LED二维光源与数字化智能照明

LED二维光源与数字化智能照明

梁秉文 周鸣

南京汉德森半导体照明有限公司 南京

摘要：随着大功率 LED技术的成熟，LED的发光效率得到大大提高，使半导体照明成为可能。同时经济的发展带来生活质量的提高，人们对照明的要求越来越高，智能照明应运而生。半导体照明与智能照明的结合，全新的数字化半导体照明必将给人类的照明观念和照明文化带来一场新的革命，电路板上直接芯片封装的大功率 LED二维光源将成为这次革命的引导者。

关键词：半导体照明、数字化智能照明、LED二维光源。

一、引言

　　自从爱迪生发明了白炽灯泡后，人类就进入了照明新时代。白炽灯是第一代电光源的代表，它是靠通电加热钨丝使其处于炽热状态而发光的，它的发光效率低，使用寿命短。荧光灯代表了电光源史上的一次革命，目前世界上 70%的人造光线来自于荧光灯，但其显色性较差，同时有频闪和汞污染等问题。在进入新世纪的时候，什么将是 21世纪的照明新光源？随着半导体发光二极管（LED）芯片工艺水平的不断提高，加上大功率 LED封装和应用技术的成熟，LED的发光效率得到大大提高，目前 1W 白光 LED 产品的光效已经超过了 40lm/W，所有这一切都使半导体照明成为可能。

　　同时经济的发展，带来了生活质量的提高，人们对照明的要求越来越高，用户对照明的要求也早就走出了为了照明而照明的区域。除节能外，越来越多的人还想方设法利用灯光营造出和谐、静谧、温馨的起居环境，于是智能照明应运而生。

　　半导体照明与智能照明的结合，全新的数字化照明必将给人类的照明观念和照明文化带来一场新的革命。

二、数字化智能照明—照明发展新趋势

长期以来，照明设计一直是以亮度、显色性指数等物理量为标准进行设计和照明效果的评价。随着人们的物质与精神生活水平的提高，“智能家居”（Smart Home）已逐渐成为流行趋势，并且成为一种生活品质的标准，相应地对照明环境不仅在数量指标方面应达到标准的要求，更希望在一个舒适、灵活、个性化并富有艺术魅力的照明环境里工作和生活，因此在光环境设计过程中，必须综合考虑人的视觉特性、舒适感、建筑与照明艺术、节能等因素，从光文化高度，以人为本，把艺术和科学融为一体，最后求得高水平、高质量和高效能的照明效果。

　　灯光是营造气氛的高手，无论是两人世界的浪漫，还是集体派对的热闹，柔和、热烈、轻松、绚丽的感觉都可通过不同的灯光尽情展现，如果能通过数字化照明设备来随意调节房
间内的灯光变化，更能配合用户的各种心情设置属于特定氛围的情感灯光，实现艺术化的灯光设计与智能化的科技完美结合是多少人的梦想。数字化智能照明已成为智能家居的重要组成部分，专家预言，在不久的将来，智能照明将取代普通照明，成为照明行业的主流。采用传统灯具的智能照明系统存在的问题：

1．采用传统灯具的智能照明系统，为了实现不同场景的光效，需要安装大量的灯具系统，成本高，不能与建筑材料实现一体化，与家装实现有机的协调，

2、智能照明系统频繁地启动、关断，冲击电压对灯具的损害，大大缩短了传统灯具的使用寿命。

3、现有的智能照明系统，只能实现区域照明和定时开关功能，无法实现调光，调色、场景控制等功能来，离人们的期望值还有较大的距离。

三、数字化智能照明—半导体照明进入通用照明领域的机遇与挑战

　　随着半导体照明技术的飞速发展，未来半导体照明应用也势必从过去的追求发光效率，进入节能、环保、个性化、数字化、智能化、精致化的时代。半导体照明技术目前在特殊照明、城市夜景亮化工程、室内装饰照明及显示工程项目上的应用，已经给了人们全新的视觉享受：比如在色彩的表现能力、灯光的控制能力、环保节能等环节上，要比传统的霓虹灯、白炽灯、卤钨灯、荧光灯等具有明显的优势。

