原创 SSL照明技术与进展

简介：

本文主要介绍了固态照明技术（SSL）的技术特点、应用、控制和主要进展，对有关电光源器件的特点和进展做了对比和分析，并对LED的驱动电路和调光控制进行了讨论，同时对OLED进行了介绍和分析。

关键词：电光源   LED   发光效率   OLED

Key nWords: electronic lighting source, LED, Lighting efficiecy, OLED

1、简介

      自从1968年第一批LED开始进入市场以来，至今已有30多年。随着新材料的开发和工艺的改进，LED趋于高亮度化和全色化。氮化镓基底的蓝色LED的出现，更是扩展了LED的应用领域。

       美国从2000年起投资5亿美元实施“国家半导体照明计划”，欧盟也在2000年7月宣布启动类似的“彩虹计划”。我国科技部在“863”计划的支持下，2003年6月份首次提出发展半导体照明计划。多年来，LED照明以其节能、环保的优势，已受到国家和各级政府的重视，各地纷纷出台相关政策和举措加快LED产业的发展。

       下面对LED的有关发光原理、特点、LED的驱动、LED的调光控制和世界LED的新产品推出与性能改进等方面加以讨论。

2、LED的发光原理

       LED的发光原理就是将电能转换为光的过程，将电流通过化合物半导体，通过电子与空穴的结合，过剩的能量将以光的形式释出，达到发光的效果。通过LED的正向电流越大则LED的发光亮度越高，同时，通过LED发光电流的稳定性将影响LED的发光稳定性。因此，在实用中应采用可以提供精确稳定电流的LED驱动恒流源。

       LED是由超导发光晶体产生超高强度的灯光，它发出的热量很少，不像白炽灯那样浪费太多热量，不像荧光灯那样因消耗高能量而产生有毒气体，也不像霓虹灯那样要求高电压而容易损坏。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，其发光效率可达80%~90%。

        LED属于全固体冷光源，体积更小，重量更轻，结构更坚固，而且工作电压低（3∽4V），使用寿命长。按照通常的光效定义，LED的发光效率并不高，但由于LED的光谱几乎全部集中于可见光频段，效率可达80%~90%。而同等光效的白炽灯的可见效率仅为10%~20%。

        自1879年10月19日爱迪生研制成功世界上第一只实用白炽灯电光源以来，随着科学技术的突飞猛进，各种人造电光源技术得到了迅速的发展，电光源技术经历了第一代的热辐射电光源（例如白炽灯和卤钨灯等）、第二代的低压气体放电电光源（例如荧光灯）、第三代的高压气体放电电光源（例如高压汞灯、高压钠灯和金卤灯等）、第四代的固体电光源（例如LED等）的变迁。新一代电光源在发光效率、使用安全性、使用方便性等方面都有很大的提升，常用电光源发光效率对比如图1所示^（3），常用电光源发光效率的进展图2所示^（9），通过技术进步使各种电光源发光效率的变迁如图3所示^（9），通过技术进步使各种电光源发光效率的变迁图如图4 ^（4）所示，通过图4可以看出，通过加速研发到2020年SSL照明发光效率可高达到大于200lm/W的能力，通过技术进步到2020年，争使SSL照明的发光效率达到225lm/W的水平。固体发光电光源（SSL）展示出了很好的发展前景。由表1^（10）可以看出由于技术进步使各种新型电光源技术实用化的进程。

图2  常用电光源发光效率对比

图3  各种电光源发光效率的进展对比

图4  通过技术进步使各种电光源发光效率的变迁

各种常用电光源的性能对比（资料来源于2009-APFC-SP1.4-Datapoint Research）如图5所示。

图5   各种常用电光源的性能对比

表1^（10）   竞争使电光源技术成熟

        由于白炽灯的发光效率很低（在15lm/W左右），所以世界上有关国家给出了白炽灯的禁用时间表，以采用发光效率更高的电光源（例如LED、卤钨灯、低压钠灯和高压钠灯等），世界上有关国家白炽灯的禁用时间表如图6所示（资料来源于2009-APFC-SP1.4-Datapoint Research）。

