LED半導(dǎo)體照明技術(shù)分析及優(yōu)化

夏奇軍

（寧波凱耀電器制造有限公司 浙江省寧波市 315000）

能源能耗是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要問(wèn)題，也是中國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要指標(biāo)值。LED 半導(dǎo)體技術(shù)作為一種新型技術(shù)，在近年的發(fā)展進(jìn)程中，表現(xiàn)出獨(dú)特的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，在節(jié)能環(huán)保等領(lǐng)域，表現(xiàn)出重要的應(yīng)用價(jià)值。在現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展中，LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)的廣泛應(yīng)用及發(fā)展成效，決定了其技術(shù)快速發(fā)展的必要性與重要性。當(dāng)前，LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)正向智能家居、標(biāo)準(zhǔn)化及健康生態(tài)等方向發(fā)展，適應(yīng)了新時(shí)期的發(fā)展需求。此外，在LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用中，如何實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)化與創(chuàng)新，成為關(guān)鍵所在。因此，本文立足LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展，就如何實(shí)現(xiàn)技術(shù)優(yōu)化，作了如下具體闡述。

1 LED半導(dǎo)體照明技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

當(dāng)前，LED 作為重要的國(guó)家戰(zhàn)略技術(shù)，在照明領(lǐng)域的應(yīng)用及發(fā)展，成為推動(dòng)現(xiàn)代文明進(jìn)程的重要技術(shù)支撐。從國(guó)內(nèi)外來(lái)看，國(guó)外的發(fā)展起步早，且在諸多核心技術(shù)領(lǐng)域，形成了完善的技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了廣泛的技術(shù)應(yīng)用；從國(guó)內(nèi)來(lái)看，起步較晚，技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)日益成熟。因此，基于國(guó)內(nèi)外應(yīng)用，就LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)的應(yīng)用，做如下闡述：

1.1 國(guó)外LED照明技術(shù)應(yīng)用

LED 技術(shù)起源于美國(guó)，并在快速發(fā)展之下，形成了成熟的技術(shù)鏈。早在2009年，歐美就以法規(guī)的方式，決定白熾燈退出歷史舞臺(tái)，LED 照明成為主流市場(chǎng)。日本在LED 照明領(lǐng)域的發(fā)展，也十分成熟，技術(shù)層面處于世界發(fā)達(dá)水平。日本作為資源短缺國(guó)家，為進(jìn)一步解決能源等問(wèn)題，積極推進(jìn)了LED 照明技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。為此，日本在LED 照明市場(chǎng)發(fā)展中，實(shí)現(xiàn)了廣泛的市場(chǎng)應(yīng)用。此外，韓國(guó)也在LED 照明技術(shù)發(fā)展中，強(qiáng)化了技術(shù)研發(fā)力度，并且在LED照明技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了近八成的全國(guó)覆蓋。

從國(guó)外發(fā)展來(lái)看，LED 照明技術(shù)發(fā)展起步早，且技術(shù)發(fā)展比較完備，形成了廣泛的技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展基礎(chǔ)。特別是在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，LED 照明技術(shù)表現(xiàn)出了獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，符合了全球節(jié)能發(fā)展需求。因此，國(guó)外在LED 照明技術(shù)發(fā)展中，將其作為國(guó)家戰(zhàn)略推進(jìn)，是促進(jìn)LED 照明技術(shù)深入發(fā)展的重要支撐。在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家，LED照明技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用更加普及，發(fā)展應(yīng)用的價(jià)值正不斷提高。美國(guó)、歐盟、日本都是LED 照明技術(shù)發(fā)展的先進(jìn)國(guó)家，無(wú)論是技術(shù)發(fā)展，還是市場(chǎng)應(yīng)用，都形成了完備的技術(shù)支持及市場(chǎng)供給。

