LED技術(shù)節(jié)能智能化趨勢(shì)及面臨的挑戰(zhàn)

　　LED照明具有節(jié)能、環(huán)保、長(zhǎng)壽、抗震、體積小、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。目前，LED應(yīng)用領(lǐng)域主要包括背光、一般照明和車用照明三大市場(chǎng)。隨著LED燈價(jià)格下降，舒適性和安全性成為半導(dǎo)體照明的技術(shù)方向。另外，半導(dǎo)體照明將開啟照明智能化時(shí)代。智能照明具有燈光亮度調(diào)節(jié)、色溫調(diào)節(jié)、燈光軟啟動(dòng)、定時(shí)控制、場(chǎng)景設(shè)置等功能，并達(dá)到個(gè)性化、舒適性、二次節(jié)能、安全高效的要求。

　　1、機(jī)遇和挑戰(zhàn)

　　LED照明具有很多突出的優(yōu)點(diǎn)：節(jié)能——直流驅(qū)動(dòng)，電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上;壽命長(zhǎng)——使用壽命可達(dá)6萬(wàn)～10萬(wàn)小時(shí)，比傳統(tǒng)光源壽命長(zhǎng)10倍以上;色彩變化多——利用紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計(jì)算機(jī)技術(shù)控制下使三種顏色具有256級(jí)灰度并任意混合，可產(chǎn)生256×256×256—16777216種顏色;環(huán)保——既沒(méi)有熱量，也沒(méi)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(chǎn)品，融合計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、圖像處理技術(shù)、嵌入式控制技術(shù)等，是半導(dǎo)體光電器件的數(shù)字信息化產(chǎn)品，具有在線編程、無(wú)限升級(jí)、靈活多變的特點(diǎn)。LED照明的價(jià)格相對(duì)高于傳統(tǒng)光源，這成為L(zhǎng)ED進(jìn)入市場(chǎng)的障礙之一。另外，產(chǎn)能過(guò)剩也導(dǎo)致LED市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)激烈。推動(dòng)LED照明市場(chǎng)發(fā)展的關(guān)鍵推動(dòng)力是高亮度LED和智能LED控制器的出現(xiàn)。采用高亮度LED的產(chǎn)品設(shè)計(jì)師面臨許多設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，包括散熱管理、驅(qū)動(dòng)方案、拓?fù)浼軜?gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施。

　　2、市場(chǎng)趨勢(shì)

　　就當(dāng)前行業(yè)發(fā)展的水準(zhǔn)來(lái)看，LED照明還沒(méi)有足夠的能力打破傳統(tǒng)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(shuō)，雖然LED照明某些領(lǐng)取發(fā)展到足夠成熟的程度，但是相對(duì)于整個(gè)市場(chǎng)而言，其還處在一個(gè)起步階段的雛形層面上。

　　2.1汽車

　　隨著LED照明技術(shù)的不斷進(jìn)步，LED逐漸被應(yīng)用于汽車照明領(lǐng)域。針對(duì)汽車應(yīng)用的LED研發(fā)廠商積極性很高，而LED也確實(shí)以它的獨(dú)特性吸引著車用市場(chǎng)。I.ED光源在汽車中應(yīng)用具有很多優(yōu)勢(shì)：能耗低，壽命長(zhǎng)，形式多樣，識(shí)別度高，抗沖擊性好，便于布置和造型設(shè)計(jì)，響應(yīng)速度快，亮度高，光線亮度衰減遠(yuǎn)低于鹵素?zé)?，低壓直流電即可?qū)動(dòng)LED，負(fù)載小，干擾弱，對(duì)使用環(huán)境要求低。這些因素對(duì)節(jié)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(duì)于要求更高的車前燈，也會(huì)隨著LED亮度的提高、價(jià)格的逐漸下降而獲得普遍應(yīng)用。智能化應(yīng)用也是LED一個(gè)潛在的優(yōu)勢(shì)。未來(lái)的LED照明不是帶來(lái)更高的光效，而是更好的光線。在汽車中，智能化照明是未來(lái)一個(gè)流行趨勢(shì)，比如按需調(diào)節(jié)燈光的明暗程度、車內(nèi)燈光隨外界光線而自動(dòng)調(diào)整等等。利用LED照明的汽車不僅僅是在歐洲等市場(chǎng)成長(zhǎng)。在中國(guó)，新能源汽車已經(jīng)進(jìn)入中國(guó)十二五計(jì)劃，屬于國(guó)家低碳、節(jié)能、環(huán)保產(chǎn)業(yè)的一部分，符合國(guó)家產(chǎn)業(yè)支持政策，屬于LED產(chǎn)業(yè)延伸的領(lǐng)域之一。

