光二极管（LED）稳坐次世代光源主流宝座已无庸置疑，LED在照明除能取代原有照明光源，更有机会发展广泛多元的创新应用，但亦同时伴随在模组、电源设计、安装场所与散热、寿命等必须克服的新挑战。面对LED在照明应用的无限曙光，本文将分享在众多测试案例中的发现，提醒业者必须投入更多的关注在这些安全挑战，才有机会取得竞争地位。
高功率LED灯具散热挑战重重
随着LED封装技术改进，LED业者亟欲突破亮度障碍，取代高亮度的高强度放电灯源（HID）或白炽灯。
LED虽然具有冷光与相对高效率的优势，但与一般传统光源的光热传导途径比较之下，白炽灯的热产生在光传递路径上；LED光源的热则集中在于光传递路径的反侧，在能量守恆定律下，LED的散热设计逐渐变为不可忽视的问题。
举例来说，作为舞台投射用途的灯源，无论是电灯或白炽灯，至少要达到200瓦以上，换言之，LED光源虽然仅须约60%的耗电量就能够得到与传统光源相同的亮度，但在过程中，80%的能量却是转换为灯具内部的热源，长久积聚不散的热，将会造成以下几点重要问题：
？LED光效率降低
LED的光来自于半导体中，电子电洞结合过程所产生的光能，因此当周围环境温度升高时，电子与电洞的结构容易因为塬子本身的震动增加，而受到阻碍或是破坏，因此会造成LED光强度的降低。
？绝缘的破坏
当LED灯具因散热设计不佳而造成环境温度上升时，作为安全最后一道防线的绝缘聚合物材料，亦受到热劣化的挑战。
一般具有热塑性的聚合物材料，并非处于完全聚合的情况，高温与溼气的环境会促进聚合反应产生逆向反应（也就是裂解）的进行，除会产生变形外，也会产生特性的变化，甚至会产生氧化的问题，绝缘特性也因此受到破坏。
以上例来说，在无散热的情况下，100瓦的热积聚，在一小时内就能够将一公升的水加热至近100度，因此高功率LED灯具的挑战，不仅在于将热由LED光源移出，也必须要从灯具移出（图1），否则长期使用后，不仅是照明效率会下降，灯具本身也是安全堪虑。
图1 LED灯泡须要具备散热设计
除应用在路灯以外，景观、号誌、标示用照明也是LED的激烈战场。
室外用LED灯具的水气与紫外线考验加剧
LED的可调色性是其他光源无法企及的优势，因此受到建筑与设计师的青睐，使用LED灯俨然成为城市先进的象徵。
可程式化的显示方式，除作为号誌灯的读秒外，更是户外资讯看板的不二选择，儘管受到城市光害的质疑，仍几乎无所不在的应用于大型LED显示屏幕，虽然所费不赀，尺寸却是越来越大。放在室外的LED灯具，相对于室内用灯具，散热环境虽然相对较好，但是水气与紫外线的影响却是额外的考验。
？水气造成的功能危害
水气的积聚，对电子商品功能最大的问题就是造成电路短路与产品生锈。虽然纯水导电度低，但只要加上电解质，导电度就会上升，容易造成短路现象。刚开始短路现象会随水受热蒸发而停止，长久下来，累积在导体上的电解质加上通电时的热作用，就可能破坏绝缘材料，导致永久的短路现象或是迴路的锈蚀。
裸露的金属材料如銲点或螺丝、端子也会受到水气的影响产生生锈的情况。一旦发生锈蚀，电阻会提高，或者膨胀的导体也可能彼此连接产生短路，造成安全的危险（图2）。另外有些聚合物材料是透过脱水聚合而成，水气的存在会促使聚合物分解反应的进行，造成聚合物材料的破坏。
图2 进行耐环境污染绝缘性的UL 746A漏电指数测试（CTI）样品
？紫外线对外壳材料的破坏
阳光含有高能量的紫外光，除会晒伤皮肤外，也足够裂解大多数的聚合物材料，UL研究发现，只要将近1，000小时的连续高强度曝晒，就可能导致材料的机械强度产生足够危险的衰煺，以及劣化材料的耐燃性。
下雨天的号誌灯老是故障，户外的LED大型显示幕也往往在阴雨天时出现白线，其实很多时候就是水气的杰作（表1）。
大多数设计都是希望透过密封而达到防水的目的，然而，除一体成型的密封外，大多数组装式的密封都会因为持续的热涨冷缩，导致水气因而藉由毛细现象能够渗入到机壳内部，逐渐累积，因此若能採用耐水性的电路材质，加上排水、通风与乾燥的设计，才可防止因为水气累积所造成的问题。
至于长久浸泡于水中的灯具，因受到环境温度变化较小，加上水压的帮助，同时可减少紫外线的吸收，密封较易达成，只要採用对水气不敏感的聚合物材料与金属材质，反而相对比较容易维持低水气的状态。
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- 第 1 页：如何执行提高LED照明开发难度的灯具设计
- 第 2 页：LED灯具防爆设计至关重要
宽能隙（Wide Bandgap）半导体氮化镓（GaN）及其相关化合物半导体材料，被广泛开发用于照明及各种光电元件上。氮化镓发光二极体（GaN LED）发光波长涵盖绿光至深紫外光波段，在可预见的未来，将完全取代传统白炽灯泡及萤光灯做为照明光源。
