标签: 红外LED

创新薄膜半导体芯片技术持续迭代，引领红外LED亮度与效率双提升！ 在科技的浪潮中，一个看似“不起眼”的技术正悄然改变着我们的生活。 红外LED，如同隐形的网络，悄无声息地渗透到我们生活的每一个角落。它们不仅是高科技产品的标志，更是日常用品智能化升级的关键元素。从智能家居到自动驾驶汽车，从医疗诊断到工业自动化，红外LED以其独特的光谱和稳定的性能，为我们开启了一个又一个便捷、安全、高效的新世界。 1、大有用武之地 “当我们翻开国家有关智能制造标准化建设的指南白皮书，可以看到这些词汇非常高频的出现，比如可持续发展、安全可靠、人机协作、数字化、互联互通等等，而这些智能产业，从软件到硬件，从算法到系统，其实都离不开一些半导体元器件的加持”艾迈斯欧司朗市场经理Monica说道。 无处不在的红外补光，同样离不开半导体元器件的加持。 比如大功率红外LED，它在智慧工厂里大有用武之地。像工业质检中，在检测传送带上的一些产品是否有瑕疵，是否能够过关等等，特别是对一些特殊的矿石，它们对红外光的反射率更高，也更为敏感，这个时候850nm和940nm的红外光就发挥了显著作用。 来到离我们生活更近的智能家居中，带有人脸识别功能的智能门锁，需要红外补光才能精准识别；很多家庭中配备的安防摄像头同样必须搭载红外LED，才能在任何状况下对例如宝宝、老人的安全状态，以及家中的情况实现精准捕捉。 将距离半径再往外扩展，在各大会场中乃至整个智慧城市中无处不在的安防摄像头，里面都搭载了成千上万颗红外LED。 2、IR:6，翻开红外技术创新的新篇章 耕耘红外LED已经有十多年历史的艾迈斯欧司朗，不仅产品系列可以覆盖多维应用，而且仍在不断迭代红外基础技术，例如最新发布的IR:6技术。 基于创新薄膜半导体芯片技术的持续迭代，IR:6芯片的推出，再次为红外技术领域带来革命性进步。 先说数据。 相较于艾迈斯欧司朗公司现有IR LED发射器芯片，基于IR:6芯片的红外LED能将显示亮度提升35%，工作效率提高42%。 这一飞跃源于IR:6芯片技术中的几大提升： 其一，创新型内部反射器有效减少了晶片的光学损耗，同时增强了辐射强度； 其二，通过改进芯片表面的粗糙度，这也是薄膜技术的一大特色，优化了光解耦效率，进而实现了更集中的光输出分布； *图. LED内部结构横截面图，展示内部光线发射情况 其三，在于新型n触点（金线焊接位置）的设计，通过将金线焊接位置移至芯片表面中央，显著改善了电流在器件内的分布，并降低了正向电压需求。 *图. 金线焊接位置的改变（原有位置在边角处，新的位置更居中） 也正是基于上述革新，IR:6芯片技术才得以进一步赋能生物识别和安全解决方案，为其注入强大动力，带来质的飞跃。 比如在安防摄像头、个人电脑及智能门铃中的生物识别认证系统等产品中，将在助力制造商提升照明效果与图像质量的基础上，有效降低能耗以及延长电池续航时间； 而在用于治疗组织损伤的光疗医疗设备领域，IR:6芯片凭借其卓越的光功率输出，使设备制造商能够在保持治疗效果的前提下，减少LED使用数量，从而减少设备尺寸并降低物料成本。 “像在机器视觉应用中，本来需要用到6~8颗的红外LED，同等条件下使用基于IR:6芯片技术的LED新品，则只需4~6颗就可以了。” 或者在家用的智能门锁上，换上新品LED，它的待机时间就会更长，充电次数也会减少，如此一来，用户体验也更佳。 未来，IR:6将成为艾迈斯欧司朗目前推出的各款新型红外LED系列产品的核心发光元件。 预计在2024至2025年期间，艾迈斯欧司朗将逐步采用IR:6芯片，以替换现有的OSLON® Black、OSLON® P1616以及SYNIOS® P2720 等系列LED中的芯片。 3、One More Thing 据艾迈斯欧司朗介绍， OSLON® P1616与OSLON® Black系列是首批采用IR:6技术的产品 ，它们也将为客户提供直接替换方案，显著提升终端产品的亮度与效率。 其中，OSLON® P1616高功率LED系列采用1.6mm x 1.6mm紧凑型封装；OSLON® Black系列提供多种视角选项，其中包括专为IR摄像头设计的新型矩形照明视场。 那么在具体应用场景中考虑红外LED选品时，要统筹哪些维度呢？ Monica认为主要是三方面：功率、角度和波长。 