图6  世界上有关国家白炽灯的禁用时间表

3、LED照明的主要优缺点

（1）LED照明的主要优点

        由于LED独有的节能、寿命长、免维护、易控制、环保等特点，LED照明的优点不仅体现在发光质量方面，在其生产、制造、易用性方面都要大大超越白炽灯、荧光灯等传统电光源，因此自60年代LED诞生以来得到了长足的发展和应用，已成为各国照明产品的积极发展方向。LED照明的优点主要体现在以下几个方面。

l）体积小，重量轻；

2）抗震性能好等。

3）LED的体积可以做的非常小，便于各种设备的布置和设计；

4）LED使用低压直流电就可以驱动，对使用条件要求较低。

5）LED在生产过程中不需要添加“汞”，环保性能好；

6）LED的发光指向性非常强，封光束在一定角度（15°）内定向辐射，亮度衰减比传统光源低很多；

7）LED发出的光线能量集中度很高，发光亮度高，发光色彩丰富，纯度高，发出的光线集中在较小的波长窗口内；

8）LED的响应非常快，响应时间在微秒级，在任何使用情况下可以实现瞬时启动，与白炽灯泡200ms的响应时间相比，LED会在短短5ns响应时间内发光，因此，目前LED已在汽车行业的刹车灯中得到了广泛采用。同时LED产品的亮度控制实现容易和灵活，可实现发光色彩的动态变化和数字化控制；

 9）使用寿命长，LED产品的寿命理论上可达10万小时，如果以5万小时计算、每天连续使用12小时，可以使用11.4年；

10）发光效率高，目前能实用LED的发光效率已达60-80lm/W，实验室水平已达220lm/W左右（GREE公司在2010年初已实现）；

11）LED在结构上没有玻璃外壳，不需要像白炽灯或者荧光灯那样在灯管内抽成真空或冲入特定气体，因此LED的抗震、抗冲击性能良好，给LED的生产、运输、使用各个环节带来了便利等。

       LED在非功能型照明应用中，已取得了不可替代的地位，已是信号、显示等领域的主要光源。但作为功能型照明，LED产品的质量还存在着一些近期较难解决的间题。

        白光LED的出现，是LED从标识功能向照明功能跨出的实质性一步。白光LED最接近日光，更能较好地反映照射物体的真实颜色，所以从技术角度看，白光LED无疑是LED最尖端的技术。目前，白光LED已开始进入一些应用领域，应急灯、手电筒、闪光灯等产品相继问世，但是由于价格十分昂贵，故而难以普及。白光LED普及的前提是价格下降，而价格下降必须在白色LED形成一定市场规模后才有可能，两者的融合最终有赖于技术进步。

（2）LED照明的主要缺点

l）LED灯维修困难，维修时间长；

2）LED驱动电路的工作效率还需进一步提高；

3）材料稀少，目前LED芯片的主要材料镓（Ga），这种金属原材料稀少，成本高；

4）LED的实际使用寿命不及宣称的那样高，LED的光衰与使用寿命的影响因素不仅仅是工作温度，还有LED封装材料的老化、荧光粉的劣化与自身寿命的限制，照明系统中驱动电路所采用元器中的寿命与故障、工作环境等因素都会影响LED的使用寿命；

5） LED工作时芯片结点产生的热量大，温度高，功率越大产生的热量越大。若散热问题解决不好，LED工作时芯片结点温升会很高，过高的结温不但会使LED工作寿命急剧衰减，还会影响LED的峰值波长、光效等参数。因此，有效降低LED工作时芯片结点温升成为了目前急待解决的问题；