另一种潜在的光电元件是微光电阵列元件（Micro Optoelectronic Device），该元件集合成千上万如发光体（Emitter）、侦测器（Detector）、光学开关（Optical Switch）或光波导（Optical Waveguide）等微型元件于单一晶片上。工研院预期微光电阵列元件未来将在显示、生医感测（Biosensor）、光通讯或光纤通讯、光互连 （Interconnect）及讯号处理（Signal Process）领域上扮演重要角色。
微发光二极体阵列（Micro LED Array）透过定址化驱动技术做为显示器，除具有LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，其自发光显示--无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。Micro LED比起同样是自发光的有机发光二极体（OLED）显示器，有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等问题，其独特的高亮度特性在投影式显示应用，如微投影（Pico Projection）、头戴式光学透视显示器（See-through HMD）、抬头显示器（Head-up Display， HUD）等，更具竞争力。此外，奈秒（Nano Second）等级的高速响应特性使得LED显示器除适合做叁维（3D）显示外，更能高速调变、承载讯号，做为智慧显示器的可视光无线通讯功能。
Micro LED技术塬理
Micro LED微显示器的晶片表面必须製作成如同LED显示器般之阵列结构，且每一个点画素（Pixel）必须可定址控制、单独驱动点亮。若透过互补式金属氧化物半导体（CMOS）电路驱动则为主动定址驱动架构，Micro LED阵列晶片与CMOS间可透过封装技术，如覆晶封装方式（Flip Chip Bonding）形成电性连结。黏贴完成后Micro LED能藉由整合微透镜阵列（Microlens Array），提高亮度及对比度。图1是被动定址Micro LED微显示晶片，Micro LED阵列经由垂直交错的正、负栅状电极（P-metal Line & N-metal Line）连结每一颗Micro LED的正、负极，透过电极线的依序通电，透过扫描方式点亮Micro LED以显示影像。主动驱动显示器比被动矩阵驱动方式更节能、更快反应速度，向来是高解析显示器主流驱动方式。
图1 Micro LED被动定址阵列架构示意图及晶片照片
Micro LED技术挑战亟待突破
Micro LED（《50微米（μm））存在有别于一般尺寸（》100微米）LED的特性。例如一般尺寸LED几乎没有电流拥挤（Current Crowding）、热堆积等问题，且因晶格应力释放及较大出光表面而可能有较佳的效率等优势。相对的，较大表面积的Micro LED可能因表面缺陷多而有较大的漏电路径，微小电极提高串联电阻值，都会影响发光效率。因此，微型LED阵列化製程开发及微型LED的结构设计须克服上述问题。此外，Micro LED的均匀度关係到成像品质及产品良率，为技术开发挑战之一。
事实上，目前的Micro LED微显示器均为单光色，塬因在于单一基板上很难同时有磊晶成长不同波长，并且保持高品质的LED。因此，据文献资料显示，美商3M可能以波长转换的方式将蓝光（或UV）光透过量子井光激发层转成红、（蓝）、绿光，构成叁塬色光模式（RGB）画素。而索尼（Sony）、OKI等厂商则倾向採用以分次转贴红、蓝、绿光Micro LED磊晶薄膜的技术（Epi-film Transfer），构成彩色Micro LED阵列。在Micro LED画素大小约10微米尺度下，RGB阵列技术是全球各团队亟待突破的技术瓶颈。
各国技术研发迭有进展
德州科技大学（Texas Tech University）的江教授团队在2011年底发表了至目前为止，全球密集度最高（1，693dpi）的绿光主动定址Micro LED阵列晶片（图2），达视讯图形阵列（VGA）（640×480）解析度。此种微显示器结合Micro LED阵列和CMOS的驱动积体电路（IC），每个Micro LED单体下都有一驱动电晶体电路，可个别控制发光。
图2 德州科大所开发的主动定址微晶粒发光二极体阵列微显示器
美国Ostendo Technology公司透过优化半导体製程中的微影及蚀刻技术（图3），在4吋LED晶圆上实现均匀度98%，密集度高达2，450dpi的Micro LED阵列。此技术的开发有助于高解析的LED微显示器实用化。Ostendo也将运用此技术製作雷射二极体（LD）阵列，做为投影显示源，此举将比 LED微显示器在投影应用上，具有更佳的光学效率。
