《電子技術(shù)應(yīng)用》
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LED二維光源與數(shù)字化智能照明
摘要: 自從愛迪生發(fā)明了白熾燈泡后,,人類就進(jìn)入了照明新時(shí)代。白熾燈是第一代電光源的代表,,它是靠通電加熱鎢絲使其處于熾熱狀態(tài)而發(fā)光的,它的發(fā)光效率低,,使用壽命短。熒光燈代表了電光源史上的一次革命,目前世界上70%的人造光線來(lái)自于熒光燈,,但其顯色性較差,同時(shí)有頻閃和汞污染等問(wèn)題,。在進(jìn)入新世紀(jì)的時(shí)候,,什么將是21世紀(jì)的照明新光源?隨著半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)芯片工藝水平的不斷提高,,加上大功率LED封裝和應(yīng)用技術(shù)的成熟,,LED的發(fā)光效率得到大大提高,目前1W白光LED產(chǎn)品的光效已經(jīng)超過(guò)了40lm/W,,所有這一切都使半導(dǎo)體照明成為可能,。
關(guān)鍵詞: 智能照明 數(shù)字化 LED
Abstract:
Key words :

自從愛迪生發(fā)明了白熾燈泡后,人類就進(jìn)入了照明新時(shí)代,。白熾燈是第一代電光源的代表,,它是靠通電加熱鎢絲使其處于熾熱狀態(tài)而發(fā)光的,它的發(fā)光效率低,,使用壽命短,。熒光燈代表了電光源史上的一次革命,目前世界上70%的人造光線來(lái)自于熒光燈,,但其顯色性較差,,同時(shí)有頻閃和汞污染等問(wèn)題。在進(jìn)入新世紀(jì)的時(shí)候,,什么將是21世紀(jì)的照明新光源,?隨著半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)芯片工藝水平的不斷提高,加上大功率LED封裝和應(yīng)用技術(shù)的成熟,,LED的發(fā)光效率得到大大提高,,目前1W白光LED產(chǎn)品的光效已經(jīng)超過(guò)了40lm/W,所有這一切都使半導(dǎo)體照明成為可能,。

同時(shí)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,,帶來(lái)了生活質(zhì)量的提高,人們對(duì)照明的要求越來(lái)越高,,用戶對(duì)照明的要求也早就走出了為了照明而照明的區(qū)域,。除節(jié)能外,越來(lái)越多的人還想方設(shè)法利用燈光營(yíng)造出和諧,、靜謐,、溫馨的起居環(huán)境,于是智能照明應(yīng)運(yùn)而生。

半導(dǎo)體照明與智能照明的結(jié)合,,全新的數(shù)字化照明必將給人類的照明觀念和照明文化帶來(lái)一場(chǎng)新的革命,。

數(shù)字化智能照明—照明發(fā)展新趨勢(shì)

長(zhǎng)期以來(lái),照明設(shè)計(jì)一直是以亮度,、顯色性指數(shù)等物理量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和照明效果的評(píng)價(jià),。隨著人們的物質(zhì)與精神生活水平的提高,“智能家居”(SmartHome)已逐漸成為流行趨勢(shì),,并且成為一種生活品質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn),,相應(yīng)地對(duì)照明環(huán)境不僅在數(shù)量指標(biāo)方面應(yīng)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的要求,更希望在一個(gè)舒適,、靈活,、個(gè)性化并富有藝術(shù)魅力的照明環(huán)境里工作和生活,因此在光環(huán)境設(shè)計(jì)過(guò)程中,,必須綜合考慮人的視覺特性,、舒適感、建筑與照明藝術(shù),、節(jié)能等因素,,從光文化高度,以人為本,,把藝術(shù)和科學(xué)融為一體,,最后求得高水平、高質(zhì)量和高效能的照明效果,。

燈光是營(yíng)造氣氛的高手,,無(wú)論是兩人世界的浪漫,還是集體派對(duì)的熱鬧,,柔和,、熱烈、輕松,、絢麗的感覺都可通過(guò)不同的燈光盡情展現(xiàn),,如果能通過(guò)數(shù)字化照明設(shè)備來(lái)隨意調(diào)節(jié)房
間內(nèi)的燈光變化,更能配合用戶的各種心情設(shè)置屬于特定氛圍的情感燈光,,實(shí)現(xiàn)藝術(shù)化的燈光設(shè)計(jì)與智能化的科技完美結(jié)合是多少人的夢(mèng)想,。數(shù)字化智能照明已成為智能家居的重要組成部分,專家預(yù)言,,在不久的將來(lái),,智能照明將取代普通照明,成為照明行業(yè)的主流,。采用傳統(tǒng)燈具的智能照明系統(tǒng)存在的問(wèn)題:

1.采用傳統(tǒng)燈具的智能照明系統(tǒng),,為了實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)景的光效,需要安裝大量的燈具系統(tǒng),,成本高,,不能與建筑材料實(shí)現(xiàn)一體化,與家裝實(shí)現(xiàn)有機(jī)的協(xié)調(diào),,

2,、智能照明系統(tǒng)頻繁地啟動(dòng)、關(guān)斷,,沖擊電壓對(duì)燈具的損害,,大大縮短了傳統(tǒng)燈具的使用壽命。

3,、現(xiàn)有的智能照明系統(tǒng),,只能實(shí)現(xiàn)區(qū)域照明和定時(shí)開關(guān)功能,無(wú)法實(shí)現(xiàn)調(diào)光,,調(diào)色,、場(chǎng)景控制等功能來(lái),離人們的期望值還有較大的距離,。

數(shù)字化智能照明—半導(dǎo)體照明進(jìn)入通用照明領(lǐng)域的機(jī)遇與挑戰(zhàn)

隨著半導(dǎo)體照明技術(shù)的飛速發(fā)展,,未來(lái)半導(dǎo)體照明應(yīng)用也勢(shì)必從過(guò)去的追求發(fā)光效率,進(jìn)入節(jié)能,、環(huán)保,、個(gè)性化、數(shù)字化,、智能化,、精致化的時(shí)代。半導(dǎo)體照明技術(shù)目前在特殊照明,、城市夜景亮化工程,、室內(nèi)裝飾照明及顯示工程項(xiàng)目上的應(yīng)用,已經(jīng)給了人們?nèi)碌囊曈X享受:比如在色彩的表現(xiàn)能力,、燈光的控制能力,、環(huán)保節(jié)能等環(huán)節(jié)上,要比傳統(tǒng)的霓虹燈,、白熾燈,、鹵鎢燈、熒光燈等具有明顯的優(yōu)勢(shì),。

但是,,以LED目前的成本價(jià)格水平,如果想要向通用照明市場(chǎng)領(lǐng)域滲透,,除須進(jìn)一步降低價(jià)格外,,還必須充分發(fā)揮LED的優(yōu)勢(shì),,在高端數(shù)字智能化產(chǎn)品領(lǐng)域?qū)で笸黄疲⒖梢噪S手任意調(diào)節(jié)其顏色,、亮度,、色溫等狀態(tài),得到你認(rèn)為最適宜的照明狀態(tài),,同時(shí)未來(lái)的半導(dǎo)體照明光源,,應(yīng)該是和建筑融為一體的,

為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo),,基于金屬基的電路板上直接封裝的半導(dǎo)體照明二維光源是一種行之有效的解決方案,。

目前大家都知道的大功率型LED大多是將大尺寸LED芯片安放在一個(gè)熱沉上,熱沉嵌裝在一個(gè)以模塑方法制成的絕緣框內(nèi),,絕緣框架上固定有光學(xué)透鏡,,光學(xué)透鏡將LED芯片罩于其內(nèi),為解決散熱問(wèn)題,,通常還將熱沉安裝在一塊散熱片上,。制造過(guò)程中,所用的零部件較多,,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,,難以保證產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。

目前LED燈具的應(yīng)用仍以使用傳統(tǒng)燈泡型封裝形成集束型方式制作燈板,,但是因?yàn)橹Ъ苄团cPCB板的組合散熱較差,,燈板溫度升高,降低LED發(fā)光效率,,同時(shí)也影響燈具的壽命,,并很難保證LED發(fā)出面積較大的均勻柔和的光。

因此在設(shè)計(jì)LED照明光源時(shí),,必須摒棄傳統(tǒng)的思維模式,,開發(fā)具有散熱功能和均勻發(fā)光效果的半導(dǎo)體照明光源。雖然大功率LED作為固體照明光源有很大發(fā)展空間,,但由于大功率LED單燈封裝成本較高,,再采用封裝好的大功率LED二次組合設(shè)計(jì),制成的燈具其成本更是高的驚人,,直接影響了大功率LED在普通照明市場(chǎng)的應(yīng)用和推廣,。