如果是在高速公路上去识别车牌，首先应用距离较远，通常为100米、200米甚至是300米。此时，需要红外LED功率足够大、角度足够窄、才能够把能量聚焦到飞速而过的小小车牌上； 那在另一种应用场景下，在家门口的带有人脸识别的智能门锁中，因为使用距离通常在1米左右，但角度要大一点才能保证图像的均匀度，此时就对功率和角度呈现出不同需求。 而波长就是另一个非常重要的维度了，业界常用的选择主要是850nm和940nm，二者各有优势。 850nm的优势在于摄像头的感光灵敏度更高，但也更容易产生红暴现象，在人眼长时间注视时会略感不适； 而940nm则反过来，红暴现象更弱，更舒适，但摄像头对940nm的感光灵敏度也相对较弱。 因此，在考虑波长选择时，业界一直有一个较为简单的“法则”——应用距离较远时选850nm，应用距离较近时考虑人眼舒适度就选940nm。 有没有更为兼顾的方案？ 920nm波段成为了很多客户的新选择。 “我们也是市场上为数不多会推出3种红外波长的供应商”Monica补充道。 在平衡感光灵敏度和红暴现象的同时，920nm的红外LED还能从源头去补偿温漂现象带来的感光下降问题。这是由于在一些散热非常严苛的设计下，LED会存在温漂现象，也就是当LED内部结温升高时，波长会向长波长方向漂移，而920nm红外LED就可以天然补偿此类问题。 据悉，此次全新的IR:6技术增添了以920nm为主导波长的产品，比如OSLON® P1616。得益于光电二极管对较短波长更高的灵敏度，920nm新选项相较于940nm选项能提供更高的信噪比（SNR），并且其可见红光效应较850nm更为微弱。 众所周知，红外LED主要用作补光产品，那么对它的技术迭代就聚焦在2件事：第一，提升它的光输出功率；第二，提升它的电光转换效率。 这看似简单的两句话，都凝结在IR:6芯片技术上，而这也是艾迈斯欧司朗众多工程师合力追求数年才达到的成果。“同时，艾迈斯欧司朗还是市面上为数不多从晶圆设计、生产到LED封装、测试、出厂，全部自主完成，由此整个供应链的管控也会更加严格，不仅品质更好，性价比也更高！” 当然，除了高功率、高效率以及供应链的全程管控之外，艾迈斯欧司朗的红外LED产品还有一个很大优势便是 高可靠性。 究其原因，Monica这样说明，艾迈斯欧司朗的红外产品除了服务于工业的大量应用，还会供应于汽车舱内的驾驶员状态监控以及乘客状态监控（DMS/OMS）模块。 大家都知道车规产品均是要经过严格检测的，而艾迈斯欧司朗的工业级产品和车规级产品是共用芯片、共用封装材料、共用产能的， 携带 基因也就自然而然了。

舱内感知是基于摄像头为基础的识别系统，通过图像识别算法，来实现舱内的传感。主要的应用场景包括驾驶员状态监控系统、手势识别系统、舱内监控系统。 在驾驶员状态监控系统中，除了人员的身份识别以外，还可以对驾驶员的状态的监控，如眼球追踪的功能，可防止驾驶员的疲劳驾驶及不良的驾驶行为。而人体的姿式和动作的识别，能实现如安全气囊打开力度控制，人员在位状况以及控制面板的手势控制。ams OSRAM 提供红外 LED 和 VCSEL 作为光源的照明系统，有效地提高了系统的识别率。 ams OSRAM 凭借完全自主开发的产品，自主的外延、透镜、模组开发，具有优异的性价比，处于独特的市场领先地位。具有汽车级认证的系列产品，其中 TARA2000 更是市场上第一款 AECQ-102 认证的 VCSEL 模组产品。 VCSEL 与 LED 性能比对 VCSEL 是由众多均匀分布表面腔体垂直发光体组成，具有良好的平面受光面的辐射均匀度，适合大范围的感知场景，没有边缘辐射照度过低的现象。LED 是朗伯体的辐射强度分布，更适合于突出中间效果的应用，边缘的辐射照度较低。 针对 LED 的这个特性，ams OSRAM 集成了带特殊透镜的红外 LED 产品，使平面辐射照度可达与 VCSEL 相一致的均匀效果，这就是我们的矩形 OSLON BLACK 产品。 相比红外 LED，VCSEL 具有非常狭窄的光谱宽度，由于自然界的光源中，存在较多的近红外干扰，因此使用 VCSEL，在摄像头端接收端使用更窄波长的光滤波器，阻挡干扰的红外光源噪声，有效提高接收端的信噪比……