1.2 國(guó)內(nèi)LED照明技術(shù)應(yīng)用

相比于國(guó)外，我國(guó)LED 照明技術(shù)發(fā)展起步晚，但在技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用等層面，實(shí)現(xiàn)了舉世矚目的效果。如圖1 所示，是我國(guó)2015年-2019年期間，LED 照明市場(chǎng)規(guī)模情況。從中可以知道，我國(guó)近5年的LED 照明市場(chǎng)呈現(xiàn)出逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中，2019年我國(guó)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)模達(dá)到7846 億元，實(shí)現(xiàn)了15 個(gè)百分點(diǎn)的高速增長(zhǎng)。這說(shuō)明我國(guó)在LED 照明領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展成效，這一方面得力于LED 照明技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，確保了LED 照明產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展；另一方面，我國(guó)節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域的不斷發(fā)展，以及LED 照明技術(shù)的戰(zhàn)略推進(jìn)，為L(zhǎng)ED 照明技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，提供了良好的環(huán)境條件。因此，我國(guó)LED 照明技術(shù)發(fā)展快速，并且在發(fā)展應(yīng)用中，形成了良好的應(yīng)用效果，符合我國(guó)的實(shí)際發(fā)展需求。

圖1：2015-2019年我國(guó)LED 照明市場(chǎng)規(guī)模情況

2 LED半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，全球圍繞LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)的新發(fā)展，在綠色LED 等的發(fā)展中，推動(dòng)了LED 照明技術(shù)向新的領(lǐng)域及層級(jí)發(fā)展。從實(shí)際而言，LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，正向節(jié)能、健康生態(tài)、智能家居等領(lǐng)域發(fā)展，符合時(shí)代發(fā)展需求，要充分體現(xiàn)了LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。因此，具體而言，其主要發(fā)展趨勢(shì)表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

2.1 健康生態(tài)領(lǐng)域發(fā)展

隨著現(xiàn)代文明發(fā)展，健康生態(tài)的生活理念，強(qiáng)調(diào)照明技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展。LED 照明技術(shù)作為一種新型技術(shù)，在照明領(lǐng)域的應(yīng)用，為健康生態(tài)生活的構(gòu)建，提供了新的技術(shù)支持。首先，在LED 照明技術(shù)的發(fā)展中，基于技術(shù)的不斷研發(fā)及創(chuàng)新應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了更加節(jié)能、環(huán)保、舒適的照明體驗(yàn)，這契合了新時(shí)期健康生態(tài)的理念追求；其次，LED 的光能效果，用戶體驗(yàn)感，均明顯優(yōu)于傳統(tǒng)白熾燈，能夠在健康生態(tài)領(lǐng)域的構(gòu)建，提供良好的技術(shù)應(yīng)用。特別是LED 照明技術(shù)能夠基于不同場(chǎng)景等的應(yīng)用需求，提供多樣化的光譜能量，進(jìn)而保障了健康生態(tài)領(lǐng)域的發(fā)展需求，這也是未來(lái)發(fā)展應(yīng)用的重要領(lǐng)域；再次，健康生態(tài)強(qiáng)調(diào)節(jié)能性，并且降低使用成本。如表1 所示，是不同照明燈具的特性情況。從中可以知道，在光效、色溫等方面，LED 半導(dǎo)體照明能夠更好地滿足人體的需求，特別是光效及顯色指數(shù)的可調(diào)性，能夠更好地營(yíng)造健康生態(tài)的宜居環(huán)境。此外，LED 半導(dǎo)體照明的使用壽命長(zhǎng)，產(chǎn)熱量低，是一種更加節(jié)能、環(huán)保的能源，這在很大程度上契合了新的時(shí)代發(fā)展需求，成為照明領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。