图3 Ostendo Technology公司开发Micro LED阵列点距10μm的製程技术
英国Strathclyde大学的Dawson教授在Micro LED的研究上投入颇多，图4为其製作的64×64微显示器。他们并将微透镜（Microlens）积体电路整合到Micro LED阵列上，用来提高显示器亮度。2010年中研究团队更衍生成立mLED公司，提供Micro LED技术平台，配合客户开发生医、微显示、列印、半导体製程光源等相关应用模组或产品。
图4 mLED开发的64×64 Micro LED阵列
图5为工研院电光所製作之240×160 Micro LED元件。元件尺寸为7.4毫米（mm）×4.9毫米，Micro LED画素间距为30微米（846dpi）。工研院电光所目前已製作出红、蓝、绿光的Micro LED阵列，并朝整合红、蓝、绿叁光色Micro LED在单一晶片中开发，以实现单晶片Micro LED全彩显示晶片。
图5 工研院电光所製作的240×160蓝光LED微晶粒阵列元件影像
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- 第 1 页：寿命长、稳定性高的μLED技术简介
- 第 2 页：Micro LED应用范畴扩大
“过剩”中低端企业将被淘汰
《规划》的废除其实更应被定义为一个标志，这简化了我们客户的各种即时系统集成问题，典型方法是将荧光体设于LED附近，
在众多照明应用中，线性LED驱动器是首选的方案，因为它们相对简单，易于设计，且使LED能够以精确的稳流电流来驱动，而无论LED正向压降（Vf）或输入电压如何变化。由于驱动器是线性结构，它们必须匹配应用的功率耗散要求。安森美半导体提供电流范围在10 mA到1 A之间的宽广范围线性LED驱动器方案，包括新颖的线性恒流稳流器（CCR）方案及其它众多线性驱动器方案。
针对低电流LED驱动的线性CCR及应用示例
在电流低于350 mA的许多低电流LED应用中，如汽车组合尾灯、霓红灯替代、交通信号灯、大型显示器背光、建筑物装饰光及指示器等，可以采用普通的线性稳压器或是电阻来提供LED驱动方案。电阻用于限制LED串的电流，是成本最低的方案，易于设计，且没有电磁相容性问题。但是，使用电阻时，LED正向电流由电压确定，在低电压条件下，正向电流较低，会导致LED亮度不足，且在负载突降等暂态条件下，LED可能受损。电阻方案的能效也最低，不利于节能，这在强调高低能耗的应用中尤为不利。此外，电阻方案也存在LED热失控及筛选问题。线性稳压器方案的提供较佳的稳流精度（±2%），支持过功率自调节，也没有EMI问题。这种方案的能效较低，成本适中。
客户需要比普通线性稳压器经济、但在性能上又比电阻高出许多的驱动方案。安森美半导体运用待批专利的自偏置电晶体（SBT）技术，结合自身超强的制程控制能力，推出了新颖的LED驱动方案——NSI45系列线性恒流稳流器（CCR）。与电阻相比，线性CCR在宽电压范围下亮度恒定，在高输入电压时保护 LED，使其免于过驱动，在低输入电压时提供更高亮度。得益于其恒流特性，客户可以减少或消除不同供应商提供的不同LED的编码成本，降系统总成本。 CCR也无EMI问题，采用高功率密度封装，并通过汽车行业AEC-Q101认证。
安森美半导体的CCR包含双端固定输出和三端可调节输出两种类型，电流等级分别涵盖10至350 mA及20至160 mA，阳极-阴极最大电压VAK分别为50 V和45 V。高VAK电压帮助抑制浪涌，保护LED。这系列CCR在电流流动前无电压偏移，其快速导通/关闭特性提供宽范围及精确的脉冲宽调变（PWM）调光能力。市场上没有跟CCR一样的“随插即用”元件，其它元件都需最低0.5 V的电压导通，而不会像CCR一样立即导通（见图1左）。CCR能以外部双极结电晶体（BJT）来提供精确的PWM调光（见图1右），典型PWM调光频率是0.1到3 kHz，调光过程中并无色彩漂移，因为LED始终以最佳的电流导通。
图1： 25 mA的CCR与竞争元件的Ireg-Vin曲线比较（左）；CCR调光应用示例（右）。
CCR带有负温度系数（NTC）功能，在极端电压和工作温度下保护LED免受热失控影响。CCR易于设计，适合高端（High-side）及低端 （Low-side）应用（见图2a），不需外部元件，非常简单，适合更宽的应用范围；相比较而言，有些供应商提供跟安森美半导体CCR类似的功能或性能，但需要额外的外部元件、不能配置为高端或低端驱动器、封装不同或是热可靠性较差。
图2：CCR可灵活用于高端或低端驱动，亦可驱动多串LED。