不可见光在我们的日常生活中扮演着越来越重要的角色。 如果说红外光源遍布大家的生活，相信很多人会觉得诧异。因为不被肉眼可见，红外光源的应用在生活中并不会带来强烈感知。 “但实际上它已经无处不在了”，艾迈斯欧司朗资深系统工程师严菲说道。 举个例子，搭载红外LED的电视机遥控器，已经存在了几十年。 1、红外LED的“客户”多吗？ 很多。 比如有儿童和老人的家庭中常配备的家用摄像头，设想一下它在晚上没有可见光的情况下该如何工作呢？事实上，当家用摄像头感知到自己工作在一个非常暗的环境光条件下时，它会想方设法改善自己的“工作环境”——打开红外LED，同时其CMOS图像传感器也会从RGB模式切换到红外模式； 比如说新能源车中常看到的DMS驾驶员状态监测系统，就是利用红外LED（有时也用红外VCSEL）去实时监测驾驶员的状态信息并在不合规情况下给出提示； 比如安防监控系统，在平安城市、智慧城市等政府项目的大力推动下，应用不断变广变深，在小区、在高速公路、在大型公共场所，安防监控设备随处可见，而随着其中夜视监控需求的逐渐增多，更高光功率、更高效的红外LED正大显身手。 更别提，大疆无人机上辅助测距或者悬停功能的红外LED，智能家居可实现人脸识别的门锁上用于补光的红外LED；工业领域机器视觉中可以协助探测不同材质或者不同物体的红外LED；放松肌肉的医疗用红外LED；打通元宇宙世界的AR/VR设备中实现眼动追踪的红外LED…… 2、对红外LED，Say Hi！ 和可见光LED不同，我们在分析红外LED时并不需要讲颜色、色温、光谱等等。 “只需关注2个指标，直白来说，第一，就是我们的红外LED能够出多少光，也就是它的 辐射通量 ”严菲解释道，“第二，就是红外LED的 光束角 。” 设想一下红外LED的使用场景，绝大部分需要搭配红外摄像头来使用。根据摄像头使用的不同场景，比如近距离的1米以内的探测距离，到甚至几百米、上千米的特殊场景用的安防监控……不同的场景对红外LED的要求都会不一样。 这就需要更高性能的产品以及更加丰富的产品组合作为支撑。 3、红外LED领域的先锋者！ 艾迈斯欧司朗在红外LED一直处于先锋角色。 “我们在这一块投入很多年，这也保证我们的产品性能和布局一直领先于市场。” 比如双层PN结的叠层产品开发。 通常而言，PN结只有一层，比如艾迈斯欧司朗的SFH 4715A，但是如果在单层PN结上再加一层PN结，就能将整个产品的辐射通量提高1.8倍。 因此，对于部分客户需要更少LED数量的应用，叠层红外LED产品就成为很好的选择。 比如，920nm红外LED产品的推出。就红外LED来说，目前的主流波长为850nm和940nm。随着波长越大，不论是人眼还是CMOS传感器，它的感光度其实都在下降。因此850nm的感光度一定是高于940nm的，这也使得绝大部分的安防监控类应用都会选择850nm的红外LED，从而以更少的能量达到较高的补光效果，确保CMOS传感器输出的画面质量。 但在高感光度的同时，红暴现象也是850nm产品不可回避的问题，毕竟对于人眼来说850nm的红外LED产品感光度同样更高。“因此，也会有客户提出既不想要850nm带来的那么强的红暴现象，又想进一步提高CMOS传感器的灵敏度。” 产业界总是有很多“既要又要还要”的需求待满足，而能满足这类需求也是实力的象征。 “我们也会给客户带来一个不同的波长选择——就是920nm的红外LED产品。” 当然，除了单品性能和布局的保障，海量产品的质量可靠性问题也尤为关键。 据悉，艾迈斯欧司朗的红外LED产品在市场布局多年，整体的出货量相当大，就国内部分领域的一些龙头客户，每年都会大量采购其红外LED产品，但截至目前还未曾接到任何有关质量问题的投诉。 4、一些典型，中国市场客户案例分析 “我们也选取了一些代表性的中国市场成功案例来分享。” 近年来，出于对公共出行安全的考虑，中国已经率先对“两客一危”等商用车车型安装 DMS即驾驶员状态监测系统 作出了强制要求，来实时监测驾驶员的状态。 尽管现场分享的这个案例是针对汽车的后装市场的，对相应的红外LED产品没有车规级认证的强制需求，因此后装市场普遍流行的是其工业等级的产品（该类产品已经足以满足后装市场客户在性能和质量可靠性的需求了）。 但据严菲介绍，艾迈斯欧司朗也布局了DMS应用中相应前装市场的车规级红外LED产品，而且该产品在整个应用市场中的占有率非常高。 