作者：Majeed Ahmad，特約作家

高亮度 LED 或 HB-LED 是基于半導(dǎo)體的器件，具有比傳統(tǒng) LED 更高的亮度，并且它們可以承受更高的電流水平和功耗。這些 LED 在相對(duì)較低的電壓下提供更好、更便宜的照明體驗(yàn)，并迅速填補(bǔ)了快速消失的高瓦數(shù)白熾燈泡造成的空白。

HB-LED 具有更高的顯色指數(shù) (CRI)，使顏色看起來(lái)真實(shí)自然，并且完全可調(diào)光，不會(huì)發(fā)出嗡嗡聲或嗡嗡聲。這反過(guò)來(lái)又要求更高的照明輸出——也稱(chēng)為發(fā)光效率——以確保穩(wěn)定的色彩質(zhì)量。然后是光學(xué)控制，可確保這些專(zhuān)用 LED 設(shè)計(jì)中的像素之間沒(méi)有串?dāng)_。

圖 1：HB-LED 器件的操作細(xì)節(jié)也顯示了亮度和輸出電壓水平。（圖片：羅姆半導(dǎo)體）

到目前為止，HB-LED 主要用于戶(hù)外照明環(huán)境，如數(shù)字標(biāo)牌和交通信號(hào)燈。然而，隨著 HB-LED 穩(wěn)步提高亮度一致性并減少亮度變化，HB-LED 在工業(yè)、消費(fèi)電子和汽車(chē)等各種應(yīng)用中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

一種新型的大功率 LED 有助于為室內(nèi)、室外和便攜式顯示器提供卓越的色彩質(zhì)量和光學(xué)控制。這些 HB-LED 現(xiàn)在用于移動(dòng)設(shè)備、汽車(chē)日間燈和尾燈、路燈以及導(dǎo)航和娛樂(lè)顯示器的背光。最后但同樣重要的是，HB-LED 通過(guò)提供高流明定向照明解決方案正在成為智能家居設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素。

對(duì)能源效率和綠色電子產(chǎn)品的推動(dòng)正在進(jìn)一步推動(dòng) HB-LED 設(shè)計(jì)進(jìn)入智能照明領(lǐng)域。根據(jù)Global Market Insights最近的一項(xiàng)研究，預(yù)計(jì) HB-LED 的收入將從 2015 年的 46.3 億美元增加到 2023 年的 224.6 億美元。

HB-LED 的工作原理

HB-LED 是高效光源，具有更高的光強(qiáng)度，可照亮室內(nèi)、室外、建筑和移動(dòng)應(yīng)用。這些高流明 LED 發(fā)出的光是典型 LED 照明系統(tǒng)的兩倍多。

新的 HB-LED 還提供具有廣泛等效功率的高定向 LED 燈。以 Cree 的XLamp XP-G2設(shè)備為例， 該設(shè)備可通過(guò) 2,000 mA 的最大電流提供高出 25% 的照明輸出。

與原始 XP-G2 設(shè)備相比，這些 LED 每瓦流明增加 20%，每美元流明增加 2.5 倍。因此，它可以將整體系統(tǒng)成本降低多達(dá) 57%。更高的流明密度也為空間受限的照明設(shè)計(jì)開(kāi)辟了新的表演場(chǎng)所。

審核編輯 黃昊宇

工作壽命的顯著提高是 HB-LED 的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它現(xiàn)在提供超過(guò) 50,000 小時(shí)的壽命。因此，長(zhǎng)期可靠性和安全工作電壓使 HB-LED 比傳統(tǒng)照明解決方案更受歡迎也就不足為奇了。

但是 HB-LED 如何實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的使用壽命呢？以 Rohm Semiconductor 的MSL0402RGBU器件為例，該器件使用鍍金基板來(lái)防止來(lái)自煙草煙霧和廢氣的空氣中的硫成分引起的硫化。另一方面，傳統(tǒng)的 LED 采用鍍銀框架和硅樹(shù)脂，由于硫化導(dǎo)致一年內(nèi)亮度下降 30%。

圖 2：HB-LED 中的抗硫化機(jī)制可最大限度地減少亮度下降并最大限度地提高可靠性。（圖片：羅姆半導(dǎo)體）

盡管如此，設(shè)計(jì)低成本、高性能和高能效的 HB-LED 仍然存在一些挑戰(zhàn)。以下部分將簡(jiǎn)要介紹芯片制造商如何解決這些關(guān)鍵的設(shè)計(jì)問(wèn)題。

HB-LED 中的重要事項(xiàng)

