所謂半導體照明即LED(發光二極管)照明。面對全球能源危機和環保壓力,節能環保、壽命長、安全性好的半導體照明有望進入普通照明領域,預計到2010年將超過熒光燈。作為第三代光源,在同樣亮度下,半導體燈具用電量僅為白熾燈的十分之一,而使用壽命延長了100倍,且不會在生產和使用中產生對外界的污染。據估算,我國照明用電約占總電量的12%,2010年我國總發電量將達到30000億度,假如半導體照明進入三分之一的照明市場,就可節電30%,即年節電1000億度,至少相當于一個三峽工程的發電量。
可見光除了照明還能用于通信,即半導體照明通信(智能體現在同時兼顧照明和通信)。早在3000年前就出現了原始的可見光通信,中國人在邊境建筑烽火臺,利用烽火報告敵情。隨著人類文明的發展,又出現了旗語、紅黃綠交通燈等可見光通信方式。到了現代,與人們生活息息相關、給人們生活帶來翻天覆地變化的因特網也是依靠光通信才能做到“無處不在”、“無所不能”,只不過光通信的載體大都采用有形的光纖而已。如果能把未來“無處不在”的半導體照明和互聯網通信結合起來,省去單獨的照明設備和單獨的通信設備,那么將會使人們的生活更加便捷,同時既降低了購置成本,又大大減少了能源消耗。
半導體照明信息網(SolidStateLightingInformationNetwork,S2-Link)就是把半導體照明和通信網絡技術結合起來,創造一種室內外“無處不在”的通信網絡,可傳遞數據和控制信號。
半導體照明信息網相比其它無線接入網有什么不同和優勢:首先,照明通信“二位一體”天然具有能耗低、需購置設備少等優勢;其次,通常的無線接入方式都是基于射頻,看不見的射線不停地穿透人的身體,影響雖然微小但畢竟是負面的,可見光通信則不同,無電磁污染,對人體沒有任何害處;再次,上過網的人們都有這樣的體會:一個局域網中上網的人越多,上網速度就會越慢,網絡瀏覽器變得“遲鈍不堪”,可見光通信則是“博大無私”的,只要有光照到的地方就能接入網絡,無須為“帶寬”不夠而煩惱;最后,目前的無線接入方式往往會帶來安全性問題,“別有用心”的人有可能在隔壁破解了你的無線接入密鑰,窺視到了你的隱私,可見光通信則不用擔心這個問題,只要有光不能透過的障礙物阻擋,你的私密就不會外泄。
正是有這些無與倫比的優勢,使半導體照明信息網有著廣闊的應用前景和巨大的應用領域。除了家庭網絡接入,室外公共場所、樓宇、馬路等需要照明的地方,醫院、飛機內部、保密部門等對射頻敏感的地方也都可以采用半導體照明通信。此外,半導體照明通信還能用于自動識別領域。與目前廣泛使用的自動識別技術例如攝像、條碼、磁卡、IC卡等相比,半導體照明智能識別技術具有更長距離識別、非接觸操作、可識別高速運動物體,安全性好等很多突出的優點。
目前,日本、美國和韓國等發達國家和地區都投入了人力和物力從事相關技術的研究與開發工作。日本成立了研究和推廣可見光通信網絡的可見光通信聯盟。美國成立了由波士頓大學、Rensselaer理工學院、新墨西哥大學組成的LED智能照明中心。他們已經開發出初步的演示系統;其它代表性研究機構還有韓國的三星公司、英國的牛津大學、德國的西門子公司、法國電信等,他們也實現了簡單的半導體照明通信。2007年12月,國際通信與電子工程師協會成立了IEEE802.15委員會,設立了可見光通信研究小組,以推進近距離通信技術標準化的工作。
與國外相比,我國雖然也開展了一些基礎性的研究工作,但在核心技術方面卻幾乎一片空白。面對國際上半導體照明通信研究的如火如荼,我國應立足國內半導體照明領域的良好基礎,迅速切入,加快研發步伐,占領技術制高點,爭取在國際半導體照明智能信息領域占有一席之地,為我國國民經濟和社會發展做出應有貢獻。
中科院半導體所根據半導體照明領域發展的新形勢,依托中國科學院半導體照明研發中心,組織光電子研發中心、光電系統實驗室開展半導體照明智能信息工程的研究,建立了科研攻堅團隊。光電系統實驗室迅速成立了半導體照明通信系統研發小組。經過努力拼搏、攻關,成功研發完成了半導體照明通信演示樣機,實現了跨越式的發展。截至到目前,第三代半導體照明通信樣機通信速率達到2Mbps,可以流暢傳遞視頻語音信號;第三代半導體照明控制樣機可以用LED燈同時控制多種家電設備。
樣機演示系統先后受到了中科院路甬祥院長、江綿恒副院長、國家半導體照明工程重大項目管理辦公室吳玲主任、半導體研究所李晉閩所長等領導的好評。該系統在半導體所示范館、國際工業博覽會、中國專利博覽會、中國國際半導體照明展覽會、廣州數字家庭產業博覽會、上海世界博覽會航空館和滬上生態家中成功展示,吸引了業界的廣泛關注,如圖1、2所示。
圖1,半導體照明控制系統(半導體所示范館)
圖2、半導體照明通信系統(世博會航空館)