根據(jù)2011美國能源部樓宇手冊能耗數(shù)據(jù)，商業(yè)用電中照明能耗所占比重最大，達(dá)到26%左右，如圖1所示。過高的能耗造成了溫室效應(yīng)、資源枯竭等諸多問題，傳統(tǒng)室內(nèi)照明燈如白熾燈、鹵素?zé)?、熒光燈等因為其能效低已逐步進(jìn)入淘汰邊緣，節(jié)能燈也因為壽命和污染問題無法成為下一代照明的主體。LED照明以其節(jié)能、長壽命、環(huán)境友好等優(yōu)點已被廣泛用于液晶顯示屏背光照明、全彩大屏幕顯示、交通信號燈、景觀照明等。LED燈未來有望逐步取代傳統(tǒng)照明光源而成為室外和室內(nèi)照明的主體。
圖1 2011美國能源部樓宇手冊能耗數(shù)據(jù)
LED照明智能控制技術(shù)是利用智能控制系統(tǒng)使LED根據(jù)場景、環(huán)境進(jìn)行自動調(diào)光，并且可以實時監(jiān)控LED運行狀態(tài)的技術(shù)，其充分利用了LED的半導(dǎo)體器件性質(zhì)，具有以下優(yōu)點：第一，采用集中式直接DC驅(qū)動，不存在驅(qū)動可靠性和壽命問題;第二，多個LED燈組成系統(tǒng)，相互協(xié)調(diào)，整體更加節(jié)能，真正凸顯LED燈的節(jié)能特性，實際使用成本短期內(nèi)可明顯下降;第三，提供更加靈活和自動化的節(jié)能策略，減輕LED的散熱壓力;第四，同時能夠利用LED的半導(dǎo)體芯片特性，使其作為信息傳遞的載體。
LED照明智能控制技術(shù)能夠幫助LED燈進(jìn)入室內(nèi)照明應(yīng)用的廣闊市場，在LED照明的普及過程中發(fā)揮關(guān)鍵的作用。
LED照明智能控制技術(shù)的技術(shù)難點主要包括LED調(diào)光下的光效保持研究、LED精細(xì)調(diào)光技術(shù)、LED和驅(qū)動IC及智能IC的集成研究、LED調(diào)光下的色溫保持研究、LED調(diào)光下熒光粉的效率研究、LED調(diào)光和光衰關(guān)系的研究、LED調(diào)光和顯色指數(shù)關(guān)系的研究以及LED對人體健康影響的研究等方面。
LED照明智能控制技術(shù)的核心目標(biāo)和理念是使LED更加節(jié)能，雖然自動調(diào)光可以根據(jù)場景和環(huán)境使LED光功率輸出總體減小，但同時會影響LED器件的光電效率。針對LED調(diào)光下的光效保持研究，丹麥奧爾堡大學(xué)的研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)采用不同的LED調(diào)光驅(qū)動方式可以對光效的降低進(jìn)行補償，其認(rèn)為采用AM(幅度調(diào)制)和PWM(脈寬調(diào)制)的混合方式能夠得到較高的調(diào)光時光效，如圖2所示。
圖2 丹麥奧爾堡大學(xué)LED調(diào)光下的光效保持研究
自動調(diào)光時如采用粗放式簡單模擬調(diào)光，將無法滿足用戶希望平滑調(diào)光、使視覺更舒適的要求。LED作為半導(dǎo)體器件，具有可精細(xì)調(diào)光的能力。美國德州儀器研究院已開發(fā)出數(shù)字多階調(diào)光的LED驅(qū)動芯片，支持平滑調(diào)節(jié)和多達(dá)上萬個臺階的驅(qū)動方式。
LED芯片和LED驅(qū)動芯片、智能IC芯片同屬于低壓半導(dǎo)體微電子芯片，以上三種芯片的集成封裝可以滿足用戶的智能化要求，可以有效降低成本和減小芯片體積。意大利比薩大學(xué)團(tuán)隊對該內(nèi)容進(jìn)行了研究，利用半導(dǎo)體芯片鍵合技術(shù)研制出集成封裝的樣片，如圖3所示。
圖3 意大利比薩大學(xué)對LED芯片和驅(qū)動、智能IC集成的研究
不同的照明光源色溫影響人的工作和生活效率，LED調(diào)光下色溫會隨之發(fā)生漂移，美國倫斯勒學(xué)院對LED調(diào)光下的色溫保持進(jìn)行了研究，認(rèn)為利用數(shù)字化自動補償技術(shù)可以降低調(diào)光對LED色溫漂移的影響，如圖4所示。
圖4 倫斯勒學(xué)院對LED調(diào)光下色溫保持的研究
藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光是目前LED照明的主流低成本方案，但熒光粉效率會隨LED的調(diào)光發(fā)生變化，法國克萊蒙費朗化學(xué)研究所對用于智能照明中的LED熒光粉光效進(jìn)行了研究，研制出一種添加新組分補償熒光粉光效的配比方案，如圖5、6所示。
圖5 法國克萊蒙費朗化學(xué)研究所對用于智能照明中LED熒光粉光效的研究
圖6 法國克萊蒙費朗化學(xué)研究所對用于智能照明中LED熒光粉光效的研究
頻繁長期的LED調(diào)光可能會使LED發(fā)生光衰，日亞公司研究院進(jìn)行了長期調(diào)制LED對光衰影響的研究，目前已開發(fā)出光衰基本不受LED調(diào)光影響的芯片。
顯色指數(shù)在攝影照明中非常重要，影響物體的真實色彩還原度，美國倫斯勒學(xué)院對LED調(diào)光和顯色指數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了研究，利用附加控制芯片使LED的顯色指數(shù)在一定時間內(nèi)調(diào)光保持不變。
人體經(jīng)過百萬年的進(jìn)化，其健康、情緒與光照息息相關(guān)，不同色彩、飽和度和強度的光照對人體都有一定程度的影響，美國倫斯勒學(xué)院對光照與人體健康的關(guān)系進(jìn)行了研究，認(rèn)為營造好的光照條件可以使人體舒適和情緒飽滿，提升人的生活質(zhì)量和工作效率，如圖7所示。
圖7 倫斯勒學(xué)院對光照與人體健康關(guān)系的研究
從以上介紹可以看出，國內(nèi)外已有多家研究機構(gòu)和企業(yè)進(jìn)行了LED照明智能控制相關(guān)技術(shù)難點的研究，其發(fā)展趨勢是更加自動化、與人的聯(lián)系和界面更加友好，LED照明智能控制技術(shù)已成為國際國內(nèi)研究的熱點。預(yù)期該項技術(shù)能夠大大加快LED燈進(jìn)入千家萬戶的進(jìn)程，同時為室內(nèi)信息的交互提供“智慧”載體，預(yù)期存在廣闊的應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化前景，具有巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。（本文選自《半導(dǎo)體照明》雜志第39期）