6）LED的光色不太柔和，LED发出的光线中蓝色的成分多，红色成分少，不如白炽灯、荧光灯发出的光线柔和，有刺目、视觉不舒服等感觉；
    7）光学设计问题：LED是点光源、发光面很小，光输出过于集中，因此必须进行二次配光，才能达到实际使用的要求，光学系统的设计，也会直接影响LED的使用效果；
    8）光电转换效率低，L ED工作时70％-80％的电能转换成热，仅有20％-30％的电能转换为光；
    9）LED灯的生产成本高，售价昂贵，目前LED灯的售价是白炽灯、气体放电灯的十几倍或几十倍以上，这是目前LED灯的推广瓶颈。

4、交流LED ( AC LED）驱动的电路结构与工作原理
（1）交流LED ( AC LED）

交流LED ( AC LED）驱动的电路结构AC LED 驱动的重大技术突破是超细LED 晶粒在封装时采用特殊交错的矩阵排列组合技术，同时利用LED PN 结的二极管特性兼作整流，半导体制作过程在其中扮演着相当重要的角色。AC LED 通过半导体制作过程整合成一堆采用交错矩阵式排列工艺的微小晶粒，并加人桥式电路至芯片设计，使交流电流通过LED可以双向导通，实现LED的发光。AC LED晶粒的排列如图7所示，因此只需要二根导线引人交流电源即可使AC LED发光工作。

图7  ACLED晶粒排列示意图

（2）交流LED ( AC LED）的工作原理

        交流LED ( AC LED）的工作原理交流LED 的工作原理图如图8所示，将一堆LED 微小晶粒采用交错的矩阵式排列工艺均分为五串，五串交流LED晶粒组成类似一个整流桥的电路，整流桥的两端分别连接110V/220V 交流市电电源，交流LED的另两端连接一串LED 晶粒，交流市电的正半周沿1 号通路流动，3 串LED 晶粒发光，负半周沿2号通路流动，又有3 串LED晶粒发光，四个桥臂上的LED晶粒轮流发光，中间一串LED 晶粒同时发光。四个臂上的LED以每秒50/60次的频率轮替点亮。通过整流桥的直流电流是脉动直流电流，LED的发光是闪动的，由于LED 有断电余辉续光的特性，余辉时间可以保持几十哪，并且由于人眼的视觉停留作用，使人眼对LED的发光感觉是连续发光。

    目前世界上美国、韩国和中国的台湾有AC LED技术，台湾工研院开发出白光、蓝光及绿光AC LED的制成技术，不仅与国际同步，也是全球领先者之一。

图8 交流LED (AC LED）工作原理图

5、LED的应用

LED在以下领域的得到了广泛的应用。

（1）汽车照明（车内、车外）；

（2）商用照明；

（3）LCD背光照明；

（4）光传感器；

（5）便携式电子设备；

（6）居室照明；

（7）信号灯照明；

（8）标识照明等。

LED的典型应用如图9所示^（8）

用LED做的台灯如图10所示。

6、LED的驱动电路

        L ED由于环保、使用寿命长、发光效率高等优点，LED近年来在各行业应用得到了广泛应用，而LED的驱动电路又是很重要的一个环节。目前LED驱动方式主要有直流和交流驱动两种方式，而直流LED驱动目前应用最为广泛。

        LED具有类似于二极管的正向 V-I特性。在低于LED开启阈值电压（白光LED的开启电压阈值大约为 3.5V）时，通经该 LED的电流非常小。在高于该阈值电压时，电流会以正向电压形式成指数倍递增。这就允许将LED的模型定型为带有一个串联电阻的电压源。如果 LED中的DC电流发生改变，那么该模型的电阻也应随即改变，以反映新的工作电流。在大的正向电流下，LED中的功率耗散会使LED发热，并将改变LED的正向电压降和动态阻抗。在确定LED阻抗时并充分考虑LED的散热环境对LED的正常工作是非常重要的。

（1）LED的驱动方式

       目前LED均采用直流电驱动，因此在市电与LED之间需要加一个LED驱动电源适配器。LED驱动电源适配器的功能是把交流市电转换成适合LED驱动的直流电。现在常用的LED驱动电源有两种：一是恒电流驱动电路，二是恒电压驱动电路。下面分别加以介绍。

