LED智慧照明熱門 SiP整合方案成關鍵

Philips hue支援智能遠端遙控，讓使用者可以任意調整照明色溫與亮度，目前已是各大LED產品業者積極投入的新應用市場。Philips

隨著基本型LED照明燈具，在LED晶粒、驅動IC、燈體散熱等技術發展日趨成熟，由於投入者眾，也讓LED照明市場趨於削價搶市佔的窘境，為了凸顯產品價值與特色，LED燈具也者也逐步將研發方向擺在智慧照明相關應用，期待透過高附加價值與更彈性的照明條件，創造更高額的產品利潤…

在市面充斥大量強調節能、省錢、高亮度的LED球泡燈、板燈等產品後，除了節能優勢外LED照明還能發揮原有專注替代傳統燈具的新穎市場，開發更多額外效益的智能型產品？

LED正逐步取代傳統燈具

已經成為各大LED燈具業者積極努力地開發目標。尤其是LED照明光源，基本上與傳統照明燈具已有極大的差異，因為LED屬於點狀光源，在替代球泡燈設計方案早期就有業者嘗試採用如玉米機構設計的玉米燈，形成如白熾球泡燈的全週光發光型態，而在業者不同的測試與研發，需要較多基板組構與繁複工法的玉米燈已經漸漸式微，反而透過單板光電合一設計，可讓LED球泡燈有更低廉的產製成本，再利用高導光的耐熱塑料燈殼進行光型調整，一樣也可達到近似玉米燈的高輸出水準。

但早期LED燈具發展上，仍大量仰賴相容於傳統燈具的替換型產品，例如E27或是其他接口的球泡燈替代產品，讓使用者可以直接購買對應接口、電壓、尺寸的LED球泡燈換用，但相同的，在LED燈具中要將驅動晶片、恆壓/恆流電路整合在球泡燈中，已有相當多成功且具高能源轉換效率的解決方案釋出，而單板光電合一設計方案，也為LED球泡燈爭取更多的機構空間，自然球泡燈僅需鏤空或是利用空氣熱對流就能完成燈泡的散熱處理，而不用每款產品都要利用高成本鋁擠型散熱鰭片改善LED燈具的散熱表現。

低價LED球泡燈無法調光 LED面臨部分市場進入不易

雖說在LED燈具的品質、光型、恆壓/恆流穩定度等各方面表現，目前已經得到極佳的產品水準，但實際上LED燈具卻仍無法直接替代傳統燈具，因為使用者常用的調光需求，在制式低價取向的LED球泡燈就無法支援，接上市電後也只能選擇恆亮或是關閉，這在燈具的環境情境營造用途上，反而成為LED燈具切入市場的阻礙。

另即便LED燈具可透過電壓、電流控制改變發光光色(色溫)、調光等應用，但實際上所搭配的LED驅動解決方案卻成本相對較高，導致初期導入的用戶並不多，對應產品也相對較少。但也因為LED基本款燈具在性價比已經有一定水準，市場相當成熟也多半出現削價競爭態勢，LED大廠為了創造更高的產品價值，勢必也需要針對整合無線網通技術、智能調光、智能變化照明色溫等熱門功能，發展對應智慧照明應用產品。

無線網通技術上身 LED發展智慧應用如虎添翼

然而，發展智能照明，歸納相關技術可以發現，除了LED驅動電路外，無線網通整合、使用者端的控制軟體整合，就很明顯造成相關業者開發新品的瓶頸，而新一代結合智慧照明應用所需的驅動/控制整合晶片，目前已吸引不少驅動IC大廠投入，例如Texas Instruments、Fairchild與Dialog已投入開發功耗更低、尺寸更小、高度整合的LED驅動IC，並規劃在解決方案搭配ZigBee、低功耗藍牙(BLE)或數位可定址介面(DALI)等相關LED燈具控制技術。除了驅動IC方面的產品積極精進、改善外，左右LED光源發光效能與光型表現的關鍵LED封裝廠，則是加碼投入發展中/高功率LED驅動改善DOB(Driver on Board)與COB(Chip On Board)封裝技術成熟度，兩種技術都可以在目前的燈具找到對應應用。