　　但是，以 LED目前的成本价格水平，如果想要向通用照明市场领域渗透，除须进一步降低价格外，还必须充分发挥 LED的优势，在高端数字智能化产品领域寻求突破，并可以随手任意调节其颜色、亮度、色温等状态，得到你认为最适宜的照明状态，同时未来的半导体照明光源，应该是和建筑融为一体的，

　　为了实现上述目标，基于金属基的电路板上直接封装的半导体照明二维光源是一种行之有效的解决方案。

　　目前大家都知道的大功率型 LED 大多是将大尺寸 LED 芯片安放在一个热沉上，热沉嵌装在一个以模塑方法制成的绝缘框内，绝缘框架上固定有光学透镜，光学透镜将 LED 芯片罩于其内，为解决散热问题，通常还将热沉安装在一块散热片上。制造过程中，所用的零部件较多，结构复杂，难以保证产品质量的稳定性。

　　目前 LED 灯具的应用仍以使用传统灯泡型封装形成集束型方式制作灯板，但是因为支架型与 PCB板的组合散热较差，灯板温度升高，降低 LED 发光效率，同时也影响灯具的寿命，并很难保证 LED 发出面积较大的均匀柔和的光。

　　因此在设计 LED 照明光源时，必须摒弃传统的思维模式，开发具有散热功能和均匀发光效果的半导体照明光源。 虽然大功率 LED作为固体照明光源有很大发展空间，但由于大功率 LED单灯封装成本较高，再采用封装好的大功率 LED二次组合设计，制成的灯具其成本更是高的惊人，直接影响了大功率 LED在普通照明市场的应用和推广。

　　因此开发新型的低成本，高度集成化、一体化的半导体照明二维光源对于推广半导体照明迫在眉睫，基于电路板直接芯片封装的半导体照明二维光源是一个重要方向。同时轻薄的 LED二维光源能与建筑融为一体且具有个性化，符合建筑照明的发展方向。由于每种 LED都能发出一种清晰的色调，因而使用者能完全控制几乎全部光谱。通过将不同颜色的 LED配置在一起，用户就能调控它们的组合光。

　　例如，由红、绿和蓝色 LED组合成的白光能够通过关闭较多的红色 LED和打开更多的蓝色 LED而给人以“较冷的”色调感觉。这种可调灵活性提供了一些使用灯光的新途径。随着建筑技术的发展，对建筑照明的智能化技术要求越来越高，尤其是是可以随着季节的变化和心情的变化而调节灯光的色温和颜色更是建筑智能照明的最高境界，半导体照明二维光源在这方面具有无与伦比的性能，这是传统的光源无法做到的。

四、半导体照明二维光源的主要技术特点如下：

1． 可实现灯光照明的数字化控制

　　随着数字化技术的突飞猛进，数字化家庭逐渐走进了人们的日常生活，传统的光源如白炽灯、荧光灯和节能灯确由于自身的技术缺陷，无法实现数字化控制。LED用作光源一个显著的特点就是在较大的驱动电流范围内仍能维持其流明效率和光色参数，可以实现照明的数字化控制。

2．可实现个性化照明

　　利用 LED 发光特点，局部或全部使用 R、G、B三种光色的 LED 通过电子控制系统进行混光处理、或使用相同或不同光色的 LED有规律地进行跳越式变化，从而营造一个色彩斑斓的动态照明氛围，这样一个照明效果是传统照明手段无法实现的。同时可结合个人计算机设计节目，依不同需求作更换，呈现出独一无二的风格与气氛。

3. 可有效的与建筑融为一体
　　
　　采用芯片直接封装，灯具可实现超薄、超轻，可有效地将灯具与建筑材料集成一体，在灯未开的情况下，让你根本察觉不到灯具的存在，同时也可实现灯具的无处不在。