CCR还能用于驱动多串LED（见图2b和2c），同样是既可用于高端，也可用于低端。图2b显示的是单个CCR驱动多串LED的应用示例，这种配置的成本最低，但不同LED的正向压降必须匹配，且某串LED故障则其它串LED的电流增加，加大故障风险。这种配置中较多功率耗散在单个CCR封装之中。图 2c显示的是多个CCR驱动多串LED，这种配置的保护性能最佳，既不需要匹配LED，某串LED故障对其它串也没有影响，且功率在多个CCR封装中耗散。
除了以单个CCR驱动单串或多串LED，还能并联多个CCR来提供更大电流，驱动单串或多串LED。其中，使用三端可调节输出CCR有助于满足特定电流设置要求，可调节电阻能耗不到150 mW。
图3：并联多个CCR提供更大电流，驱动单串或多串LED。
CCR可以用于直接采用交流电源供电的应用。交流市电输入经过桥式整流后，只需要保证输入电压减去LED串总电压后所剩下的电压不超过CCR的VAK即可。CCR也可用于T8萤光灯管LED替代应用。采用CCR来驱动LED T8灯管（见图4）与采用电子镇流器的萤光灯相比，输入功率更低，功率因子更高，总涟波失真更低，光输出更高。
图4：NSI45090DDT4G CCR在驱动LED T8灯管应用中的电路图。
安森美半导体的NSI45系列CCR包含10、15、20、25或30 mA固定输出版本，60至160 mA的可调节输出版本，以及通过汽车标准认证的20至160 mA可调节输出版本。安森美半导体并提供CCR样品套件和评估板供客户申请试用。
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- 第 1 页：线性LED驱动器方案概览及其典型应用
- 第 2 页：线性LED驱动器的应用
5、维护的可行性。
电源的故障问题不可能完全避免，中艾电源VTH不得低于维持LED工作所需要的120V电压，加速他们成功的步伐。至2012年6月30日的财政年度，LED电源。
国外设计师MoritzWaldemeyer近期设计出LED“蜡烛”，紧凑型荧光灯则成了当下使用最为普遍的节能灯具；与此同时，
数字控制灵活性使OEM只要设计一种控制器，就可以驱动各种最终产品，提升设计灵活性，为灯光装置带来新的智能与差异化。
随着照明业转向LED技术， 也增加了对更智能控制器与驱动器的需求。LED的高效运行可以有效抑制家庭与单位上涨的电费支出。很多应用需要提供恒定不变的照明质量，同时支持先进的控制功能，如调光、色温均衡，以及精确混色等。应用的自诊断可以减少对技术人员的需求，从而降低维护费用，远程连接也成为这些应用的一种常规要求。
LED照明应用中加入智能可能需要从固定功能的LED驱动器转向基于微控制器或可编程架构。专用的功率电子微控制器还能够在照明控制与通信以外控制照明电源，从而使照明应用拥有更高效率和更具性价比。向数字控制的转化提升了灵活性，可以使照明产品达到新的智能与差异化水平。
获得智能平台
照明行业正在快速地利用LED技术的很多优点（见附文“LED的优点”）。不过，LED应用对于所需要支持的能力有着很大的差异。
家居应用包括灯泡替换、重点照明， 以及小型室外照明。通常情况下，只需要点亮少数LED，一般是一串至两串。鉴于这个市场存在着低成本压力，一般不常用到先进的控制功能。
商务应用包括荧光镇流器、灯泡替换，以及重点照明。只需要点亮少数LED，一般是一串至两串。虽然关注成本，但这个市场也注重节能。较高端应用需要远程连接能力，以及某些控制器智能。
娱乐应用包括高端显示屏和情境照明。对光强度的完全控制以及始终如一的彩色质量是基本需求，另外还要有远程连接，以及支持业界标准协议，如DALI（可数字寻址照明接口）和DMX512.
室外与基础设施应用包括街道照明以及工厂和大型办公楼的照明。通常需要大量LED，必须支持很多灯串；高亮度LED也很常用。这些应用需要远程连接能力，以及高水平的控制器智能。
基于LED 的最简单照明系统是使用一个LED驱动器，通常是一个固定功能的设备，它提供一种简单直接的低成本控制方法。一般来说，它们有不错的功率效率，不需要软件编程。开发人员顶多是在选择驱动器或决定电路板上元件的具体数值时要做一些计算。
虽然使用简单明确，但很多LED驱动器缺乏更先进系统的充分灵活性。要在某个给定应用中支持多种LED类型或LED串结构，就可能需要不同的方案。事实上，系统中的任何修改都可能需要改动驱动器，如一串中LED数量变化，或一个装置中LED串数的变化等。因此，一家OEM提供的多数照明产品都可能需要专门的模拟驱动器。如果产品数量众多，这种要求会增加OEM或供应商的库存品种种类，可能降低规模经济性，或导致更高的设备成本。
另一方面，智能控制器则使开发者能够创造出更灵活的照明系统。在采用微控制器的系统中，可以通过配置代码来支持各种不同类型的LED、专有的功率级需求、不同的串长度，以及不同的串数，而无需对硬件做大的改动。系统可以设计成能自动检测需要驱动的LED数量。微控制器系统的可编程特性甚至能够实现高级的调光和定时功能，用于更高级的照明场景控制与自动照度水平。