将红外LED应用工作场景，最常见的就是 智能门禁应用 。应用其中的SFH 4715A是一款高光效产品。 “在智能门禁这类应用中，因为它会对电池的要求非常高，所以只有高光效的红外LED器件，才能保证足够长的电池使用时间。同时，由于高光效，LED所转换的热量也会更低，对系统的热控制来说，也会更具优势。” 利用红外LED补光去增强 口腔扫描仪 的效果，可能是很多人都不曾想到的妙用。 将红外LED应用于口扫产品，首先的要求就是体积非常小，因为要将产品塞入人们的口腔中；其次仍需要高功率，从而带来高可靠的辅助照明。艾迈斯欧司朗OSLON® P1616系列的小型高功率红外LED SFH 4170S尺寸仅为1.6×1.6mm，更容易集成，从而进一步满足客户空间受限的应用需求。 根据客户反馈，利用近红外线影像技术实现无辐射邻面龋齿检测，结合其自研的口腔健康检查报告、正畸模拟、智能对比等系列软件功能，会有更清晰的细节报告生成（从下图中的口腔图片示例中也可看出），如此一来，也将辅助医生及口腔门诊围绕患者创造专业体贴的全周期口腔健康管理服务。 此外，还有 机器视觉 ，基于高光效、高光功率的产品特性，可以搭配去检测不同的产品、不同的材质。 另外，在缓解肌肉酸痛时，红外LED同样可以用作 治疗用途 ，而客户在选择产品时也更为看重其可靠性。 5、多样产品组合形成强支撑 海量客户的选择，主要还是源于产品硬实力。 高功率红外LED产品，同时具备较高的光电转换效率。 “光电转换效率最高的产品甚至能达到60%。”也就是说1W的电功耗可以转换成0.6W的光功率，其余40%才是热，如此高的转换效率也确保客户使用时只需较低的驱动电流，同时整个系统的散热效果也会更好。 此外，就是较低的热阻值。 其次， 多样产品种类组合 ，从不同封装尺寸、到不同光功率、波长、光束角，整个红外LED的种类都是非常全面的。 按照不同的光功率划分 按照不同的光束角划分 甚至，除了众多消费、工业类领域的产品， 艾迈斯欧司朗还具备车规级AEC-Q101的红外LED方案。 若以市场定位来划分，在以性能驱动的高光功率产品系列中包含了OSLON® Black，SYNIOS® P2720，OSLON® P1616三大封装产品。 OSLON® Black系列 ，是目前市场上销售量最大的系列，也是客户使用率最高的封装类型。“我们可以说是这个封装形式的首创者。” 2.7*2mm的封装尺寸， SYNIOS® P2720系列 相比OSLON® Black系列在封装尺寸上紧凑了不少。在同样保持高光功率、高光效的前提下，进一步缩小器件的尺寸，使得SYNIOS® P2720系列在终端应用产品有尺寸限制要求时更为适宜。 OSLON® P1616 ，可以说是目前市面上封装尺寸最小的大功率红外LED系列，仅为1.6*1.6mm，也是因为出色的高光效+小尺寸，这个系列在移动端尤为畅销。 不止于此。 据严菲介绍，“我们仍在不停创新，研发更高光效、更高辐射通量、更低VF值（正向电压）的 新一代FENIX芯片产品——SFH 4713B/SFH 4714B 。” 相比前代产品SFH 4713A，SFH 4713B在辐射强度上提高了20%，辐射通量提高了23%，VF值在1A时降低了0.12V，以此带来更高的光电转换效率，提升了33%（如上图中深蓝色/浅蓝色柱状图对比示意）。 据悉，目前这款芯片的研发工作已完成，只需将芯片封装到不同的Package尺寸中，然后做相应的可靠性测试即可推向市场。

高电流密度、极低热阻、半高设计，使照明设备制造商可在减小系统尺寸的同时提高亮度； 扁平LED封装便于集成，可在最靠近发光面（LES）的位置安装光学器件； 除了现有的白光版本，OSTAR® Projection Compact系列现已推出新型红光、纯绿光和蓝光LED，在机器视觉和舞台照明、投影和建筑照明等多种应用中可提供灵活的光学设计选择。 全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗（瑞士证券交易所股票代码：AMS）近日宣布，推出OSTAR® Projection Compact系列半高、超高亮度LED的红光、纯绿光和蓝光版本，机器视觉系统或舞台照明设备制造商因此可创造出功能更强大、外形更纤薄的产品。