因此開發(fā)新型的低成本,高度集成化,、一體化的半導(dǎo)體照明二維光源對(duì)于推廣半導(dǎo)體照明迫在眉睫,,基于電路板直接芯片封裝的半導(dǎo)體照明二維光源是一個(gè)重要方向。同時(shí)輕薄的LED二維光源能與建筑融為一體且具有個(gè)性化,,符合建筑照明的發(fā)展方向,。由于每種LED都能發(fā)出一種清晰的色調(diào),,因而使用者能完全控制幾乎全部光譜。通過(guò)將不同顏色的LED配置在一起,,用戶就能調(diào)控它們的組合光,。
 

例如,由紅,、綠和藍(lán)色LED組合成的白光能夠通過(guò)關(guān)閉較多的紅色LED和打開更多的藍(lán)色LED而給人以“較冷的”色調(diào)感覺,。這種可調(diào)靈活性提供了一些使用燈光的新途徑,。隨著建筑技術(shù)的發(fā)展,,對(duì)建筑照明的智能化技術(shù)要求越來(lái)越高,尤其是是可以隨著季節(jié)的變化和心情的變化而調(diào)節(jié)燈光的色溫和顏色更是建筑智能照明的最高境界,,半導(dǎo)體照明二維光源在這方面具有無(wú)與倫比的性能,,這是傳統(tǒng)的光源無(wú)法做到的。

半導(dǎo)體照明二維光源的主要技術(shù)特點(diǎn)如下:

1.可實(shí)現(xiàn)燈光照明的數(shù)字化控制

隨著數(shù)字化技術(shù)的突飛猛進(jìn),,數(shù)字化家庭逐漸走進(jìn)了人們的日常生活,,傳統(tǒng)的光源如白熾燈、熒光燈和節(jié)能燈確由于自身的技術(shù)缺陷,,無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制,。LED用作光源一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是在較大的驅(qū)動(dòng)電流范圍內(nèi)仍能維持其流明效率和光色參數(shù),可以實(shí)現(xiàn)照明的數(shù)字化控制,。

2.可實(shí)現(xiàn)個(gè)性化照明

利用LED發(fā)光特點(diǎn),,局部或全部使用R、G,、B三種光色的LED通過(guò)電子控制系統(tǒng)進(jìn)行混光處理,、或使用相同或不同光色的LED有規(guī)律地進(jìn)行跳越式變化,從而營(yíng)造一個(gè)色彩斑斕的動(dòng)態(tài)照明氛圍,,這樣一個(gè)照明效果是傳統(tǒng)照明手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)的,。同時(shí)可結(jié)合個(gè)人計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)節(jié)目,依不同需求作更換,,呈現(xiàn)出獨(dú)一無(wú)二的風(fēng)格與氣氛,。

3.可有效的與建筑融為一體
  
采用芯片直接封裝,燈具可實(shí)現(xiàn)超薄,、超輕,,可有效地將燈具與建筑材料集成一體,在燈未開的情況下,,讓你根本察覺不到燈具的存在,,同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)燈具的無(wú)處不在。

4.可低成本,、標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)模生產(chǎn)

由于通過(guò)在特制的帶有散熱器的電路板上實(shí)現(xiàn)芯片的直接封裝,,與傳統(tǒng)的采用封裝后LED再組合設(shè)計(jì)燈具相比較,,既縮小了體積,顯著降低了成本,,又使產(chǎn)品具有高可靠性,。

發(fā)展基于半導(dǎo)體照明的智能化照明系統(tǒng)的意義

半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)作為新一代綠色照明產(chǎn)業(yè),將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生巨大影響,,半導(dǎo)體照明技術(shù),,對(duì)傳統(tǒng)照明來(lái)講是一場(chǎng)新的革命。將大功率LED應(yīng)用于普通照明,,特別是低成本,、高可靠的半導(dǎo)體照明二維光源的產(chǎn)業(yè)化技術(shù),將會(huì)對(duì)半導(dǎo)體照明工程的進(jìn)展
產(chǎn)生極大的影響:

1.傳統(tǒng)的大功率LED封裝形式已基本被國(guó)外的專利所占領(lǐng),,國(guó)內(nèi)企業(yè)難以實(shí)現(xiàn)專利上的突破,,實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新的難度越來(lái)越大,通過(guò)半導(dǎo)體照明二維光源技術(shù)的突破,,將更好地發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì),,為我國(guó)自主開發(fā)下一代半導(dǎo)體照明提供核心技術(shù)支撐,實(shí)現(xiàn)我國(guó)照明工業(yè)的跨越式發(fā)展,。

2.目前的大功率LED封裝形式再組合設(shè)計(jì)成傳統(tǒng)燈具的樣式,,存在著散熱困難,光學(xué)二次設(shè)計(jì)成本高的難題,,因此未來(lái)應(yīng)用于通用照明的半導(dǎo)體照明燈絕不是現(xiàn)在燈具的模樣,,半導(dǎo)體照明二維光源徹底摒棄傳統(tǒng)燈具的設(shè)計(jì)模式,采用創(chuàng)新的設(shè)計(jì)思維,,將極大地推動(dòng)半導(dǎo)體照明的發(fā)展,。

3.從半導(dǎo)體照明燈具的發(fā)展方向和趨勢(shì)來(lái)看,采用大功率芯片直接封源是重要的發(fā)展方向,。開發(fā)芯片直接電路板封裝的半導(dǎo)體照明二維光源,,成本,還能提高自動(dòng)化生產(chǎn)水平,,使產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化,,這往往是一項(xiàng)場(chǎng)上取得成功的關(guān)鍵。

4.基于電路板直接芯片封裝的半導(dǎo)體照明二維光源的發(fā)展將會(huì)對(duì)相關(guān)性的技術(shù)推動(dòng)作用,,包括LED全彩顯示屏,、大屏幕LCD背光源等領(lǐng)域。

LED數(shù)字化智能照明系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

1.半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)是半導(dǎo)體電子技術(shù)在照明領(lǐng)域新的應(yīng)用,,因此需要半導(dǎo)體行業(yè)與照明行業(yè)緊密合作,,才能使研發(fā)進(jìn)程加快,導(dǎo)體領(lǐng)域的開發(fā)與照明領(lǐng)域的應(yīng)用要互相促進(jìn),。

2.半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)是個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè),,國(guó)內(nèi)的技術(shù)基礎(chǔ)還比較差,,缺乏核心競(jìng)爭(zhēng)力,與國(guó)際市場(chǎng)尚有差距,,但已過(guò)早地陷入了價(jià)格戰(zhàn)的市場(chǎng)環(huán)境,,忽略了新產(chǎn)品研發(fā),導(dǎo)致整個(gè)行業(yè)的發(fā)展受到制約,。

3.LED行業(yè)的普遍問(wèn)題是LED的選擇問(wèn)題,,為追求低成本,造成亮度不理想,、可靠性不穩(wěn)定的缺點(diǎn),,同時(shí)由于沒有專業(yè)的設(shè)計(jì)人才,在設(shè)計(jì)上也存在一些問(wèn)題,,造成消費(fèi)者對(duì)LED失去信心,,從而影響整個(gè)行業(yè)的健康發(fā)展,。

4.現(xiàn)有很多LED企業(yè)還沒有意識(shí)到走品牌發(fā)展的道路,。同時(shí),隨著LED行業(yè)的日益發(fā)展,,競(jìng)爭(zhēng)的逐漸加大,,LED行業(yè)重新洗牌的日子也不會(huì)遙遠(yuǎn)。筆者認(rèn)為,,半導(dǎo)體照明企業(yè)必須看清這一點(diǎn),,品牌才是企業(yè)最終發(fā)展的道路,我們應(yīng)提前走出第一步,。

5.LED數(shù)字化照明與燈飾應(yīng)該是一個(gè)有機(jī)的結(jié)合體,,只有兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái),才能產(chǎn)生示范效果和情景模式,,才能讓消費(fèi)者切身體驗(yàn)LED智能照明所帶來(lái)溫馨,、幽雅、多變,、可隨心所欲調(diào)控的光環(huán)境,。一旦LED智能照明系統(tǒng)被廣泛運(yùn)用到奧運(yùn)工程以及國(guó)內(nèi)各大城市的示范照明工程中,其對(duì)家居LED智能照明的帶動(dòng)作用將不可限量,。至少智能照明將引起國(guó)家相關(guān)部門以及各大媒體的極大關(guān)注,,同時(shí)LED智能照明的概念也將由此深入人心。

 

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