1）  恒电流驱动电路

        在恒电流驱动工作方式下，又有两种驱动工作方式，一个恒压源供多个恒电流源，每个恒电流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接由恒电流源供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种LED驱动电源形式，在一段时间内会并存。LED的多路恒电流输出供电方式，在成本和性能方面会好些，LED采用恒电流驱动具有以下特点。
   1利用恒电流驱动电路来驱动LED是很理想的，缺点就是价格较高；
   2恒电流驱动电路虽然不怕负载短路，但是严禁负载完全开路；
   3恒电流驱动电路的输出电流是恒定的，而输出直流电压却随着LED负载的大小不同在一定范围内变化；

  4要限制LED的使用数量，因为它有最大承受电流及电压值的问题。
2）恒电压驱动电路
1在确定恒电压电路各项参数后，恒电压电路输出固定的直流电压，输出的直流电流

随LED负载的变化而变化；
2恒电压电路虽然不怕负载开路，但是严禁负载完全短路；
3整流输出的电压变化会影响LED的发光亮度；
4要使每串并联以恒电压电路驱动LED串发光亮度均匀，需加合适的电阻。  

        如果假定70%的光输出限制作为LED的使用寿命，那么LED的使用寿命就会从74℃下的15,000小时延长到 63℃下的40,000小时。LED的功率损耗由 LED电阻乘以 RMS 电流的平方再加上平均电流乘以正向压降来确定。一条非常有用的经验法则就是LED的结温每降低10℃，LED的使用寿命就会提高两倍。

        LED直流驱动，因此在交流市电供电与LED之间需要加一个电源适配器，即LED驱动电源。LED驱动电源的功能就是把交流市电供电转换成合适LED的直流电。具体使用中应根据电网的供电规则和LED的驱动特性要求来设计LED驱动电路。

       理论上，LED的使用寿命在10万小时以上，但在实际应过程中，由于LED驱动电路的设计不当，极易使LED损坏。在设计LED驱动电路时，需要知道LED的工作电流/电压特性，由于LED的生产厂家及LED规格不同，电流/电压特性均有差异。按照LED的电流/电压变化规律，一般LED的正向工作电压为3.0～3.6V左右，典型值电压为3.3V，当加于LED两端的正向工作电压超过3.6V后，正向工作电压很小的增加，LED的正向工作电流都有可能会成倍增长，使LED的温升很快，从而加速LED的光输出衰减，使LED的使用寿命缩短，严重时甚至烧坏L ED。

       根据LED的电流/电压变化特点，采用恒电压驱动LED的驱动方案是可行的，虽然常用的稳压电路具有稳压精度不够和稳流能力较差的缺点，但在某些产品的应用上其优势仍然是其它驱动方式无法取代的。采用恒流驱动方式，是比较理想的LED驱动方式，它能避免由于LED正向工作电压的变化而引起LED工作电流的变化，同时恒定的工作电流可以使LED的发光亮度稳定。因此恒流LED驱动方式得到了广泛的应用。理想的LED驱动方式是采用恒压、恒流驱动方式，但这会使LED驱动电路的成本增加。其实每种驱动方式均有优、缺点，根据LED产品的要求、应用场合，合理选用LED的驱动方式，精确设计LED驱动电路已成为LED成功应用中一个很关键的环节。

7、对LED驱动电路的主要要求

        由于LED是V/I特性敏感的半导体器件，又具有负温度工作特性。因而在应用过程中需要对工作状态进行稳定和保护。LED对驱动电源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白炽灯泡，可以直接连接220V的交流市电。每只LED是由3伏左右的低电压驱动，必须要设计相应的变换电路，不同用途的LED灯，需要配备不同的LED电源适配器。LED驱动电路的质量是LED长寿高效的关键保障。对LED驱动电路主要有以下技术要求。

