根據2011美國能源部樓宇手冊能耗數據，商業用電中照明能耗所占比重最大，達到26%左右，如圖1所示。過高的能耗造成了溫室效應、資源枯竭等諸多問題，傳統室內照明燈如白熾燈、鹵素燈、熒光燈等因為其能效低已逐步進入淘汰邊緣，節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照明以其節能、長壽命、環境友好等優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照明光源而成為室外和室內照明的主體。

圖1  2011美國能源部樓宇手冊能耗數據

　　LED照明智能控制技術是利用智能控制系統使LED根據場景、環境進行自動調光，并且可以實時監控LED運行狀態的技術，其充分利用了LED的半導體器件性質，具有以下優點：第一，采用集中式直接DC驅動，不存在驅動可靠性和壽命問題;第二，多個LED燈組成系統，相互協調，整體更加節能，真正凸顯LED燈的節能特性，實際使用成本短期內可明顯下降;第三，提供更加靈活和自動化的節能策略，減輕LED的散熱壓力;第四，同時能夠利用LED的半導體芯片特性，使其作為信息傳遞的載體。

　　LED照明智能控制技術能夠幫助LED燈進入室內照明應用的廣闊市場，在LED照明的普及過程中發揮關鍵的作用。

　　LED照明智能控制技術的技術難點主要包括LED調光下的光效保持研究、LED精細調光技術、LED和驅動IC及智能IC的集成研究、LED調光下的色溫保持研究、LED調光下熒光粉的效率研究、LED調光和光衰關系的研究、LED調光和顯色指數關系的研究以及LED對人體健康影響的研究等方面。

　　LED照明智能控制技術的核心目標和理念是使LED更加節能，雖然自動調光可以根據場景和環境使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調光下的光效保持研究，丹麥奧爾堡大學的研究團隊發現采用不同的LED調光驅動方式可以對光效的降低進行補償，其認為采用AM(幅度調制)和PWM(脈寬調制)的混合方式能夠得到較高的調光時光效，如圖2所示。

圖2   丹麥奧爾堡大學LED調光下的光效保持研究

　　自動調光時如采用粗放式簡單模擬調光，將無法滿足用戶希望平滑調光、使視覺更舒適的要求。LED作為半導體器件，具有可精細調光的能力。美國德州儀器研究院已開發出數字多階調光的LED驅動芯片，支持平滑調節和多達上萬個臺階的驅動方式。

　　LED芯片和LED驅動芯片、智能IC芯片同屬于低壓半導體微電子芯片，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。意大利比薩大學團隊對該內容進行了研究，利用半導體芯片鍵合技術研制出集成封裝的樣片，如圖3所示。

圖3  意大利比薩大學對LED芯片和驅動、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調光下色溫會隨之發生漂移，美國倫斯勒學院對LED調光下的色溫保持進行了研究，認為利用數字化自動補償技術可以降低調光對LED色溫漂移的影響，如圖4所示。

圖4  倫斯勒學院對LED調光下色溫保持的研究

　　藍光LED激發黃色熒光粉產生白光是目前LED照明的主流低成本方案，但熒光粉效率會隨LED的調光發生變化，法國克萊蒙費朗化學研究所對用于智能照明中的LED熒光粉光效進行了研究，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調光可能會使LED發生光衰，日亞公司研究院進行了長期調制LED對光衰影響的研究，目前已開發出光衰基本不受LED調光影響的芯片。

　　顯色指數在攝影照明中非常重要，影響物體的真實色彩還原度，美國倫斯勒學院對LED調光和顯色指數的關系進行了研究，利用附加控制芯片使LED的顯色指數在一定時間內調光保持不變。

　　人體經過百萬年的進化，其健康、情緒與光照息息相關，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，美國倫斯勒學院對光照與人體健康的關系進行了研究，認為營造好的光照條件可以使人體舒適和情緒飽滿，提升人的生活質量和工作效率，如圖7所示。

圖7  倫斯勒學院對光照與人體健康關系的研究

　　從以上介紹可以看出，國內外已有多家研究機構和企業進行了LED照明智能控制相關技術難點的研究，其發展趨勢是更加自動化、與人的聯系和界面更加友好，LED照明智能控制技術已成為國際國內研究的熱點。預期該項技術能夠大大加快LED燈進入千家萬戶的進程，同時為室內信息的交互提供“智慧”載體，預期存在廣闊的應用和產業化前景，具有巨大的社會和經濟效益。（本文選自《半導體照明》雜志第39期）