4. 可低成本、标准化规模生产

　　由于通过在特制的带有散热器的电路板上实现芯片的直接封装，与传统的采用封装后LED再组合设计灯具相比较，既缩小了体积，显著降低了成本，又使产品具有高可靠性。

五、发展基于半导体照明的智能化照明系统的意义

　　半导体照明产业作为新一代绿色照明产业，将对国民经济发展和环境保护产生巨大影响，半导体照明技术，对传统照明来讲是一场新的革命。将大功率 LED 应用于普通照明，
特别是低成本、高可靠的半导体照明二维光源的产业化技术，将会对半导体照明工程的进展
产生极大的影响：

1．传统的大功率 LED封装形式已基本被国外的专利所占领，国内企业难以实现专利上的突破，实现技术创新的难度越来越大，通过半导体照明二维光源技术的突破，将更好地发挥后发优势，为我国自主开发下一代半导体照明提供核心技术支撑，实现我国照明工业的跨越式发展。

2．目前的大功率 LED封装形式再组合设计成传统灯具的样式，存在着散热困难，光学二次设计成本高的难题，因此未来应用于通用照明的半导体照明灯绝不是现在灯具的模样，半导体照明二维光源彻底摒弃传统灯具的设计模式，采用创新的设计思维，将极大地推动半导体照明的发展。

3．从半导体照明灯具的发展方向和趋势来看，采用大功率芯片直接封源是重要的发展方向。开发芯片直接电路板封装的半导体照明二维光源，成本，还能提高自动化生产水平，使产品标准化和模块化，这往往是一项场上取得成功的关键。

4．基于电路板直接芯片封装的半导体照明二维光源的发展将会对相关性的技术推动作用，包括 LED全彩显示屏、大屏幕 LCD背光源等领域。

六、LED数字化智能照明系统面临的挑战

　　1．半导体照明产业是半导体电子技术在照明领域新的应用，因此需要半导体行业与照明行业紧密合作，才能使研发进程加快，导体领域的开发与照明领域的应用要互相促进。

　　2. 半导体照明产业是个朝阳产业，国内的技术基础还比较差，缺乏核心竞争力，与国际市场尚有差距，但已过早地陷入了价格战的市场环境，忽略了新产品研发，导致整个行业的发展受到制约。

　　3. ＬＥＤ行业的普遍问题是ＬＥＤ的选择问题，为追求低成本，造成亮度不理想、可靠性不稳定的缺点，同时由于没有专业的设计人才，在设计上也存在一些问题，造成消费者对ＬＥＤ失去信心，从而影响整个行业的健康发展。

　　4. 现有很多ＬＥＤ企业还没有意识到走品牌发展的道路。同时，随着 LED行业的日益发展，竞争的逐渐加大，LED行业重新洗牌的日子也不会遥远。笔者认为，半导体照明企业必须看清这一点，品牌才是企业最终发展的道路，我们应提前走出第一步。

　　5. LED数字化照明与灯饰应该是一个有机的结合体，只有两者有机结合起来，才能产生示范效果和情景模式，才能让消费者切身体验 LED智能照明所带来温馨、幽雅、多变、可随心所欲调控的光环境。一旦 LED智能照明系统被广泛运用到奥运工程以及国内各大城市的示范照明工程中，其对家居 LED智能照明的带动作用将不可限量。至少智能照明将引起国家相关部门以及各大媒体的极大关注，同时 LED智能照明的概念也将由此深入人心。

　　南京汉德森科技股份有限公司是一家专业化的从事 LED显示屏、半导体照明应用产品开发、生产、销售的高科技企业，拥有坚强的研发团队，在 LED应用产品设计和配套软件开发方面具有丰富的经验，正致力于推进智能化半导体照明系统的开发，目标是成为未来新光源的创造者，目前已在该领域取得了可喜的进展，与业界人士共同探索上述问题，笔者认为对提高半导体照明产品的应用水平，促使 LED光源首先在高端应用领域能逐步取代传统光源，对加快半导体照明工程的实施进程是非常有意义的。只要行业内的上、中、下游产业链的同仁们共同努力，LED光源进入千家万户，并逐步取代传统光源的进程将会比预期的更快。

来源：大功率LED网