在选择和设计LED驱动电源时需考虑到以下几点。
1）LED驱动电源要符合安全规范和电磁兼容的有关要求；

2）驱动电源的工作寿命要与LED的使用寿命相适配；　

3）防护功能：对外安装型灯具，LED驱动电源结构要防水、防潮，灯具外壳要耐晒；　　4）高工作可靠性：特别像LED路灯的驱动电源，安装在高空，维修不方便，维修的

花费大；

5）LED驱动电源要符合有关安规和电磁兼容的技术要求。随着LED的应用日益广泛，更多更好使用性能的LED驱动电源将会面市。
6）保护功能： 电源除了常规的保护功能外，如在恒电流输出中增加LED温度负反馈，防止LED的工作温度过高，对延长LED的使用寿命有利，对户外安装使用型LED灯具，LED驱动电源结构需要具有防水、防潮的能力，并且LED驱动电源的外壳要耐晒；

7）浪涌保护：LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启/停和雷击的感应，从电网系统会侵入各种电浪涌，有些电浪涌会导致LED的损坏。因此LED驱动电源要有抑制电浪涌的侵入，确保LED正常工作而不致由于浪涌的输入而损坏；
8）高功率因数：功率因数是电网对负载的要求。一般对70W以下的用电器没有强制性指标要求。虽然功率不大的单个LED驱动电源功率因数低一些对电网的影响不大，但晚上大家都点灯，同类负载非常集中，会对电网产生较严重的污染。据报道，对30瓦～40瓦的LED驱动电源，不久的将来也许会对功率因数方面有一定的指标要求；
9）高工作效率： LED是节能产品，LED驱动电源的工作效率要高。对于LED驱动电源安装在灯具内的结构，尤为重要。因为LED的发光效率随着LED工作温度的升高而下降，所以LED的散热非常重要。LED驱动电源的工作效率高，它的功率损耗就小，在灯具内的发热量就小，也就相应降低了灯具的温升，这对延缓LED的光衰有利；
10）驱动方式：现在有两种常用的LED驱动方式：一是由恒电压源为多个恒流源供电，再由每个恒流源单独给每路LED供电。这种驱动方式，组合灵活，一路LED灯负载发生故障，不影响其它LED灯负载的工作，但驱动电路成本会高一些。另一种是直接由恒流源供电，LED串联或并联运行。它的优点是成本较第一种驱动方案低，但使用灵活性差，还要解决由于某个LED故障，不影响其它LED正常工作的问题。这两种LED驱动方式，在一段时间内会并存。多路恒流输出驱动方式，在成本和性能方面会较好，可能是以后LED驱动的主流方向。

8、驱动方式和驱动电路结构

LED驱动电源按电路结构可以大致分为以下几类。
1）常规变压器降压

这种电源的不足之处是重量偏重、体积较大，电源工作效率很低，一般在45%～60%，因为工作可靠性不高，所以一般很少使用；

2）电子变压器降压

这种电源结构不足之处是转换效率低，适应电压范围窄，一般180～240V，波纹干扰大；

3）电容器降压
这种方式的LED驱动电源容易受电网电压波动的影响，电源工作效率低，不宜LED在发光闪动时使用，因为LED驱动电路通过电容器降压，在LED发光闪动使用时，由于电容器的充放电作用，通过LED的瞬间电流很大，容易损坏LED驱动控制芯片；

4）电阻降压
这种供电方式电源工作效率很低，并且工作可靠也很低。因为电路通过电阻降压，受电网电压变化的干扰较大，LED的工作电流受电网电压变化的影响较大。并且，降压电阻本身还要消耗很大部分的功率；

5）RCC降压式开关电源

这种方式的LED驱动电源优点是稳压范围比较宽、电源工作效率比较高，一般可在70%～80%，应用较广。缺点主要是开关频率不易控制，负载电压波纹系数较大，异常情况负载适应性差；