不管是COB還是DOB，都可以有效在有限面積下整合中高功率的LED發光需求，相關技術對於發展低成本、高效益的中/高功率LED照明產品有極大的助益，而也有越來越多的LED燈具直接將LED的驅動IC、PCB和燈具直接結合設計，建構料件更精簡、機構使用率更高的光電一體化架構，以達到銜接智慧照明系統設計的基本要求。

LED數位調光應用需求 將在2014持續增溫

在眾多智能化應用中，LED的調光在技術門檻與使用需求較為迫切，前面提到礙於成本考量，替代升級型的LED球泡燈、板燈，基本上是看不到有調光(Dimming)方案整合，但在智慧照明中調光的角色就會相對較高，但能否順利整合到驅動方案中，仍需在料件成本、產品用量達到一定程度，才有可能將相關應用推出商品化產品。

而光電一體化設計，最大的效益就是在BOM物料清單可以大幅減少，達到製作成本壓縮、載板面積更小化等目的，但一體化要做得好，就要在驅動電路上進行進階整合，除在晶片面積、能源功耗、使用效能都會產生影響，在加上需整合延續傳統燈具常見的調光應用需求與最終解決方案的低成本優勢，才能有效製作出讓使用者趨之若鶩的終端產品。但實際上也是因為整合的線路、元件複雜度提升，原有LED燈具常用的隔離線性驅動方案則必須再進行優化，例如簡化驅動電路的線路布局、減省非必要的隔離元件與電容器，也能讓驅動方案更趨於小巧，有利於燈具所需的光電一體化設計目標。

微型化整合 LED燈具不改外型即擁有智慧

另在調光關鍵技術方面，LED照明光源應會朝向以數位脈衝寬度調變(PWM)調光技術方案為主流，這也會取代傳統的TRIAC調光方案，而調光方案另可再銜接ZigBee或是Wi-Fi無線網通技術，達到無線調光或數位調光技術(DLT)進行產品整合。而看準LED燈具的調光技術整合市場，也有越來越多業者投入DLT數位調光技術方案，該技術可支援數位定址之多通道通訊協定，能直接延申現有的Phase-cut系統調光技術，同時還能改善不同調光技術的應用限制，目前有OSRAM、Dialog等業者看好DLT，並計畫藉由新技術推出低成本可數位調光的LED照明產品或解決方案。

而智慧照明目前最熱門的，仍是在無線網通技術選用的規格之爭，其中以Wi-Fi技術最被看好，因為現今9成以上的智慧型裝置、平板電腦、筆記型電腦大多搭載Wi-Fi無線通訊模組，市場滲透度相當高，相關LED業者不需冒著網通技術不相容的問題而不挑選Wi-Fi無線技術，但另一方面，智慧照明也是因為市場方興未艾，很多周邊規範不是建構中就是付之闕如，除了Wi-Fi技術外目前仍有PLC、ZigBee、Z-wave、BLE甚至GPRS都想搶這波智能照明應用的網通技術導入，Wi-Fi技術甚至可達到主流的IEEE802.11n/ac。

也是延續前述LED燈具光電一體趨勢，若要做到球泡燈可置入的水準，則關鍵的驅動晶片、網通控制晶片、運作晶片等只能利用半導體技術進行整合，這也帶起LED智慧驅動晶片朝SiP(System in Package)系統級封裝製作的商機暴增，而智慧照明務必整合的中/長距離無線遙控、智慧平台運行、驅動與調光電路整合，就必須利用SiP為驅動晶片進行大幅瘦身，而在燈具受控端與操作者的主控端，則仍必須延續低功耗整合設計目標，甚至還要能延續與用戶家中的智能家電協同運作，才不會整合出跛腳耗能的智慧照明系統。