引 言

LED照明具有節能、環保、長壽、抗震、體積小、響應速度快等優點。目前，LED應用領域主要包括背光、一般照明和車用照明三大市場。隨著LED燈價格下降，舒適性和安全性成為半導體照明的技術方向。另外，半導體照明將開啟照明智能化時代。智能照明具有燈光亮度調節、色溫調節、燈光軟啟動、定時控制、場景設置等功能，并達到個性化、舒適性、二次節能、安全高效的要求。

1 機遇和挑戰

LED照明具有很多突出的優點：節能——直流驅動，電光功率轉換接近100%，相同照明效果比傳統光源節能80%以上；壽命長——使用壽命可達6萬～10萬小時，比傳統光源壽命長10倍以上；色彩變化多——利用紅、綠、藍三基色原理，在計算機技術控制下使三種顏色具有256級灰度并任意混合，可產生256×256×256＝16 777 216種顏色；環保——既沒有熱量，也沒有輻射，眩光小，可回收，不含汞元素，冷光源，可以安全觸摸；高科技——低壓微電子產品，融合計算機技術、網絡通信技術、圖像處理技術、嵌入式控制技術等，是半導體光電器件的數字信息化產品，具有在線編程、無限升級、靈活多變的特點。

LED照明的價格相對高于傳統光源，這成為LED進入市場的障礙之一。另外，產能過剩也導致LED市場的競爭激烈。推動LED照明市場發展的關鍵推動力是高亮度LED和智能LED控制器的出現。采用高亮度LED的產品設計師面臨許多設計挑戰，包括散熱管理、驅動方案、拓撲架構和基礎設施。

2 市場趨勢

就當前行業發展的水準來看，LED照明還沒有足夠的能力打破傳統照明觀念，依然停留在取代型路線上；而在取代型路線里面，LED照明還必須依賴政府政策指引。也就是說，雖然LED照明某些領取發展到足夠成熟的程度，但是相對于整個市場而言，其還處在一個起步階段的雛形層面上。

2.1 汽 車

隨著LED照明技術的不斷進步，LED逐漸被應用于汽車照明領域。

針對汽車應用的LED研發廠商積極性很高，而LED也確實以它的獨特性吸引著車用市場。LED光源在汽車中應用具有很多優勢：能耗低，壽命長，形式多樣，識別度高，抗沖擊性好，便于布置和造型設計，響應速度快，亮度高，光線亮度衰減遠低于鹵素燈，低壓直流電即可驅動LED，負載小，干擾弱，對使用環境要求低。這些因素對節能和行車安全顯然大有裨益。LED車燈在向著平民化的車型蔓延。對于要求更高的車前燈，也會隨著LED亮度的提高、價格的逐漸下降而獲得普遍應用。

智能化應用也是LED一個潛在的優勢。未來的LED照明不是帶來更高的光效，而是更好的光線。在汽車中，智能化照明是未來一個流行趨勢，比如按需調節燈光的明暗程度、車內燈光隨外界光線而自動調整等等。

利用LED照明的汽車不僅僅是在歐洲等市場成長。在中國，新能源汽車已經進入中國十二五計劃，屬于國家低碳、節能、環保產業的一部分，符合國家產業支持政策，屬于LED產業延伸的領域之一。

2.2 物聯網與智能照明

除了高光效外，光的質量、尺寸的輕薄以及智能控制系統等將會是未來LED照明發展的重點。如果有一個增長非常顯著的LED領域，那一定是智能照明市場。智能照明是指利用計算機、無線數據傳輸、擴頻電力載波通信技術、計算機智能化信息處理及節能型電器控制等技術組成的分布式無線遙測、遙控、遙訊控制系統，來實現對照明設備的智能化控制，具有燈光亮度的強弱調節、燈光軟啟動、定時控制、場景設置等功能，達到安全、節能、舒適、高效的特點。它要求進行高級控制，包括可編程性能、頻譜控制和環境集成等。目前，這大概是LED照明市場20億美元總額的13%，但有望在2014年翻倍。

智能LED照明控制要求對燈光亮度進行精確控制。可編程智能控制內核普遍用于架構系統，接收來自燈源和運動傳感器以及面板的輸入。這種系統一般可以由用戶進行編程，在一天中規劃不同的時間及區域，提供不同的照明等級，并可能按照一周不同的日期進行變化。

這種控制的關鍵在于利用最佳光輸出范圍和穩定性的機制調節LED的明暗度，同時在調光范圍上使得每瓦流明實現最優化，并提供高功率因數和低交流線路諧波。

要實現真正的“智能”，照明燈必須能感應周邊環境并對環境變化作出局部的反應。驅動器本身并不“智能”，照明燈具目前也不能實現局部感應，所以，它們都不能算實現了“智能”。整個行業都僅僅把LED燈當作產生光子的替代品，但現實是LED控制裝置越來越多，它們都為LED照明帶來全新的方法。未來的發展趨勢是，在生產備用燈具時將傳感器和智能的決策方案包含進去，通過調整操作方式來滿足用戶的需求，而照明開關將不復存在。