6）PWM控制式开关电源

目前而言，PWM控制方式设计的LED驱动电源比较理想，因为这种开关电源的输出电压或电流都很稳定。电源转换工作效率高，一般都可以高达80%～90%，并且输出电压和输出电流都十分稳定。这种方式的LED驱动电源主要由四部分组成。它们分别是：主输入整流滤波部分、输出整流滤波部分、PWM稳压控制部分、开关变换部分。并且这种LED驱动电路可以填加完善的保护措施，工作可靠性高。

9、对LED驱动IC的需求

       按应用来划分，LED的驱动IC市场有三大类，分别是消费类电子产品、车用照明、及建筑装饰与家用照明等。消费类电子产品的应用特点是以电池为能源，电压一般为4.2～8.4V，因此低电压、小电流的LED驱动IC最符合需求，并且是应用量大，并且应用面广的产品。在车用照明产品方面，由于供电电源来自于汽车电池，一般为48V，所以需要较高电压降压的LED驱动 IC。至于建筑装饰照明和家庭照明，则需要将AC电源直接转换成DC电源的LED驱动IC，也就是将交流电转换为直流电源，并同时完成与LED电压及电流的匹配。因此，不同应用场合的LED驱动IC也将有所不同。

10、LED驱动电路拓扑的选择

实用中有多种LED驱动电源电路拓扑可供选择，表2给出了这些供选择的常用LED驱动电源电路拓扑的特点，表2给出的有关信息有助于LED驱动电源电路拓扑的选择。除这些拓扑之外，还可使用简易的限流电阻器或线性稳压器来驱动LED，但是这类驱动方法的工作效率很低。在设计LED驱动电源电路所需考虑的有关因素有输入供电电压变化范围、所驱动LED的数量、LED的工作电流、输入输出是否需要隔离、EMI抑制以及LED驱动电源电路的工作效率。

11、LED驱动电路存在的主要问题

（1）驱动电路整体使用寿命，尤其是关键器件例如电容器在高温下的使用寿命会直接影响到LED驱动电源电路的使用寿命；

（2）LED驱动电源电路的工作效率要高，尤其是在驱动大功率LED时更是如此，因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散，LED驱动电源电路的工作效率的过低，会影响LED节能效果的发挥；
（3）以大调光比高效率地实现LED调光，同时能够保证在高和低LED发光亮度时LED发光颜色特性的稳定；

LED照明和控制技术和常规照明和控制技术的主要不同与存在问题如下。

1）由于LED照明和控制产品不同于常规照明和控制产品，所以系统造价也不同；

2）LED照明和控制技术的学习曲线也是全新的，不同于常规照明和控制技术的学习曲线；

3）LED照明和控制技术缺乏有关现场数据，意味着使用风险增加；

4）对LED常规照明和控制技术的理解不是非常透彻，例如并未被用户所接受，主要问题如下。

1对LED常规照明和控制技术的维护费用不能很好的预测；

2LED输出变化太大，并常常不可预测；

3在预测的使用寿命期内实际工作性能变化非常大。

（4）降低LED驱动电源电路的成本，目前在功率较小（1～5W）的应用场合，恒电流LED驱动电源成本所占的比重已经接近三分之一，已经接近了光源的成本，一定程度上影响了LED照明的市场推广。不少大公司表示，由于LED驱动电源电路的问题吃了不少亏，也花费了许多时间和代价，LED驱动电源电路的问题成为LED工程亮化的一个软肋。许多公司还专门设立了LED驱动电源电路的研发团队，不仅造成了资金的巨大投入，同时也极大的延长了LED应用的产业周期，并且带来了种种因为LED驱动电源电路的工作不可靠而导致的有关后续问题；