2.2 智能家居領(lǐng)域發(fā)展

隨著現(xiàn)代智能技術(shù)的發(fā)展及廣泛應(yīng)用，“智能+照明”的發(fā)展模式，智能家居的發(fā)展，不僅僅追求照明的舒適性，而且在節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域有所實(shí)現(xiàn)。也就是說(shuō)，LED 照明技術(shù)在智能家居中的發(fā)展，能夠從照明感官的舒適性體驗(yàn)及節(jié)能環(huán)保等方面，滿足現(xiàn)代家居發(fā)展需求，同時(shí)也是LED 照明技術(shù)發(fā)展的重要方向。此外，LED 照明控制技術(shù)也是當(dāng)前發(fā)展的重要領(lǐng)域，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，紅外線觸摸控制技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，都在很大程度上推動(dòng)了LED 照明技術(shù)在智能家居中的應(yīng)用成效，同時(shí)也是技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展的重要范疇。因此，隨著時(shí)代發(fā)展，LED 照明技術(shù)的發(fā)展，一方面強(qiáng)調(diào)照明屬性的功能提升，保障市場(chǎng)需求，另一方面也要強(qiáng)化智能、節(jié)能等的性能構(gòu)建，從屬性保障、功能提升等方面，強(qiáng)化在智能家居的應(yīng)用。

表1：不同照明燈具的特性情況

2.3 技術(shù)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展領(lǐng)域

在未來(lái)的發(fā)展中，全面推進(jìn)LED 照明技術(shù)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，成為發(fā)展的重要趨勢(shì)，也是其發(fā)展的內(nèi)在需求。首先，各國(guó)在LED照明技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展程度具有差異性，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定中有所不同。我國(guó)作為L(zhǎng)ED 照明技術(shù)發(fā)展的大國(guó)，也尚未出臺(tái)LED 照明技術(shù)產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，對(duì)整個(gè)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成了一定影響；其次，LED照明技術(shù)發(fā)展迅速，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定滯后于技術(shù)發(fā)展進(jìn)程，這也是當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展所面臨的突出問(wèn)題。在當(dāng)前的發(fā)展環(huán)境之下，LED 照明技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一規(guī)范，在制定規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)體系中，應(yīng)強(qiáng)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的前瞻性和科學(xué)性，這是進(jìn)一步促進(jìn)LED 照明技術(shù)產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的著力點(diǎn)。

3 LED半導(dǎo)體照明技術(shù)的優(yōu)化措施

LED 照明技術(shù)發(fā)展“方興未艾”，成為新時(shí)代國(guó)家的重要戰(zhàn)略技術(shù)。在LED 照明技術(shù)的廣泛應(yīng)用及發(fā)展中，其技術(shù)的優(yōu)化與發(fā)展，直接關(guān)系到其應(yīng)用價(jià)值的提升。在筆者看來(lái)，LED 照明技術(shù)的優(yōu)化，著力點(diǎn)在于如何抓住核心技術(shù)，在解決散熱問(wèn)題、電源驅(qū)動(dòng)等問(wèn)題的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)，是進(jìn)一步推進(jìn)LED 照明技術(shù)發(fā)展的重要保障。

3.1 電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)優(yōu)化

在LED 照明技術(shù)的電源驅(qū)動(dòng)中，電源驅(qū)動(dòng)效能的有效構(gòu)建，直接關(guān)系到LED 燈具的使用壽命，甚至?xí)霈F(xiàn)LED 光衰加速，導(dǎo)致出現(xiàn)燈具燒壞等情況。因此，在LED 照明燈具的電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)中，要對(duì)驅(qū)動(dòng)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，保障電源穩(wěn)壓的同時(shí)，也要提高燈具的使用壽命。首先，在熱效應(yīng)的作用之下，LED 燈具的PN 結(jié)溫度會(huì)出現(xiàn)顯著提升情況，這樣會(huì)影響到LED 照明的使用壽命。為此，要在施加驅(qū)動(dòng)電源的過(guò)程中，要合理控制兩端的正向電壓，一般情況之下應(yīng)≤3.6V，有效避免電源驅(qū)動(dòng)對(duì)LED 照明的影響；其次，電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)的優(yōu)化，應(yīng)強(qiáng)化“穩(wěn)壓”的技術(shù)保障。通過(guò)科學(xué)合理的電流波動(dòng)范圍的有效控制，提高LED 照明技術(shù)的熱效能。從研究來(lái)看，LED 照明技術(shù)的電壓應(yīng)在3.0-3.6 之間波動(dòng)，并且控制電流控制范圍在12.5-35mA，避免LED出現(xiàn)光衰加速；再次，在電源驅(qū)動(dòng)方式中，恒流驅(qū)動(dòng)是最為理想的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，能夠科學(xué)避免因電壓不穩(wěn)定而導(dǎo)致電流變化，這會(huì)影響到LED 照明的穩(wěn)定性。因此，要在恒流/恒壓的電源驅(qū)動(dòng)中，有效保障LED 照明的穩(wěn)定性，這是當(dāng)前技術(shù)優(yōu)化發(fā)展的重要領(lǐng)域。

