照明原始设备制造商的新机遇

作者：François Mirand，EMEA技术总监

在过去 20 年中，由于技术发展迅速，LED 照明行业一直是一个令人兴奋的领域。这不仅为改进现有类型的灯具设计提供了机会，而且还为照明创造了全新的应用。在 20 年前，谁能想到像汽车指示灯一样简单的形状和照明模式可能成为奥迪等高端品牌的品牌标志的重要组成部分？又有谁能想到，LED 路灯能让世界各地城市的街道在夜晚流光溢彩？

创新时刻都在发生。那么，随着我们进入 21 世纪 20 年代中期，哪些 LED 技术有望实现快速增长？

对卫生和消毒的新认识

Covid-19 疫情不应该被忘记。当然，对消毒和去污的日益重视有助于遏制冠状病毒的传播，同时也有助于降低流感、普通感冒和其他疾病的感染率。现在，定期消毒将有助于阻止不时出现的新型 Covid 病毒的传播已经获得公众的共识。

新的光电产品在对抗感染传播方面发挥着重要作用：人们对紫外线 (UV) 杀菌特性的兴趣正在迅速增长。因此，LED 制造商正在开发能够在光谱的 UVC 部分（100 nm 至 280 nm 波长范围）提供高效且强大的光输出的产品。

Nichia 和 Seoul Viosys 等老牌供应商正在与 Luminus Devices 等新来者竞争，致力于提高效率、降低每光子成本并扩大生产能力。至关重要的是，制造商现在正在生产输出功率超过 100 mW 的 UVC LED 产品。例如，Luminus 发布了一款四芯片封装器件 XFM-5050，可提供 480 mW 的最大光输出。

同时，UVC LED 灯的成本已降至每毫瓦 20 美分以下，并且正在接近每毫瓦 10 美分，这被许多制造商视为临界点。批量生产元器件的效率已从 1.5% 左右跃升至 3% 以上。专家预计效率将迅速提高到10％。

而且，LED光学器件制造商拥有认证的新材料，并发布了既高效又能抵抗 UVC 光降解的专用产品。UVC LED 光源的功率和效率的提高促使产品制造商探索空气和水净化的应用，因为迄今为止，UVC LED 主要用于表面消毒。UVC LED特别适合置于天花板高处对室内空气进行消毒（称为室内上层空气消毒）：UVC LED 的超小发光表面可实现严格的光束控制。例如，例如，Seoul Viosys 的线形UVC照明模块可以与LEDiL VIOLET RS光学器件搭配使用，以构成理想的现成照明引擎，如图 1a 所示。

图 1a：LEDiL VIOLET-12X1-RS与线形UVC LED模块（如Seoul Viosys XMD-FBC-LLCA）结合使用，可用于室内上层空气消毒应用（图片来源：LEDiL）


图 1b：用于UVC LED 线形模块的 LEDiL VIOLET-RS 光学器件（图片来源：LEDiL）

按照 IES 的 12 mW/m3 的指导规范，这样的 UVC 光引擎将覆盖大约 10m3 空间，或在天花板高 2.5m 的房间内覆盖 4m2 空间，消耗大约 10W 的电能。LED 单元本身比水银管小得多。而且，水银管需要一个大型反射器才能将其 360°照射聚集成窄光束。

UVC LED 装置小巧轻便，可以添加到现有照明设备中，或集成到未来的设计中，为标准可见光照明功能增加室内空气消毒的价值，或以独立的空气消毒模式运行。

2020 年首次在市政污水处理厂安装 UVC LED 后，该应用也将加速发展。使用 UVC 辐照消除供水中的微生物污染已广为人知。利用 LED 技术，制造商可以实现更紧凑的新型反应堆设计，使其适合现有工厂有限的可用空间，从而大大降低或消除了为消毒设备腾出空间的建筑工程成本。此外，如图 2 所示，与传统的 UVC 发射器相比，LED 技术的使用降低了维护成本和工作量。

图2：在英国卡莱尔附近安装的首批基于 UV LED 的水处理装置（图片来源：Typhon Treatment）  

LED路灯样式的创新

尽管 UVC LED 领域的发展集中在发射体的基本性能上，但在路灯中使用的 LED 方面，制造商正在封装、生产和可靠性方面实现创新。

直到最近，路灯设计还是基于单芯片大功率 LED 的使用。但是现在，路灯制造商正在克服对使用新 LED 平台的反对声音，例如：使用多芯片大功率 LED（如流行的 5050 封装）和中等功率 LED（通常采用标准 3030 封装）的平台。

这样的发展之所以成为可能，是因为 LED 制造商已经提高了这些新产品的可靠性。尤其是抗硫性也得到了改善，L90 寿命的预测值现在可以超过 100,000 小时。Lumileds 是取得进展的一个很好的例子：其 LUXEON 5050 方形 LED 是路灯的流行选择。如图 3 所示，其 XR-5050 SQR 模块符合 Zhaga Book 15 的尺寸要求，并满足最严格的招标要求。