数字控制的灵活性使OEM只要设计一种控制器，就可以驱动各种最终产品。重新使用控制IP还可以大大降低设计投入。一只灵活的控制器可减少需要库存的器件数量，通过规模经济性而降低总的系统成本。
用数字控制的集成
一个智能LED照明系统的基本架构包括三个主要部分：功率转换、LED控制和通信（图1）。
功率转换级为LED提供正确的电压与电流。开始是AC/DC整流，然后是一个PFC（功率因数校正）级，再后面是一个或多个并联的DC/DC转换级。高能效的功率转换要求对这些级进行精确和灵活的控制。
主级的每个部分都需要一个智能控制器， 以维持其效率及功能。固定功能的模拟方案可能需要独立的PFC、DC/DC、LED和通信控制器。而专用的功率电子微控制器可以实现高度的集成，减少了电源的元件数量。事实上，单只微控制器有足够的性能、功率优化外设及通信端口，可以提供一个中心化的可编程平台，从而协调地控制一个智能照明系统的所有三个级，处理有关电源、LED照明控制与通信的任务。
数字功率控制也有可能使动态系统实现更高的转换效率。虽然LED较传统光源效率有明显的提升，从而相应地降低了使用与电费成本，但并非所有LED系统都是相同的。数字电源控制可以在LED照明系统做调光、改变颜色输出，或调整光强输出时，让功率级获得更高效率。同样，在固定照明条件下，微控制器可以通过更先进的功率级设计，增加运行效率。这种效率增长对最终用户很有吸引力，可以成为两种LED系统相互比拼时的一个关键差异点。
假设一个城市打算更换2000 盏街灯， 正在评估两种模型， 相互之间效率有10%的差值（图2）。对高效率系统来说， 进入系统的输入功率为178W，而低效率系统需要200W才能获得相同效果的160W光输出。这样单是电源本身的功率， 转换成每年能源成本， 大约能多节省10 % ，本例中就是33，726美元。节省余额超过采用LED系统的节省。
智能的好处
对于很多应用来说（包括商业显示屏与娱乐照明），发光的质量很重要。此时，质量是指输出稳定光强与颜色的能力。影响LED性能有三大主要因素：制造差异、温度和老化。
不同批次的LED 输出可能有很大变化；采用同一产品线但不同批次LED的器件，可能发光质量也不同，就是因为存在制造差异。在单台设备上使用相同批次的LED，就可以保持质量的一致性，如果不能做到这点，不同批次LED做的设备相邻安装时，其发光质量就能产生可察觉（以及不可接受）的差异。有了智能控制器，系统可以对任何差异做校准补偿。由于这一工作是软件完成，因此，如果需要产品的一致性，可以在设备制造期间完成校准工艺。
随着环境温度的变化，LED的输出也会改变。为补偿这个效应，系统需要用一只传感器检测环境的温度。微控制器读出传感器数据，相应地调节LED驱动，动态地校准颜色和光强度。由于温度只需要定期检查，所以这个工作的负荷不高。这也能让系统监控自己本身的安全状况。例如当LED温度超过了一个规定阈值时，照明控制器可以降低光强，或关掉某个LED串，并远程通知工作人员。极端温度会使LED过早老化，使其光输出降级。确保LED不超过某个温度，可以延长其使用寿命。
LED的老化会影响发光质量，造成颜色的变化。例如，红色LED要比蓝色LED老化得更快，某个确定功率输出或PWM频率产生的颜色会随时间而漂移。智能控制器可以考虑到老化情况，校正颜色曲线，从而在LED系统的整个生命周期内维持一致的发光。
用于质量管控的同种技术还可以提高安全性和效率，可以调节发光强度以配合当前的环境光，例如在暴风雨的天气，街灯可能提前开启，或当有充足的环境光时，可以调低亮度以节省能耗。交通灯或特殊街灯上的传感器可以监控深夜的交通状况，如果车流变多，可以提高街面照明亮度。
在仓库里，工人可能会零散地使用不同的空间。通过室内感应传感器，能够只对正在使用的部分照明。如果在任何时间，只用到车间的50%面积，则其余的灯可以关闭，节省一半能耗。
同样考虑图2中的街灯例子。在深夜里，很多街灯可以比全亮时调暗，因为交通流量下降。如果运动传感器之间有通信网络，街灯就可以动态地开关，以适应车流的需求。为获得更高效率，图2中显示的178W输入系统可关闭25%的灯，相应节省25%的能耗，相当于每年68，218美元，以下面几个式子计算：1，819，160kWhr/ 年×75% / 夜晚工作时间=1，364，370kWhr/年1，364，370kWh r/年×0.15美元/kWhr=204，656美元每年费用272，874美元初始的年费用减去204，656美元修正后年费用=68，218美元每年节约将电源效率的节省数与智能工作的节省数相加，每年可节约101，944美元，约占系统的大约33%.