3.2 “散熱”問(wèn)題解決

LED 半導(dǎo)體作為“冷電源”，但在照明中仍會(huì)出現(xiàn)散熱問(wèn)題，對(duì)LED 照明燈具形成一定影響。因此，在技術(shù)優(yōu)化發(fā)展，以更好的技術(shù)狀態(tài)，解決“散熱”問(wèn)題，是實(shí)現(xiàn)LED 照明技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域。從研究中發(fā)現(xiàn)，LED 所產(chǎn)生的熱量很小，但是在熱聚集過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致PN 結(jié)溫度的急劇升高，這會(huì)對(duì)LED 照明形成直接影響。為此，在技術(shù)優(yōu)化中，要通過(guò)對(duì)散熱問(wèn)題的有效解決，科學(xué)避免熱量的聚集。并且，要對(duì)LED 照明芯片進(jìn)行升級(jí)，提高對(duì)相對(duì)高溫的適應(yīng)能力，這有助于提高LED 照明燈具的使用壽命，同時(shí)保障照明質(zhì)量。

3.3 燈具配色效能提升

隨著社會(huì)不斷發(fā)展，LED 照明不僅僅追求體驗(yàn)效果，而且對(duì)燈具配色效能有了更高要求。為此，在燈具配色效能的提升中，強(qiáng)化對(duì)LED 照明技術(shù)的優(yōu)化，成為技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域。相比于傳統(tǒng)燈具，LED 照明燈具的色溫等的指標(biāo)值明顯更優(yōu)，能夠保證照明需求。但是，在色效能的提升中，通過(guò)更加舒適、生態(tài)及健康的色效生成，成為發(fā)展的重要領(lǐng)域。一方面，要通過(guò)技術(shù)優(yōu)化，提高LED照明燈具的色效的呈現(xiàn)效果，保障LED 照明的色效；另一方面，要在二次配光技術(shù)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)新的技術(shù)發(fā)展。解決二次配光中色效減弱等問(wèn)題，進(jìn)而更好地提高LED 照明的整體色效。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要產(chǎn)物，為現(xiàn)代文明發(fā)展進(jìn)程提供了有力保障。以核心技術(shù)發(fā)展為導(dǎo)向，構(gòu)建LED 照明核心技術(shù)，是深化LED 照明技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用的重要保障。本文研究得出，LED 照明技術(shù)的發(fā)展“方興未艾”，在智能家居、健康生態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展領(lǐng)域，獲得了良好的發(fā)展及應(yīng)用效果。在筆者看來(lái)，LED 半導(dǎo)體照明技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)落實(shí)核心技術(shù)優(yōu)化，科學(xué)解決技術(shù)應(yīng)用問(wèn)題，特別是電源驅(qū)動(dòng)技術(shù)的優(yōu)化、散熱問(wèn)題的解決以及配色效能提升等方面，為L(zhǎng)ED 半導(dǎo)體照明技術(shù)發(fā)展提供完備的技術(shù)支撐。