走上智能化时代的LED技术

本刊编辑 高珍

引 言

LED照明具有节能、环保、长寿、抗震、体积小、响应速度快等优点。目前，LED应用领域主要包括背光、一般照明和车用照明三大市场。随着LED灯价格下降，舒适性和安全性成为半导体照明的技术方向。另外，半导体照明将开启照明智能化时代。智能照明具有灯光亮度调节、色温调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能，并达到个性化、舒适性、二次节能、安全高效的要求。

1 机遇和挑战

LED照明具有很多突出的优点：节能——直流驱动，电光功率转换接近100%，相同照明效果比传统光源节能80%以上；寿命长——使用寿命可达6万～10万小时，比传统光源寿命长10倍以上；色彩变化多——利用红、绿、蓝三基色原理，在计算机技术控制下使三种颜色具有256级灰度并任意混合，可产生256×256×256＝16 777 216种颜色；环保——既没有热量，也没有辐射，眩光小，可回收，不含汞元素，冷光源，可以安全触摸；高科技——低压微电子产品，融合计算机技术、网络通信技术、图像处理技术、嵌入式控制技术等，是半导体光电器件的数字信息化产品，具有在线编程、无限升级、灵活多变的特点。

LED照明的价格相对高于传统光源，这成为LED进入市场的障碍之一。另外，产能过剩也导致LED市场的竞争激烈。推动LED照明市场发展的关键推动力是高亮度LED和智能LED控制器的出现。采用高亮度LED的产品设计师面临许多设计挑战，包括散热管理、驱动方案、拓扑架构和基础设施。

2 市场趋势

就当前行业发展的水准来看，LED照明还没有足够的能力打破传统照明观念，依然停留在取代型路线上；而在取代型路线里面，LED照明还必须依赖政府政策指引。也就是说，虽然LED照明某些领取发展到足够成熟的程度，但是相对于整个市场而言，其还处在一个起步阶段的雏形层面上。

2.1 汽 车

随着LED照明技术的不断进步，LED逐渐被应用于汽车照明领域。

针对汽车应用的LED研发厂商积极性很高，而LED也确实以它的独特性吸引着车用市场。LED光源在汽车中应用具有很多优势：能耗低，寿命长，形式多样，识别度高，抗冲击性好，便于布置和造型设计，响应速度快，亮度高，光线亮度衰减远低于卤素灯，低压直流电即可驱动LED，负载小，干扰弱，对使用环境要求低。这些因素对节能和行车安全显然大有裨益。LED车灯在向着平民化的车型蔓延。对于要求更高的车前灯，也会随着LED亮度的提高、价格的逐渐下降而获得普遍应用。

智能化应用也是LED一个潜在的优势。未来的LED照明不是带来更高的光效，而是更好的光线。在汽车中，智能化照明是未来一个流行趋势，比如按需调节灯光的明暗程度、车内灯光随外界光线而自动调整等等。

利用LED照明的汽车不仅仅是在欧洲等市场成长。在中国，新能源汽车已经进入中国十二五计划，属于国家低碳、节能、环保产业的一部分，符合国家产业支持政策，属于LED产业延伸的领域之一。

2.2 物联网与智能照明

除了高光效外，光的质量、尺寸的轻薄以及智能控制系统等将会是未来LED照明发展的重点。如果有一个增长非常显著的LED领域，那一定是智能照明市场。智能照明是指利用计算机、无线数据传输、扩频电力载波通信技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥讯控制系统，来实现对照明设备的智能化控制，具有灯光亮度的强弱调节、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能，达到安全、节能、舒适、高效的特点。它要求进行高级控制，包括可编程性能、频谱控制和环境集成等。目前，这大概是LED照明市场20亿美元总额的13%，但有望在2014年翻倍。

智能LED照明控制要求对灯光亮度进行精确控制。可编程智能控制内核普遍用于架构系统，接收来自灯源和运动传感器以及面板的输入。这种系统一般可以由用户进行编程，在一天中规划不同的时间及区域，提供不同的照明等级，并可能按照一周不同的日期进行变化。

这种控制的关键在于利用最佳光输出范围和稳定性的机制调节LED的明暗度，同时在调光范围上使得每瓦流明实现最优化，并提供高功率因数和低交流线路谐波。

要实现真正的“智能”，照明灯必须能感应周边环境并对环境变化作出局部的反应。驱动器本身并不“智能”，照明灯具目前也不能实现局部感应，所以，它们都不能算实现了“智能”。整个行业都仅仅把LED灯当作产生光子的替代品，但现实是LED控制装置越来越多，它们都为LED照明带来全新的方法。未来的发展趋势是，在生产备用灯具时将传感器和智能的决策方案包含进去，通过调整操作方式来满足用户的需求，而照明开关将不复存在。