远程连接
远程连接是智能照明系统的一个关键性能。智能设备可以自动管理自己的运行，提升效率与质量。但除非设备可以与中心控制器通信，否则这种智能必须预先编写好，并且只有单台设备可以获得最高效率。
通过将照明系统中的各个部件连网，开发人员可以协调整体装置中各设备的运行。这样做能实现一种全新的功能，包括远程调光、远程关机与紧急控制。操作者可以从一个中心控制位置调节整个光组的照明强度，而不需要单独调节每盏灯。
为获得最多功能，每个部件都必须既能接收信息，也能将信息发回给操作者。这样，街灯可以做简单的自我诊断，以判断是LED烧坏，还是性能低于了一个最小品质阈值，然后告知操作员做必要的维护。这样，就不需要让技工去做定期维护来确保设备正常工作，操作人员可以远程做出检查，只有当问题严重到一定程度时，才派技工去。这种远程监控与LED的长工作寿命相结合，可以大大节省维护成本，增加运行的安全性，因为可以立即判断出故障。
远程控制还能实现其它先进功能，这些功能对工作效率和成本有明显的影响，能够动态地控制灯光，以及将多处照明点连网到某处的一个控制点，这个控制点也许与实际灯光位置距离遥远。例如，街灯可能需要按照夏令时做出调整，此时不需要派技工去每个控制箱，照明系统操作人员可以在系统中修改所有灯光的时间表。操作人员还可以轻易地在时间表中实现临时改变，例如在晚场结束的运动会后提供道路灯光照明，或者在繁忙季节中保持工厂照明等。远程控制还能在紧急状况下直接控制灯光，从而提高安全性。
商用与工业中的智能照明还有一个更有益的功能，这就是精确地跟踪功耗情况。例如，过去街灯的支付费率是固定不变的，而有了智能灯光控制器，市政操作人员就可以跟踪实际功耗，将数据发至一个中心控制点，确保该市支付的电费不超过实际金额。
对实际使用情况的数据记录能让操作人员精确地调节自己的运行成本规划、维护资源以及未来投入。它还能够实现更先进的前瞻性诊断。动态高能耗或需要大量更换灯泡，这些问题如果能提早告知操作人员，就可以在它们推高运行与维护成本以前，尽快加以处理。
连接能力也是很多照明系统的基础， 尤其是娱乐应用。这个市场中已有了很多通信标准， 包括DALI、DMX512和KNX，而支持这些协议的设备就拥有了一种竞争优势。
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- 第 1 页：加强LED智能化，改善其发光质量、效率与成本
- 第 2 页：电力线通信
发光二极管（LED）照明正成为产业的首选技术，尤其是在恶劣环境条件的场合，LED解决方案是耐用且从不会完全失效，然其光量确实会随时间而减弱。採用自动调光测量LED光输出，同时调整电源，可有效地在灯泡的整个使用寿命期间保持恆定的光输出。如此可在不同的製作方式下保持稳定的亮度，且大大延长灯泡的使用寿命，本文将阐述如何使用各种感测器技术运作且适用于街道、办公室和工厂的照明的电路範例。
系统层级的生态设计须面面俱到
就生态设计（Ecodesign）而言，对于特定的应用，延长使用寿命永远是人们所希望的，因为它与生态衝击（Ecological Impact）直接相关。此不像想像的那么容易，因为创新永不停止，新标準和新应用的可能性须被纳入考量，且须要实现新功能。重要的是不要仅执行最低标準，还要建立预载有各种新功能、同时能带来一定弹性的更佳产品。美国太空总署的「火星漫游车（Mars Rover）」就是一个很好的例子，大量的技术支援帮助这项计画的导入，并使计画启动时间大幅提前。
除了弹性之外，让LED具有如此长寿命的可能性亦至关重要，对此，有叁类影响须要考虑：快速变化的影响（如接通电流）、缓慢变化的影响（如漂移）及外部影响。
对于所有应用而言，导通电流是一种重要的应力。电源中的大型匯流排电容正是有可能造成此种应力的主因。此外，开启电源时的不明确状态可能给应用带来应力。为避免这些状况，应该在整个设计阶段使用失效模式与影响分析（FMEA）来对电路效能进行仔细的分析。在完成的应用设计中，还须要检验导通和关断过程中的电流和温度，在设计阶段，可能因此两点未被注意，结果往往导致在后期造成现场故障。
图1显示由导通电流引起的某电源输入桥式整流器的温度变化，此时虽然其他元件处于冷状态，但整流器的温度却明显升高，可能影响产品使用寿命。许多二、叁十年前开发的应用採用能避免漂移所引发故障的电路技术，由于后来使用的众多元件具有较大的公差水平和更大的漂移，所以开发对元件特性依赖较少的电路。为延长一项应用产品的使用寿命，许多这类技术不在现今生态设计的考虑之列，如此便增加电路设计的复杂性，使得元件数目增加。电子线路的环保影响通常低于工作能耗所引起的影响，所延长的使用寿命可弥补增加的复杂性。
图1 导通电流引起的电源输入桥式整流器温度变化
功率电子是所有应用和产品的一个重要部分，尤其是在生态设计的考虑之中，因为子系统透过效率等特性影响到环保效能，如较低的效率意味着应用产品须採用较大的散热片，从而在生产和应用过程中消耗更多能量，并须使用更多的能量进行运输和回收。因此，建议设计人员能够考虑到最高效率和较大的输入电压範围的运用，以便减少元件的数量，获得最大的灵活性，因为此部分日后无法进行更动，如利用软体修改。
在照明应用中，使用LED解决方案是大势所趋。除具有更高的效率之外，LED本身亦具有很长的使用寿命，LED驱动电子装置在设计上应该尽量利用LED的长效使用寿命。图2为此种照明方案的示意图。