　　2.2物聯(lián)網(wǎng)與智能照明

　　除了高光效外，光的質(zhì)量、尺寸的輕薄以及智能控制系統(tǒng)等將會(huì)是未來(lái)LED照明發(fā)展的重點(diǎn)。如果有一個(gè)增長(zhǎng)非常顯著的LED領(lǐng)域，那一定是智能照明市場(chǎng)。智能照明是指利用計(jì)算機(jī)、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸、擴(kuò)頻電力載波通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)智能化信息處理及節(jié)能型電器控制等技術(shù)組成的分布式無(wú)線遙測(cè)、遙控、遙訊控制系統(tǒng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)照明設(shè)備的智能化控制，具有燈光亮度的強(qiáng)弱調(diào)節(jié)、燈光軟啟動(dòng)、定時(shí)控制、場(chǎng)景設(shè)置等功能，達(dá)到安全、節(jié)能、舒適、高效的特點(diǎn)。它要求進(jìn)行高級(jí)控制，包括可編程性能、頻譜控制和環(huán)境集成等。目前，這大概是LED照明市場(chǎng)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(duì)燈光亮度進(jìn)行精確控制?？删幊讨悄芸刂苾?nèi)核普遍用于架構(gòu)系統(tǒng)，接收來(lái)自燈源和運(yùn)動(dòng)傳感器以及面板的輸入。這種系統(tǒng)一般可以由用戶進(jìn)行編程，在一天中規(guī)劃不同的時(shí)間及區(qū)域，提供不同的照明等級(jí)，并可能按照一周不同的日期進(jìn)行變化。

　　這種控制的關(guān)鍵在于利用最佳光輸出范圍和穩(wěn)定性的機(jī)制調(diào)節(jié)LED的明暗度，同時(shí)在調(diào)光范圍上使得每瓦流明實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化，并提供高功率因數(shù)和低交流線路諧波。要實(shí)現(xiàn)真正的“智能”，照明燈必須能感應(yīng)周邊環(huán)境并對(duì)環(huán)境變化作出局部的反應(yīng)。驅(qū)動(dòng)器本身并不“智能”，照明燈具目前也不能實(shí)現(xiàn)局部感應(yīng)，所以，它們都不能算實(shí)現(xiàn)了“智能”。整個(gè)行業(yè)都僅僅把LED燈當(dāng)作產(chǎn)生光子的替代品，但現(xiàn)實(shí)是LED控制裝置越來(lái)越多，它們都為L(zhǎng)ED照明帶來(lái)全新的方法。未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是，在生產(chǎn)備用燈具時(shí)將傳感器和智能的決策方案包含進(jìn)去，通過(guò)調(diào)整操作方式來(lái)滿足用戶的需求，而照明開關(guān)將不復(fù)存在。

　　在物聯(lián)網(wǎng)世界里，聯(lián)網(wǎng)照明等系統(tǒng)將形成樓宇管理系統(tǒng)的通信中樞，包括照明、安防、火災(zāi)探測(cè)、溫度控制和人員檢測(cè)。這些功能可以連接到使用個(gè)人電腦和便攜設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)基于云控制、數(shù)據(jù)采集以及處理和存儲(chǔ)。到2020年，家庭和樓宇相關(guān)設(shè)備的市場(chǎng)價(jià)值可能達(dá)到6650億美元，在更加廣泛的互連設(shè)備市場(chǎng)中占據(jù)29%的份額。高級(jí)控制功能可提供低成本和個(gè)性化的便利照明體驗(yàn)。通過(guò)i0S或Android系統(tǒng)，系統(tǒng)可提供家庭局域網(wǎng)與遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用之間的低成本連接，以及安裝在樓宇內(nèi)的智能照明設(shè)備的近距離實(shí)時(shí)控制能力。

　　未來(lái)照明行業(yè)將會(huì)朝著“智能化”的趨勢(shì)發(fā)展，LED照明最終的表現(xiàn)形式會(huì)朝著智能化、模組化、專業(yè)化發(fā)展，這更有利于產(chǎn)品的生產(chǎn)和維護(hù)。智能技術(shù)與照明的結(jié)合使照明更進(jìn)一步地滿足不同個(gè)體、不同層次群體的需求。這也應(yīng)該是智能照明的發(fā)展方向。

　　3、技術(shù)趨勢(shì)

　　3.1高壓LED

　　高壓LED是一種全新的LED品種，具有很多優(yōu)點(diǎn)。VF值為3.2V左右的光源早已應(yīng)用到不計(jì)其數(shù)的燈具里面，多只LED串聯(lián)的做法也是第一種高壓LED的應(yīng)用。第二種，就是LED上游芯片廠家通過(guò)特殊工藝制程，將多顆VF值在3.2V左右的LED芯片以串聯(lián)方式做在一片基片上，引出“+”“一”兩個(gè)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(jié)合省成本、減緩光衰等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也存在成本、功率耗散和散熱器等問(wèn)題?？傊?，高壓LED不失為一種具有特點(diǎn)的LED，向人們提供了一種選擇，對(duì)于不同場(chǎng)合可選擇最適合的技術(shù)。

