高亮度 LED：智能照明配方的关键成分

作者：Majeed Ahmad，特约作家

高亮度 LED 或 HB-LED 是基于半导体的器件，具有比传统 LED 更高的亮度，并且它们可以承受更高的电流水平和功耗。这些 LED 在相对较低的电压下提供更好、更便宜的照明体验，并迅速填补了快速消失的高瓦数白炽灯泡造成的空白。

HB-LED 具有更高的显色指数 (CRI)，使颜色看起来真实自然，并且完全可调光，不会发出嗡嗡声或嗡嗡声。这反过来又要求更高的照明输出——也称为发光效率——以确保稳定的色彩质量。然后是光学控制，可确保这些专用 LED 设计中的像素之间没有串扰。

图 1：HB-LED 器件的操作细节也显示了亮度和输出电压水平。（图片：罗姆半导体）

到目前为止，HB-LED 主要用于户外照明环境，如数字标牌和交通信号灯。然而，随着 HB-LED 稳步提高亮度一致性并减少亮度变化，HB-LED 在工业、消费电子和汽车等各种应用中的应用越来越广泛。

一种新型的大功率 LED 有助于为室内、室外和便携式显示器提供卓越的色彩质量和光学控制。这些 HB-LED 现在用于移动设备、汽车日间灯和尾灯、路灯以及导航和娱乐显示器的背光。最后但同样重要的是，HB-LED 通过提供高流明定向照明解决方案正在成为智能家居设计的关键要素。

对能源效率和绿色电子产品的推动正在进一步推动 HB-LED 设计进入智能照明领域。根据Global Market Insights最近的一项研究，预计 HB-LED 的收入将从 2015 年的 46.3 亿美元增加到 2023 年的 224.6 亿美元。

HB-LED 的工作原理

HB-LED 是高效光源，具有更高的光强度，可照亮室内、室外、建筑和移动应用。这些高流明 LED 发出的光是典型 LED 照明系统的两倍多。

新的 HB-LED 还提供具有广泛等效功率的高定向 LED 灯。以 Cree 的XLamp XP-G2设备为例， 该设备可通过 2,000 mA 的最大电流提供高出 25% 的照明输出。

与原始 XP-G2 设备相比，这些 LED 每瓦流明增加 20%，每美元流明增加 2.5 倍。因此，它可以将整体系统成本降低多达 57%。更高的流明密度也为空间受限的照明设计开辟了新的表演场所。

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工作寿命的显着提高是 HB-LED 的另一个优点，它现在提供超过 50,000 小时的寿命。因此，长期可靠性和安全工作电压使 HB-LED 比传统照明解决方案更受欢迎也就不足为奇了。

但是 HB-LED 如何实现更长的使用寿命呢？以 Rohm Semiconductor 的MSL0402RGBU器件为例，该器件使用镀金基板来防止来自烟草烟雾和废气的空气中的硫成分引起的硫化。另一方面，传统的 LED 采用镀银框架和硅树脂，由于硫化导致一年内亮度下降 30%。

图 2：HB-LED 中的抗硫化机制可最大限度地减少亮度下降并最大限度地提高可靠性。（图片：罗姆半导体）

尽管如此，设计低成本、高性能和高能效的 HB-LED 仍然存在一些挑战。以下部分将简要介绍芯片制造商如何解决这些关键的设计问题。

HB-LED 中的重要事项

如上所述，亮度下降是 HB-LED 设计中的一个关键问题。在这里，Rohm 声称其 HB-LED 将亮度变化减少了 75%，而这种变化的减少反过来又促进了一致的亮度水平。这家日本供应商没有使用分档，这是减少亮度变化的常用方法，因为它要求额外分类和使用不同的电阻器。

相反，Rohm 的SML-D15 系列器件采用高度集成的制造技术来克服传统 LED 生产的限制。这些单列 HB-LED 尺寸为 1.6 × 0.8 mm，声称与传统产品相比，亮度提高了 3 倍。

随着照明应用转向更小、更复杂的外形尺寸，小型化是定义 HB-LED 设计的另一个主要趋势。例如，有针对消费类设备（如游戏和可穿戴设备的矩阵光源）进行优化的超紧凑型反射器型 LED。

图 3：新型 HB-LED 可以在更小的外形尺寸中封装更高的能量密度。（图片：罗姆半导体）

Rohm 的 MSL0402RGBU 反射器型三色 LED，尺寸为 1.8 × 1.6 mm，就是一个很好的例子。高密度 LED 支持使用强大的混色特性的高分辨率 LED 矩阵。此外，MSL0402RGBU LED 最多可减少 70% 的安装面积。

照明设计人员还应注意高温环境中的 HB-LED。预计这些大功率 LED 的使用寿命至少是传统 LED 的两倍。因此，为了应对击穿风险，HB-LED 应提高输出电流并降低热阻以应对环境温度影响。

Rohm 的 MSL0402RGBU 器件声称已解决的另一个重要问题是防止 ESD 效应，这会导致电流从相邻的 LED 流出并导致矩阵威廉希尔官方网站 发光。虽然 LED 传统上使用齐纳二极管进行 ESD 保护，但 Rohm 的 LED 解决方案集成了高 ESD 电阻元件，因此无需单独的齐纳保护二极管。

未来是光明的

HB-LED 与粗点阵设计（测量尺寸高达 3.5 × 2.8 mm）相比已经取得了长足的进步，但当它们转向更高分辨率时，它们的性能会下降。与传统 LED 相比，数十年来 LED 在小型化方面的开发努力也导致安装空间明显更小。

以 Vishay Semiconductors 的VLD.1232系列蓝色和真绿色超亮 LED 为例。LED 提供高亮度，典型发光强度为 16,000 mcd，采用紧凑、无色表面贴装封装，带有圆顶透镜。此外，他们使用蓝宝石芯片技术将发射角缩小至±9°，无需外接镜头。

图 4：高亮度和紧凑的封装使 Vishay 的超亮 LED 适用于从交通信号灯和标志到背光音频和视频设备的广泛应用。（图片：威世科技）

HB-LED 设计中的小型化趋势与克服光度下降挑战和提高 CRI 值以获得更好的色彩质量的动力齐头并进。这显示了 HB-LED 在改善视觉体验和发光效率方面的发展速度有多快。

在环境问题和绿色电子设计运动中，时间显然站在这些大功率 LED 一边。一个接一个的政府正在制定能源法规，要求采用节能 LED 照明解决方案。

在这里，在这个照明技术的十字路口，HB-LED 看起来比以往任何时候都更加丰富多彩和明亮，有望改变从智能建筑到智能城市再到智能汽车的行业计划的照明体验。

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