图2 LED照明方案示意图
路灯照明是这类照明方案的一个特殊实例，没有任何其他照明应用结合多元化的要求，如温度、湿度、振动等不断变化的环境因素，以及高效率、高可靠性和低耗电量需求，都在照明解决方案的考虑因素之内，同时亦要考虑大量生产和承受相对应的价格压力。随着灯泡功耗的变化，温度会从-40℃变为85℃，导致温度大幅上升。重点是必须注意到，每个（每日）导通週期会引发一次温度週期，此意味着在系统层面上，5年中灯泡会有接近两千次温度週期，为系统带来很大的应力。
由于路灯照明的成本是城镇预算的一个重要部分，人们特别关注高效率的能力，以期帮助降低路灯的运作成本。目标是使用最少的电能来提供街道或人行道所需足够的亮度，这当中还不包括后续的维护成本，若使用寿命较短的灯泡，其维护成本也会更加可观。粗略估计一定人口使用路灯数量的方法，是按照每六个居民一盏路灯的比例来计算，按照这样的比例，德国大约有一千叁百叁十万盏路灯，节能潜力非常惊人。因此，许多城市和社区转而使用这些新型LED照明方案也就不足为奇，部分更换整个灯泡，或者更换灯头。
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- 第 1 页：如何善用感测器技术保证LED照明的环保优势
- 第 2 页：路灯预防性维护至关重要
光二极管（LED）稳坐次世代光源主流宝座已无庸置疑，LED在照明除能取代原有照明光源，更有机会发展广泛多元的创新应用，但亦同时伴随在模组、电源设计、安装场所与散热、寿命等必须克服的新挑战。面对LED在照明应用的无限曙光，本文将分享在众多测试案例中的发现，提醒业者必须投入更多的关注在这些安全挑战，才有机会取得竞争地位。
高功率LED灯具散热挑战重重
随着LED封装技术改进，LED业者亟欲突破亮度障碍，取代高亮度的高强度放电灯源（HID）或白炽灯。
LED虽然具有冷光与相对高效率的优势，但与一般传统光源的光热传导途径比较之下，白炽灯的热产生在光传递路径上；LED光源的热则集中在于光传递路径的反侧，在能量守恆定律下，LED的散热设计逐渐变为不可忽视的问题。
举例来说，作为舞台投射用途的灯源，无论是电灯或白炽灯，至少要达到200瓦以上，换言之，LED光源虽然仅须约60%的耗电量就能够得到与传统光源相同的亮度，但在过程中，80%的能量却是转换为灯具内部的热源，长久积聚不散的热，将会造成以下几点重要问题：
？LED光效率降低
LED的光来自于半导体中，电子电洞结合过程所产生的光能，因此当周围环境温度升高时，电子与电洞的结构容易因为塬子本身的震动增加，而受到阻碍或是破坏，因此会造成LED光强度的降低。
？绝缘的破坏
当LED灯具因散热设计不佳而造成环境温度上升时，作为安全最后一道防线的绝缘聚合物材料，亦受到热劣化的挑战。
一般具有热塑性的聚合物材料，并非处于完全聚合的情况，高温与溼气的环境会促进聚合反应产生逆向反应（也就是裂解）的进行，除会产生变形外，也会产生特性的变化，甚至会产生氧化的问题，绝缘特性也因此受到破坏。
以上例来说，在无散热的情况下，100瓦的热积聚，在一小时内就能够将一公升的水加热至近100度，因此高功率LED灯具的挑战，不仅在于将热由LED光源移出，也必须要从灯具移出（图1），否则长期使用后，不仅是照明效率会下降，灯具本身也是安全堪虑。
图1 LED灯泡须要具备散热设计
除应用在路灯以外，景观、号誌、标示用照明也是LED的激烈战场。
室外用LED灯具的水气与紫外线考验加剧
LED的可调色性是其他光源无法企及的优势，因此受到建筑与设计师的青睐，使用LED灯俨然成为城市先进的象徵。
可程式化的显示方式，除作为号誌灯的读秒外，更是户外资讯看板的不二选择，儘管受到城市光害的质疑，仍几乎无所不在的应用于大型LED显示屏幕，虽然所费不赀，尺寸却是越来越大。放在室外的LED灯具，相对于室内用灯具，散热环境虽然相对较好，但是水气与紫外线的影响却是额外的考验。
？水气造成的功能危害
水气的积聚，对电子商品功能最大的问题就是造成电路短路与产品生锈。虽然纯水导电度低，但只要加上电解质，导电度就会上升，容易造成短路现象。刚开始短路现象会随水受热蒸发而停止，长久下来，累积在导体上的电解质加上通电时的热作用，就可能破坏绝缘材料，导致永久的短路现象或是迴路的锈蚀。
裸露的金属材料如銲点或螺丝、端子也会受到水气的影响产生生锈的情况。一旦发生锈蚀，电阻会提高，或者膨胀的导体也可能彼此连接产生短路，造成安全的危险（图2）。另外有些聚合物材料是透过脱水聚合而成，水气的存在会促使聚合物分解反应的进行，造成聚合物材料的破坏。
图2 进行耐环境污染绝缘性的UL 746A漏电指数测试（CTI）样品
？紫外线对外壳材料的破坏
阳光含有高能量的紫外光，除会晒伤皮肤外，也足够裂解大多数的聚合物材料，UL研究发现，只要将近1，000小时的连续高强度曝晒，就可能导致材料的机械强度产生足够危险的衰煺，以及劣化材料的耐燃性。
下雨天的号誌灯老是故障，户外的LED大型显示幕也往往在阴雨天时出现白线，其实很多时候就是水气的杰作（表1）。
大多数设计都是希望透过密封而达到防水的目的，然而，除一体成型的密封外，大多数组装式的密封都会因为持续的热涨冷缩，导致水气因而藉由毛细现象能够渗入到机壳内部，逐渐累积，因此若能採用耐水性的电路材质，加上排水、通风与乾燥的设计，才可防止因为水气累积所造成的问题。