图3：Lumileds 的 XR-5050 SQR 模块（图片来源：Lumileds）

使用这些新型 LED 的优势包括：

· 卓越的光效，尤其是在为限制光污染而规定的较低 CCT 值下
· 更大的设计灵活性
· 更低的系统成本

创新也正在重塑市场上路灯阵列的控制和联网方法。欧洲一直处于这一发展的最前沿，引领着路灯控制接口的标准化。Zhaga 和 DiiA 与 IES 联手支持 D4i 标准；ANSI C136.41 插座混合结构将被添加至 Zhaga 的 Book 18 Ed. 3.0 认证。

这使路灯制造商能够在 Zhaga-D4i 标准保护伞下开发面向未来的设计，随时支持本地和远程控制以及未来的 5G 部署。D4i 的推出也获得了驱动器制造商的支持：例如，Inventronics 的 EUM 系列是首款符合 D4i 标准的 IP67 级驱动器。

丰富多样的“自然”照明

在室内，流明每瓦的竞争吸引的注意力越来越少，LED 制造商现在致力于改善光线质量的创新的竞争。显色指数是质量的重要参数：当今的主流 LED 通常提供 80 CRI 和 90 CRI 的选择。在高端 LED 市场中，95 CRI 变得越来越普遍，现在有几家 LED 制造商还指定了 R9 值：Nichia 已发布了提供最低 Ra 95 和 R9 80 值的 COB LED。

对于寻求满足照明设计人员对光线质量最严格要求的制造商而言，均匀性是另一个挑战。Lumileds 的 LUXEON 深度调光产品和 Nichi a的 757-MT 正在为实现深度直流调光或可调白光的灯具提供新的解决方案。

同时，制造商仍未找到最佳方法来激发公众对“自然”或“人因”照明（HCL）概念的欣赏。同样地，关于光谱对人类健康的影响的科学共识也很难达到。然而，用于 HCL 的 LED 光源的选择越来越多。包括全光谱 LED 光源，例如首尔半导体的 SunLike 系列，Nichia 的 Optisolis™ LED 或 Bridgelux 的 Thrive™ 系列；以及色彩增强的产品，例如Nichia 的 Vitasolis™ 或 Luminus 的 Salud 系列。

实际中 HCL 的部署仍然很少，但由于弗劳恩霍夫建筑物理研究所于 2020 年开展的一项关于全光谱 LED 感知的研究为 HCL 相对于传统 LED 照明的优势提供了支持，预计可能在该领域引发新的兴趣。

HCL 的一种表现方式是昼夜节律照明，其在白天调节色温以匹配日光下的自然光谱变化，并在夜间模仿自然火光的光谱特征。Bridgelux 的 Vesta® Flex 驱动器和 Vesta Thrive LED 模块提供了一种可简化昼夜照明所需的可调白光系统的实现的方法。该交钥匙解决方案包括全光谱可调白光 LED 光源、双通道驱动器和控制接口，这些接口支持标准 0-10V、DALI 和认证的蓝牙®网状网络系统，以及专有的控制协议。

认证的蓝牙网状网络（也称为 SIG 网状网络）已成为室内照明的无线控制协议的首选，并已被业界的重要制造商所采用。该标准具有互操作性：可以使用 Silvair 平台之类的工具调试来自不同制造商的兼容器件，以形成功能完善的照明控制网络。

2020 年 9 月发布的网状网络设备属性 v2 规范开启了除简单照明控制之外的更多物联网功能，从而可以实现详细的诊断和维护事件报告。Silvair 等公司已经将这些新功能集成到其固件和调试应用中。Silvair 实施不需要网关的独立调度是一项重要进展，将使设计和部署昼夜照明系统变得更加容易。

未来的技术趋势

富昌电子 LED 照明事业部见证了对上述技术发展需求不断增长的趋势。但是，展望未来，已经在酝酿中的创新将激发更多的兴趣。

在路灯照明方面，5G 移动网络的部署将产生深远的影响。5G 中的大规模机器类型通信（mMTC）功能将实现包括市政照明在内的新的中央监控功能。路灯有望成为智慧城市的物联网中枢。路灯灯杆是 5G 微基站的理想载体，可在城市地区提供密集的网络覆盖。

随着 Zhaga Book 2 0的发布，蓝牙特别兴趣小组与 DiiA 之间的合作无疑将推动 D4i 和蓝牙网状网络在室内照明中的应用。

因此，随着世界从 Covid 引发的低迷中恢复，LED 技术的创新速度使人们感到乐观，而UV LED、路灯和 HCL 的发展前景将尤其强劲。