LED驱动电源电路还存在以下应该解决的问题。
1）为LED提供最佳的恒流源驱动，保持LED处于最佳的工作状态。为实现LED的普及和应用提供了可靠的基础；

2）封装环节中的LED灯珠静电保护和开路保护问题。研发具有静电保护功能的LED器件，使LED能够防静电，同时避免因其中一颗LED的损坏（开路）而引起整个LED灯串不亮的情况；
3）LCD显示器的LED背光源电源方案。开发出高工作效率和小体积的LED驱动电源电路集成电路芯片，为LED作为LCD显示器的背光源快速取代CCFL背光源提供完美的施展空间；

4）工程应用中的LED驱动电源电路方案。由于天气的差异、各地供电电压的差异，LED的工作环境的不同，实际工程中的LED驱动电源电路设计和应用应满足的各种特殊指标要求和具体应用要求；
5）汽车可升电压和可降电压恒电流源驱动。LED进驻汽车应用领域的关键难点之一是汽车各个部位使用的电压均不一致，市场上通用的单升电压或者单降电压型的恒电流源必将被即可升电压又可以降电压的自我调节集成电路芯片所代替，是新型LED恒电流驱动源的用武之地；

6）工业特种LED应用的恒电流LED驱动电源电路。在某些高技术指标要求，例如船舶和军用领域的应用场合。

12、LED的调光

       LED的调光应用是一件经常遇到的事。例如，LED背光照明的LCD显示屏亮度调节和建筑物灯亮度调节的应用场合。实现LED调光控制的常用方法有两种：即调节通过LED的正向工作电流来实现LED发光亮度的调节和调节通过LED正向工作电流的脉冲占空比来实现LED发光亮度的调节。第一种LED调光控制方法就是采用模拟调光控制方法，在模拟调光控制下，通过调节LED的正向工作电流来实现LED的调光控制，调光控制范围可达10：1。

       由于LED的光输出并非完全与LED正向工作电流呈线性关系，因此调节通过LED的正向工作电流的调光控制方法工作效率很低。并且，LED的发光色谱通常会在电流低于额定值时发生改变。重要的是人眼对亮度的感知呈指数规律，因此LED调光就需要通过LED的正向工作电流需要出现更大的百分比变化范围。因为在满LED正向工作电流工作条件下，由于电路容差的原因，LED正向工作电流3%的调节误差可以在10%的负载下放大成30% 甚至更大的误差，这对LED调光控制电路的设计会产生重大的影响。

       第二种LED调光控制方法就是采用数字或叫PWM的调光控制法，通过脉宽调制 (PWM) 来调节LED正向工作电流的脉冲占空比的调光控制方法更为精确。PWM调光控制法以大于100Hz的开关工作频率，以脉宽调制的方法改变LED驱动电流的脉冲占空比来实现LED的调光控制，选用大于100Hz开关调光控制频率主要是为了避免人眼感觉到调光闪烁现象，在LED的PWM调光控制下，LED的发光亮度正比于PWM的脉冲占空比，在这种调光控制方法下可以在高调光比范围内保持LED的发光颜色不变，采用PWM的LED调光控制的调光比范围可达3000：1。

       当LED用于照明和显示照明时，需要100Hz以上的PWM调光控制频率才能使人眼不会察觉到LED的发光闪烁。10%的脉冲宽度处于毫秒范围内，并且要求LED驱动电源具有高于10 kHz以上的带宽。

13、OLED照明
        OLED ( Organic Light Emitting Diode）是一种有机半导体发光器件，于1 979 年被发现，1987年研制出光效1.5lm /W的平面发光器件，1997年日本pioneer公司将单色OLED用在汽车音响面板上，并逐渐开始走向产品化。OLED的发展已由单色到全色、从硬屏到软屏，屏面尺寸也由小到大。目前，OLED主要用于平面显示，已开始向照明领域扩展。^（1）