如上所述，亮度下降是 HB-LED 設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。在這里，Rohm 聲稱(chēng)其 HB-LED 將亮度變化減少了 75%，而這種變化的減少反過(guò)來(lái)又促進(jìn)了一致的亮度水平。這家日本供應(yīng)商沒(méi)有使用分檔，這是減少亮度變化的常用方法，因?yàn)樗箢~外分類(lèi)和使用不同的電阻器。

相反，Rohm 的SML-D15 系列器件采用高度集成的制造技術(shù)來(lái)克服傳統(tǒng) LED 生產(chǎn)的限制。這些單列 HB-LED 尺寸為 1.6 × 0.8 mm，聲稱(chēng)與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，亮度提高了 3 倍。

隨著照明應(yīng)用轉(zhuǎn)向更小、更復(fù)雜的外形尺寸，小型化是定義 HB-LED 設(shè)計(jì)的另一個(gè)主要趨勢(shì)。例如，有針對(duì)消費(fèi)類(lèi)設(shè)備（如游戲和可穿戴設(shè)備的矩陣光源）進(jìn)行優(yōu)化的超緊湊型反射器型 LED。

圖 3：新型 HB-LED 可以在更小的外形尺寸中封裝更高的能量密度。（圖片：羅姆半導(dǎo)體）

Rohm 的 MSL0402RGBU 反射器型三色 LED，尺寸為 1.8 × 1.6 mm，就是一個(gè)很好的例子。高密度 LED 支持使用強(qiáng)大的混色特性的高分辨率 LED 矩陣。此外，MSL0402RGBU LED 最多可減少 70% 的安裝面積。

照明設(shè)計(jì)人員還應(yīng)注意高溫環(huán)境中的 HB-LED。預(yù)計(jì)這些大功率 LED 的使用壽命至少是傳統(tǒng) LED 的兩倍。因此，為了應(yīng)對(duì)擊穿風(fēng)險(xiǎn)，HB-LED 應(yīng)提高輸出電流并降低熱阻以應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度影響。

Rohm 的 MSL0402RGBU 器件聲稱(chēng)已解決的另一個(gè)重要問(wèn)題是防止 ESD 效應(yīng)，這會(huì)導(dǎo)致電流從相鄰的 LED 流出并導(dǎo)致矩陣電路發(fā)光。雖然 LED 傳統(tǒng)上使用齊納二極管進(jìn)行 ESD 保護(hù)，但 Rohm 的 LED 解決方案集成了高 ESD 電阻元件，因此無(wú)需單獨(dú)的齊納保護(hù)二極管。

未來(lái)是光明的

HB-LED 與粗點(diǎn)陣設(shè)計(jì)（測(cè)量尺寸高達(dá) 3.5 × 2.8 mm）相比已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但當(dāng)它們轉(zhuǎn)向更高分辨率時(shí)，它們的性能會(huì)下降。與傳統(tǒng) LED 相比，數(shù)十年來(lái) LED 在小型化方面的開(kāi)發(fā)努力也導(dǎo)致安裝空間明顯更小。

以 Vishay Semiconductors 的VLD.1232系列藍(lán)色和真綠色超亮 LED 為例。LED 提供高亮度，典型發(fā)光強(qiáng)度為 16,000 mcd，采用緊湊、無(wú)色表面貼裝封裝，帶有圓頂透鏡。此外，他們使用藍(lán)寶石芯片技術(shù)將發(fā)射角縮小至±9°，無(wú)需外接鏡頭。

圖 4：高亮度和緊湊的封裝使 Vishay 的超亮 LED 適用于從交通信號(hào)燈和標(biāo)志到背光音頻和視頻設(shè)備的廣泛應(yīng)用。（圖片：威世科技）

HB-LED 設(shè)計(jì)中的小型化趨勢(shì)與克服光度下降挑戰(zhàn)和提高 CRI 值以獲得更好的色彩質(zhì)量的動(dòng)力齊頭并進(jìn)。這顯示了 HB-LED 在改善視覺(jué)體驗(yàn)和發(fā)光效率方面的發(fā)展速度有多快。

在環(huán)境問(wèn)題和綠色電子設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)中，時(shí)間顯然站在這些大功率 LED 一邊。一個(gè)接一個(gè)的政府正在制定能源法規(guī)，要求采用節(jié)能 LED 照明解決方案。

在這里，在這個(gè)照明技術(shù)的十字路口，HB-LED 看起來(lái)比以往任何時(shí)候都更加豐富多彩和明亮，有望改變從智能建筑到智能城市再到智能汽車(chē)的行業(yè)計(jì)劃的照明體驗(yàn)。

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