艾迈斯欧司朗此前已推出采用该封装规格的白光版本，当时称为OSLON Boost。 新型LED拥有高电流密度和极高亮度，非常适用于高功率照明产品。这些LED采用艾迈斯欧司朗新型2mm2芯片，可产生高亮度的光输出。其中，520nm波长的纯绿光版本是同类型产品中最亮的（6A时达到1000lm）。 OSTAR® Projection Compact LED散热性能优异、封装小巧扁平，在高功率灯具设计中可以紧密安装。热阻仅为1.4K/W，而4040封装的尺寸为4.0mm×4.0mm×0.75mm。LED的半高设计使得照明设备和视觉系统制造商可减小产品尺寸，同时不影响亮度和性能。 与采用圆顶的一次透镜设计的竞品相比，拥有扁平封装的OSTAR® Projection Compact LED更易于与光学器件结合，可非常灵活地优化产品的光学性能，满足个性化应用的要求。所有OSTAR® Projection Compact LED尺寸相同，单板设计可在不同产品中轻松调换颜色。 艾迈斯欧司朗的市场经理Winfried Schwedler 表示： OSTAR® Projection Compact LED拥有出色的载流能力、低热阻、半高设计，机器视觉产品和舞台照明设备因此能够在任何色彩下产生强大的输出，给人们留下深刻印象。这些LED在投影和建筑照明设备（如洗墙灯）中也具有较高的实用性。 OSTAR Projection Compact系列的主要特点包括：

与上一代产品相比，新型SFH 7018红／绿／红外LED可将总辐射强度提高40%以上。产品推出了两个版本，其中一个版本的绿色发射器的辐射强度更是提高一倍以上。内部研究显示，SFH 7018是市场上性能最佳的产品之一； 更高亮度的LED与双腔体设计相结合，可提高心率和血氧饱和度测量的准确度； 紧凑的尺寸和最佳的LED间距可提高系统性能，更便于集成到最终产品设计中。 全球领先的光学解决方案供应商艾迈斯欧司朗（瑞士证券交易所股票代码：AMS）近日宣布，发布一款新型多色LED封装产品SFH 7018，辐射强度比上一代产品高出40%以上，可在智能手表、腕带和其他可穿戴设备中提高PPG（光电容积描记）测量的准确度。 SFH 7018采用高反射率的QFN（方形扁平无引脚）封装，显著提高了光输出。此外，改进的双腔体设计将绿色LED与红色LED和红外（IR）LED分开放置：间距和光学隔离确保相对于光电二极管，光源放置达到最佳效果，并减少绿光（用于心率测量）与红光和红外光源（用于血氧饱和度或SpO2测量）之间的干扰。由于较短波长的交叉激发，绿色芯片不会导致红色和红外芯片发生荧光。 表面贴装QFN封装的优化尺寸仅为0.6mm高，便于将该模块集成到任何类型的可穿戴设备中。尽管尺寸紧凑，但SFH 7018提供了双驱动功能，可优化正向电压余度并降低总体功耗。 艾迈斯欧司朗的高级系统架构师Sergey Kudaev博士 表示： 凭借新型SFH 7018，可穿戴设备制造商可以显著提高心率和血氧测量所依赖的光学信号的质量，使此类测量在所有运行条件下更加准确和可靠。在生命体征测量方面，SFH 7018有助于提高心率、血氧水平甚至更高级参数（如血压）测定的准确度和绝对性。 提高辐射强度，增加信噪比 SFH 7018的辐射强度显著提高：与现有产品SFH 7016相比，产品SFH 7018的红色和红外LED亮度提高了40%以上，SFH 7018A版本中的绿色LED亮度提高了80%，而SFH 7018B版本中的绿色LED亮度则提高了一倍以上。在红色、绿色和红外波段中，SFH 7018的亮度远远超过了目前性能最好的竞品。 由于散射和吸收现象（取决于各种因素），组织中的光信号较微弱，在此基础上，检测光信号微小调制是所有生命体征监测设备面临的一大挑战，因此，LED发出的光量会对系统性能产生极大影响。当更多光经血流调制后到达光电二极管时，信号质量得以提高，从而提高测量准确度和可重复性。SFH 7018通过向体内发射更多光线，实现了这一卓越性能。 SFH 7018有两个版本：SFH 7018A针对高电流下的低正向电压进行了优化，无需配备昂贵的升压器即可运行。SFH 7018B针对最大辐射强度进行了优化。