OLED的有关历史事件^（7） 如下。

1）～1970年电流注入下的有机发光材料问世；

2）1986年异质结小分子器件问世；

3）1987年改进发光效率的荧光点发射层问世；

4）1990年第一个高分子OLED器件问世；

5）1997年磷光OLED（PHOLED^TM）问世；

6）1997年第一个无源商用OLED产品问世；

7）2003年第一个有源OLED产品问世。

（1）OLED的特点

l）成本低；

2）视角广；

3）耗电量少；

4）发光反应速度快；

5）应用比较简单方便；

6）工作时产生的热量低；

7）抗震动、耐冲击性能好；

8）不含汞、环保、无汞污染；

9）制造工艺比较简单，易于大规模生产；

10）重量轻、厚度薄、为平面型、可以卷起来；

11）使用寿命长：目前已达5000-20000h，理论上可达20万小时；

12）发光效率高，目前OLED的发光效率已达60lm/W，预计可达200lm /W以上；OLED要进入照明领域，取代某种电光源，还需要进一步提高它的发光效率，延长使用寿命，降低使用成本。

（2）OLED发展的趋势
OLED是继LED之后又发现的一种更为优秀的固体电光源，不远的将来它将会有很好的照明应用，将会逐步瓜分LED和部分气体放电光源的应用市场，而成为照明领域的主要电光源之一。OLED的应用演进图如图11所示，透明OLED的UDC原型如图12所示，利用OLED可以改变我们的常用显示方式^（10），如图13所示。

14、小结

通过以上的讨论和分析可以看出（如图2所示的关于各种电光源发光效率的进展对比曲线），在目前我们所用的各类电光源中LED电光源发光效率的提升速度非常快，LED的推广应用和LED的封装、散热、LED灯具的具体制作等方面都有很大的关系，但是随着技术的进步，LED照明具有很好的应用前景。

参考文献：

1、李广安  东南大学电光源研究中心    电光源发展的趋势与我国几的策略  照明 2010年第1期    P11-15

2、Voices for SSL Efficiency 2009 Solide-State Lighting Market Introduction Workshop July 13-15,2009 Chicago, Illinois .

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4、Framework for Change in U.S.A-Looking Towards a more Cost Effective, Energy Efficient Future Energy Efficiency in  Domestic Appliances and Lighting Conference 2009 Berlin, Germany P Marc Lafrance Senior Manager Building Technologies Program Office of Energy Efficiency and Renewable Energy 16 June 2009.

5、John Betten 和 Robert Kollman，德州仪器（TI）www.ti.com.cn  LED 照明的电源拓扑结构

6、James R. Brodrick, Ph.D. U.S. Department of Energy DOE Solid-State Manufacturing Workshop Chicago, Illinois July 14, 2009

James R. Brodrick, Ph.D. U.S. Department of Energy DOE Solid-State Manufacturing Workshop Chicago, Illinois July 14, 2009

7、Mike Hack Universal Display corporation OLEDs: The History and Future Trends

8、James R. Brodrick, Ph.D. US Department of Energy Building Technologies Program August 3,2004  DOE Solid State Lighting Status and Future SPIE 49^th Annual Meeting Denver, Colorado

9、LED and Cost-Effectiveness , Frankly Speaking Bruce Kinzey GATEWAY Program Manager Pacific Northwest National Laboratory Voice for SSL Efficiency 2009 July 15,2009-Chicago,IL.

10、Lumileds The Potential is There with LEDs, Voices for SSL Efficiency 2009 - Chicago, IL, U.S. Department of Energy Efficiency and Renewable Energy.

11．James R. Brodrick, Ph.D. ENERGY STAR^?Solid-State Lighting Stakeholder Meeting

US Department of Energy Office of Energy Efficiency and Renewable Energy Buildings Technologies Program February 8, 2007

12．Marc Ledbetter ENERGY STAR SSL: Introduction and Approach Pacific Northwest National Laboratory ENERGY STAR SSL Stakeholders Meeting February 8, 2007

13．www.netl.doe.gov/ssl

14．Jon Gamble, Senior Analyst, Datapoint Research Ltd. The global lighting revolution-Market Forecasts for Lamps, Ballasts, & Semiconductors APEC SP1.4, 2009