在物联网世界里，联网照明等系统将形成楼宇管理系统的通信中枢，包括照明、安防、火灾探测、温度控制和人员检测。这些功能可以连接到使用个人电脑和便携设备的互联网，实现基于云控制、数据采集以及处理和存储。到2020年，家庭和楼宇相关设备的市场价值可能达到6 650亿美元，在更加广泛的互连设备市场中占据29%的份额。

高级控制功能可提供低成本和个性化的便利照明体验。通过iOS或Android系统，系统可提供家庭局域网与远程网络应用之间的低成本连接，以及安装在楼宇内的智能照明设备的近距离实时控制能力。

未来照明行业将会朝着“智能化”的趋势发展，LED照明最终的表现形式会朝着智能化、模组化、专业化发展，这更有利于产品的生产和维护。智能技术与照明的结合使照明更进一步地满足不同个体、不同层次群体的需求。这也应该是智能照明的发展方向。

3 技术趋势

3.1 高压LED

高压LED是一种全新的LED品种，具有很多优点。VF值为3.2V左右的光源早已应用到不计其数的灯具里面，多只LED串联的做法也是第一种高压LED的应用。第二种，就是LED上游芯片厂家通过特殊工艺制程，将多颗VF值在3.2V左右的LED芯片以串联方式做在一片基片上，引出“＋”“－”两个PAD，又叫做高压LED芯片。封装厂家拿芯片后，制做成高压LED光源。

高压LED有高光效、电源要求低、线性电源结合省成本、减缓光衰等优点，同时也存在成本、功率耗散和散热器等问题。总之，高压LED不失为一种具有特点的LED，向人们提供了一种选择，对于不同场合可选择最适合的技术。

3.2 中功率LED

随着LED照明市场起飞，加上背光用LED规格的改变，中功率市场一跃而成2013年LED产业主流规格，产值首度超越高功率市场。其中，采用EMC支架材料LED驱动电流可以达1～2W，可同时供应中功率与中高功率市场，LED封装厂积极扩增EMC产能，而PCT支架材料改良后，LED封装厂也积极以PCT产品切入中功率市场。此外，flip－chip产品也在2014年进军中功率市场。

EMC产品随着中功率市场兴起而成为2013年的闪亮之星，其中日亚化EMC产品757系列2013年在市场热卖打响EMC名号，EMC产品具有同时供应直下式背光与照明市场的高共用性特性，加上跌幅加速，LED封装厂皆积极投入EMC产品开发与产能扩充。

而PCT支架材料经过厂商改良后，驱动功率由过去的0.7W拉升至1～1.2W，除了一举拉开与PPA支架的距离，也切进原先EMC产品中0.7～1.2W的市场。高性价比的PCT产品也是部分LED封装厂2014年中功率重要产品线。

中功率市场2013年产值首度超越高功率，原先专注于高功率市场的飞利浦也在2013年积极切入中功率市场。除了已经推出的中功率产品以外，飞利浦也计划在2014年将具有体积更小、单位面积发光效率更佳，以及有五面发光、发光角度大的flip－chip产品导入中功率市场，显见其对中功率市场的看中程度。

3.3 太阳能LED照明

太阳能LED照明集成了太阳能与LED的优点。系统由太阳能电池组件部分（包括支架）、LED灯头、控制箱（内有控制器及蓄电池）和灯杆几部分构成。太阳能电池板光效率较高，对系统的抗风设计非常有利；灯头部分以1W白光LED和1W黄光LED集成于印刷电路板上排列为一定间距的点阵作为平面发光源。

系统工作原理简单，利用光生伏特效应原理制成的太阳能电池白天太阳能电池板接收太阳辐射能并转化为电能输出，经过充放电控制器储存在蓄电池中，夜晚照度逐渐降低，充放电控制器侦测到这电压值，蓄电池对灯头放电。蓄电池放电8.5小时后，充放电控制器动作，蓄电池放电结束。充放电控制器的主要作用是保护蓄电池。

太阳能LED照明的初投资问题仍然是一个主要问题。但是，太阳能电池光效在逐渐提高，而价格会逐渐降低，同样地市场上LED光效在快速地提高，而价格却在降低。与太阳能的可再生、清洁无污染以及LED的环保节能相比，常规化石能源日趋紧张，并且对环境会造成污染。所以，太阳能LED照明作为一种方兴未艾的户外照明，展现给我们的将是无穷的生命力和广阔的前景。

结 语

LED照明行进的道路虽然崎岖难走，但前景一片光明。LED产业发展不仅对照明和半导体产业具有战略带动作用，而且还会引发家电、汽车、手机等一系列终端消费品的技术变革。LED最大的优势在于其可控性，LED照明节能概念的充分体现、数字化实现以及照明之外的增值均离不开智能控制系统的支撑。同时，智能控制系统可以使LED彻底摆脱传统照明定义的束缚，推进绿色照明变革。由于嵌入式系统无处不在的特点，虽然8位单片机被ARM系列大面积替代，却迅速进入到智能芯片（如无线收发芯片、智能卡、智能传感器等）领域。因此，未来LED照明领域中，嵌入式系统必将大有作为，让我们拭目以待！