在物聯網世界里，聯網照明等系統將形成樓宇管理系統的通信中樞，包括照明、安防、火災探測、溫度控制和人員檢測。這些功能可以連接到使用個人電腦和便攜設備的互聯網，實現基于云控制、數據采集以及處理和存儲。到2020年，家庭和樓宇相關設備的市場價值可能達到6 650億美元，在更加廣泛的互連設備市場中占據29%的份額。

高級控制功能可提供低成本和個性化的便利照明體驗。通過iOS或Android系統，系統可提供家庭局域網與遠程網絡應用之間的低成本連接，以及安裝在樓宇內的智能照明設備的近距離實時控制能力。

未來照明行業將會朝著“智能化”的趨勢發展，LED照明最終的表現形式會朝著智能化、模組化、專業化發展，這更有利于產品的生產和維護。智能技術與照明的結合使照明更進一步地滿足不同個體、不同層次群體的需求。這也應該是智能照明的發展方向。

3 技術趨勢

3.1 高壓LED

高壓LED是一種全新的LED品種，具有很多優點。VF值為3.2V左右的光源早已應用到不計其數的燈具里面，多只LED串聯的做法也是第一種高壓LED的應用。第二種，就是LED上游芯片廠家通過特殊工藝制程，將多顆VF值在3.2V左右的LED芯片以串聯方式做在一片基片上，引出“＋”“－”兩個PAD，又叫做高壓LED芯片。封裝廠家拿芯片后，制做成高壓LED光源。

高壓LED有高光效、電源要求低、線性電源結合省成本、減緩光衰等優點，同時也存在成本、功率耗散和散熱器等問題。總之，高壓LED不失為一種具有特點的LED，向人們提供了一種選擇，對于不同場合可選擇最適合的技術。

3.2 中功率LED

隨著LED照明市場起飛，加上背光用LED規格的改變，中功率市場一躍而成2013年LED產業主流規格，產值首度超越高功率市場。其中，采用EMC支架材料LED驅動電流可以達1～2W，可同時供應中功率與中高功率市場，LED封裝廠積極擴增EMC產能，而PCT支架材料改良后，LED封裝廠也積極以PCT產品切入中功率市場。此外，flip－chip產品也在2014年進軍中功率市場。

EMC產品隨著中功率市場興起而成為2013年的閃亮之星，其中日亞化EMC產品757系列2013年在市場熱賣打響EMC名號，EMC產品具有同時供應直下式背光與照明市場的高共用性特性，加上跌幅加速，LED封裝廠皆積極投入EMC產品開發與產能擴充。

而PCT支架材料經過廠商改良后，驅動功率由過去的0.7W拉升至1～1.2W，除了一舉拉開與PPA支架的距離，也切進原先EMC產品中0.7～1.2W的市場。高性價比的PCT產品也是部分LED封裝廠2014年中功率重要產品線。

中功率市場2013年產值首度超越高功率，原先專注于高功率市場的飛利浦也在2013年積極切入中功率市場。除了已經推出的中功率產品以外，飛利浦也計劃在2014年將具有體積更小、單位面積發光效率更佳，以及有五面發光、發光角度大的flip－chip產品導入中功率市場，顯見其對中功率市場的看中程度。

3.3 太陽能LED照明

太陽能LED照明集成了太陽能與LED的優點。系統由太陽能電池組件部分（包括支架）、LED燈頭、控制箱（內有控制器及蓄電池）和燈桿幾部分構成。太陽能電池板光效率較高，對系統的抗風設計非常有利；燈頭部分以1W白光LED和1W黃光LED集成于印刷電路板上排列為一定間距的點陣作為平面發光源。

系統工作原理簡單，利用光生伏特效應原理制成的太陽能電池白天太陽能電池板接收太陽輻射能并轉化為電能輸出，經過充放電控制器儲存在蓄電池中，夜晚照度逐漸降低，充放電控制器偵測到這電壓值，蓄電池對燈頭放電。蓄電池放電8.5小時后，充放電控制器動作，蓄電池放電結束。充放電控制器的主要作用是保護蓄電池。

太陽能LED照明的初投資問題仍然是一個主要問題。但是，太陽能電池光效在逐漸提高，而價格會逐漸降低，同樣地市場上LED光效在快速地提高，而價格卻在降低。與太陽能的可再生、清潔無污染以及LED的環保節能相比，常規化石能源日趨緊張，并且對環境會造成污染。所以，太陽能LED照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現給我們的將是無窮的生命力和廣闊的前景。

結 語

LED照明行進的道路雖然崎嶇難走，但前景一片光明。LED產業發展不僅對照明和半導體產業具有戰略帶動作用，而且還會引發家電、汽車、手機等一系列終端消費品的技術變革。LED最大的優勢在于其可控性，LED照明節能概念的充分體現、數字化實現以及照明之外的增值均離不開智能控制系統的支撐。同時，智能控制系統可以使LED徹底擺脫傳統照明定義的束縛，推進綠色照明變革。由于嵌入式系統無處不在的特點，雖然8位單片機被ARM系列大面積替代，卻迅速進入到智能芯片（如無線收發芯片、智能卡、智能傳感器等）領域。因此，未來LED照明領域中，嵌入式系統必將大有作為，讓我們拭目以待！