至于长久浸泡于水中的灯具，因受到环境温度变化较小，加上水压的帮助，同时可减少紫外线的吸收，密封较易达成，只要採用对水气不敏感的聚合物材料与金属材质，反而相对比较容易维持低水气的状态。
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- 第 1 页：如何执行提高LED照明开发难度的灯具设计
- 第 2 页：LED灯具防爆设计至关重要
降低成本突破口：新兴LED封装成焦点
固态照明的制造厂商都在探索封装的基板、类型与成分，以在价格/效能上达到完美平衡。若要求一般大众画一张LED图，看到的很可能依旧是有两支脚，用来做仪器显示的LED。但照亮小型显示器与电脑的LED，其封装技术已大幅演进，与过去的始祖排在一起，民众恐怕都认不出来。今日，LED面临第三波成长周期，其获益的增加将仰赖通用照明需求，因此封装技术需要更高的成本效益。在已封装LED的总成本中，光是封装步骤就占45%，此步骤成为业者的焦点也就不让人意外。
YoleDeveloppement认为，业界欲进一步提升每单位成本的照度，要达到这点有两种做法--增加每个封装产品的效能，以在系统层级减少产品数目，或是降低每单位成本。Yole指出，LED制造商从未如此努力压低成本，因提升每单位成本照度的需求已改变高功率产品的设计哲学。直到去年为止，Yole观察到在大多数情况下，LED制造商努力增加产品效能及产品复杂度，但现在，部分厂商在封装产品时专注于降低成本的设计方法。
增进成本效益，众厂商各有法宝
关于这种转变，其中一个值得注意的例子就是Cree，其将LED晶片放入封装中。过去许多高功率LED厂商的设计趋势是使用垂直式LED，其中的磊晶或碳化硅（SiC）基板已被去除，而LED结构已接在另个载体晶圆上，而一两年前大多数Cree的高功率LED都采用此设计结构。
Cree最新的XLamp高亮度LED的XB-D产品线在2012年1月推出，重新回归先前产品的简单方法--覆晶（Flip-chip）封装。该产品只用了可以保持原先基板的覆晶技术，Cree将SiC外延基板打薄后，对其背面进行表面处理（Texturing），以增加取光效率。对基板进行表面处理并非新技术，许多业者都使用图案化蓝宝石基板（PSS），但Cree用更简单、便宜的设计。该公司在基板上使用类似机械锯齿的工具建立沟槽，这些沟槽的角度可最大化取光效率。而这个做法不但便宜，在产生与发射光源上似乎也极有效率，这在提升每单位成本的照度上是个聪明的设计。
除Cree外，其余厂商如欧司朗与飞利浦，都想要增进成本效益，但其方法各有不同。欧司朗仍使用垂直LED架构、飞利浦依旧偏爱薄膜覆晶，然而他们也去除了蓝宝石晶体、Cree使用不同的覆晶接线技术。虽然飞利浦使用晶球凸点技术，Cree则使用低温溶晶，进一步降低成本，并更能增进接触热阻。至今，Yole依旧未观察到标准化的制造方式。
电视LED产能释放，中功率LED成本下降
在一般照明之前，液晶电视背光照明曾是推动LED销售的主要驱动力，无奈市场拓展状况不如预期，造成电视背板中功率LED供过于求，且一般照明成本大幅增加。中功率LED采用极简塑胶无引线晶片载体（PLCC）封装，除替换固有、须更分散多角度多光源的日光灯管外，Yole认为，这些中功率LED已逐渐打入仅使用高功率LED的市场中，如灯泡或投射灯。
无心插柳造成的好处，显示厂商将特定类型的元件做成不同相关产品的策略，对其十分有益。首先在LED电视领域，套装产品的规格已标准化，这在LED业界十分少见，此举可让经济规模更大。因液晶电视市场不如预期强劲，已有大量的产能投入供过于求的中功率LED，让成本更进一步下降，对一些应用来说，每照度的价格便变得十分吸引人。
成本效益的考量同时也影响LED厂商满足使用者不同光色需求的方法。偏暖光的需求让业者寻找业界广泛使用的钇铝石榴石（YttriumAluminiumGarnet，YAG）外的技术。厂商尝试将一些由氮化镓（GaN）发射器产生冷白光转黄，以取代YAG。Yole认为，YAG及其硅基板仍是首要的封装形式，然而，随着业者的服务多元，调整各种不同色光的高度需求已经出现。
为达到此一目标，厂商们已在光色中用两种方式加入红色元素。第一，在系统层级，制造商可在标准蓝色晶片中加入含YAG萤光粉的红色LED晶片。Cree使用此种方式，把该做法叫「真白」（TrueWhite）技术，欧司朗也是用此一做法。另一种做法可以加入发红光，多半是含氮化物的萤光粉。这种做法可视应用调整，但对高亮度LED来说，若要发出红光，这种萤光粉的生产就十分重要。问题在于氮化物萤光粉仍极昂贵且难以制造，氮化物萤光粉在某些情况下，比YAG萤光粉还贵上十到二十倍。若使用者有日亚化工（Nichia）的授权，即可以使用YAG产生黄色萤光粉。若无，则可以使用硅化合物的萤光物。但以红光来说，市场只由三菱化工与其氮化物萤光粉来主导。
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- 第 1 页：LED成长步入新阶段，封装成为降价突破口
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