　　3.2中功率LED

　　隨著LED照明市場(chǎng)起飛，加上背光用LED規(guī)格的改變，中功率市場(chǎng)一躍而成2013年LED產(chǎn)業(yè)主流規(guī)格，產(chǎn)值首度超越高功率市場(chǎng)。其中，采用EMC支架材料LED驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)1～2W，可同時(shí)供應(yīng)中功率與中高功率市場(chǎng)，LED封裝廠積極擴(kuò)增EMC產(chǎn)能，而PCT支架材料改良后，LED封裝廠也積極以PCT產(chǎn)品切入中功率市場(chǎng)。

　　此外，flip—chip產(chǎn)品也在2014年進(jìn)軍中功率市場(chǎng)。EMC產(chǎn)品隨著中功率市場(chǎng)興起而成為2013年的閃亮之星，其中日亞化EMC產(chǎn)品757系列2013年在市場(chǎng)熱賣打響EMC名號(hào)，EMC產(chǎn)品具有同時(shí)供應(yīng)直下式背光與照明市場(chǎng)的高共用性特性，加上跌幅加速，LED封裝廠皆積極投入EMC產(chǎn)品開發(fā)與產(chǎn)能擴(kuò)充。

　　而PCT支架材料經(jīng)過(guò)廠商改良后，驅(qū)動(dòng)功率由過(guò)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(jìn)原先EMC產(chǎn)品中0.7～1.2W的市場(chǎng)。高性價(jià)比的PCT產(chǎn)品也是部分LED封裝廠2014年中功率重要產(chǎn)品線。

　　中功率市場(chǎng)2013年產(chǎn)值首度超越高功率，原先專注于高功率市場(chǎng)的飛利浦也在2013年積極切人中功率市場(chǎng)。除了已經(jīng)推出的中功率產(chǎn)品以外，飛利浦也計(jì)劃在2014年將具有體積更小、單位面積發(fā)光效率更佳，以及有五面發(fā)光、發(fā)光角度大的flip—chip產(chǎn)品導(dǎo)人中功率市場(chǎng)，顯見(jiàn)其對(duì)中功率市場(chǎng)的看中程度。

　　3.3太陽(yáng)能LED照明

　　太陽(yáng)能LED照明集成了太陽(yáng)能與LED的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)由太陽(yáng)能電池組件部分(包括支架)、LED燈頭、控制箱(內(nèi)有控制器及蓄電池)和燈桿幾部分構(gòu)成。太陽(yáng)能電池板光效率較高，對(duì)系統(tǒng)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)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(diǎn)陣作為平面發(fā)光源。

　　系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)單，利用光生伏特效應(yīng)原理制成的太陽(yáng)能電池白天太陽(yáng)能電池板接收太陽(yáng)輻射能并轉(zhuǎn)化為電能輸出，經(jīng)過(guò)充放電控制器儲(chǔ)存在蓄電池中，夜晚照度逐漸降低，充放電控制器偵測(cè)到這電壓值，蓄電池對(duì)燈頭放電。蓄電池放電8.5小時(shí)后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結(jié)束。充放電控制器的主要作用是保護(hù)蓄電池。

　　太陽(yáng)能LED照明的初投資問(wèn)題仍然是一個(gè)主要問(wèn)題。但是，太陽(yáng)能電池光效在逐漸提高，而價(jià)格會(huì)逐漸降低，同樣地市場(chǎng)上LED光效在快速地提高，而價(jià)格卻在降低。與太陽(yáng)能的可再生、清潔無(wú)污染以及LED的環(huán)保節(jié)能相比，常規(guī)化石能源日趨緊張，并且對(duì)環(huán)境會(huì)造成污染。所以，太陽(yáng)能LED照明作為一種方興未艾的戶外照明，展現(xiàn)給我們的將是無(wú)窮的生命力和廣闊的前景。

　　結(jié)語(yǔ)

　　LED照明行進(jìn)的道路雖然崎嶇難走，但前景一片光明。LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展不僅對(duì)照明和半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)具有戰(zhàn)略帶動(dòng)作用，而且還會(huì)引發(fā)家電、汽車、手機(jī)等一系列終端消費(fèi)品的技術(shù)變革。LED最大的優(yōu)勢(shì)在于其可控性，LED照明節(jié)能概念的充分體現(xiàn)、數(shù)字化實(shí)現(xiàn)以及照明之外的增值均離不開智能控制系統(tǒng)的支撐。同時(shí)，智能控制系統(tǒng)可以使LED徹底擺脫傳統(tǒng)照明定義的束縛，推進(jìn)綠色照明變革。由于嵌入式系統(tǒng)無(wú)處不在的特點(diǎn)，雖然8位單片機(jī)被ARM系列大面積替代，卻迅速進(jìn)入到智能芯片(如無(wú)線收發(fā)芯片、智能卡、智能傳感器等)領(lǐng)域。因此，未來(lái)LED照明領(lǐng)域中，嵌入式系統(tǒng)必將大有作為，讓我們拭目以待!