LED照明產(chǎn)業(yè)：技術(shù)整合帶來(lái)應用創(chuàng )新

　　此前，LED黃光發(fā)明人、PhilpsLumileds院士喬治·克勞福德(GeorgeCraford)發(fā)表了題為《半導體照明發(fā)展趨向及未來(lái)十年展望》的報告，他分別從LED發(fā)展的簡(jiǎn)要歷史、性能表現、封裝和性能發(fā)展趨勢、未來(lái)十年產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望等方面向與會(huì )者分享其精彩觀(guān)點(diǎn)。

　　喬治·克勞福德指出，過(guò)去十年中LED照明產(chǎn)業(yè)持續快速發(fā)展，通過(guò)現有技術(shù)的不斷優(yōu)化、新技術(shù)的不斷發(fā)展，LED照明在光效、綜合性?xún)r(jià)比及光色表現方面持續進(jìn)步。新技術(shù)的不斷出現和發(fā)展肯定會(huì )對產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響，但究竟哪種技術(shù)會(huì )成為最重要的技術(shù)趨勢目前還無(wú)法下定論，需要持續觀(guān)察。智能控制系統將在替代照明階段不斷與LED照明相融合，未來(lái)整個(gè)產(chǎn)業(yè)將向著(zhù)創(chuàng )新應用的方向持續發(fā)展。

　　未來(lái)LED照明將從技術(shù)整合的角度繼續尋找產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力，而封裝環(huán)節或許將發(fā)揮更加重要的作用。未來(lái)十年LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將在技術(shù)突破的基礎上進(jìn)一步開(kāi)啟創(chuàng )新性應用的新動(dòng)力，固態(tài)照明將在全球范圍內提供更加舒適、平衡的光環(huán)境。

　　技術(shù)提升和成本降低仍在進(jìn)行

　　回顧整個(gè)LED照明的發(fā)展歷程，隨著(zhù)LED紅光、藍光和綠光的陸續發(fā)明和效率的快速提升，最終誕生LED白光，LED真正成為一種可以照明的光源，而且白光光效迅速提升，推動(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

　　據美國DOE2013年4月發(fā)布的LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃顯示，從LED器件性能表現來(lái)看，冷白光LED器件2013年的光效表現為164lm/W，預計2020年達到235lm/W，最終目標為266lm/W。從綜合性?xún)r(jià)比的角度，LED冷白光器件2013年為4$/klm，2020年將達到0.7$/klm，目標為0.5$/klm。而暖白光LED器件的性能表現為，2013年129lm/W，2020年將達到224lm/W，最終達到266lm/W;性?xún)r(jià)比的角度，2013年為5.1$/klm，2020年為0.7$/klm，目標為0.5$/klm。目前LED照明產(chǎn)品性能翻倍提升，同時(shí)價(jià)格迅速下降，LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)到了市場(chǎng)突破的關(guān)鍵時(shí)期。

　　封裝將圍繞應用需求提升性?xún)r(jià)比

　　現在LED照明器件已經(jīng)可以獲得相比原來(lái)提升數十倍的光效，整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從技術(shù)進(jìn)步的角度來(lái)看，已經(jīng)擁有了更好的生產(chǎn)工藝、襯底技術(shù)、封裝形式，以及光品質(zhì)的極大提升。未來(lái)的LED照明產(chǎn)業(yè)將綜合所有這些因素進(jìn)一步尋求產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)力，所有這些因素中，封裝環(huán)節將起著(zhù)非常重要的作用。

　　從LED封裝技術(shù)的演進(jìn)來(lái)看，2000年以前，封裝的芯片尺寸基本小于0.35mm2，輸入功率小于0.1W。2000-2008年LED封裝的芯片尺寸可以做到大于1mm2，輸入功率也可以達到1～5W?，F在封裝技術(shù)向著(zhù)更大功率、更多光通量的方向發(fā)展，當然這樣的系統比較復雜，而且也面臨著(zhù)進(jìn)一步降低成本的問(wèn)題。以陶瓷封裝為例，雖然這種封裝沒(méi)有使得性能提升的那么迅速，但是成本大幅降低。目前封裝產(chǎn)品的形式越來(lái)越多，產(chǎn)品線(xiàn)也非常豐富，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)最核心的原則就是圍繞應用的需求進(jìn)行規格和產(chǎn)品形式的設計。

　　Philipslumileds公司也推出了LUXEONT系列的最新產(chǎn)品LUXEONTX系列產(chǎn)品，顏色控制在3～5步麥克亞當橢圓內的3737封裝，在85℃、700mA電流、低壓2.8V條件下，散熱表現非常好，達到3K/W，此款產(chǎn)品可以用于50W的MR16，也可用于戶(hù)外路燈照明，在350mA輸入電流條件下，整燈光效達到120lm/W。該系列產(chǎn)品的顯色指數有70、80、85和90，色溫涵蓋從2700K～6500K等多個(gè)范圍，這樣就保證了可以用于幾乎所有的照明場(chǎng)合。從2011年Q4到2012年Q4，LUXEONT系列封裝性能提升了23%。2013年Q4，LUXEONTX產(chǎn)品的性能又提升了15%。LED封裝器件產(chǎn)品性能的迅速提升也促使終端照明燈具成本持續下降。

　　未來(lái)十年：整合創(chuàng )新

　　LED照明產(chǎn)業(yè)仍然會(huì )通過(guò)更加深入的優(yōu)化已有的和新涌現的技術(shù)，從而在光效、性?xún)r(jià)比及照明品質(zhì)方面繼續提升。整體量子效率、光提取效率、電轉化效率、插座效率、轉換效率等都會(huì )對LED整體出光產(chǎn)生影響。智能系統的發(fā)展也將融入到從替換市場(chǎng)到創(chuàng )新市場(chǎng)的轉變過(guò)程中。

　　目前紅色熒光粉的波長(cháng)較長(cháng)，大約在90～100nm，通過(guò)遠紅熒光粉的激發(fā)會(huì )降低流明輸出量，同時(shí)對于顯色指數的提升作用也是非常有限的。如果降低紅色熒光粉的發(fā)射寬度可以將暖白光的顯色指數提升20%。一旦紅色熒光粉的波長(cháng)變窄，顯色指數和流明輸出對于紅色熒光粉的發(fā)射波長(cháng)就變得非常敏感，這表明顯色指數不是個(gè)很好的指標，也許在未來(lái)十年會(huì )找到更好的色評價(jià)指標。

　　LED照明產(chǎn)業(yè)的持續發(fā)展中，技術(shù)突破真的很重要嗎?從整體產(chǎn)業(yè)鏈的角度，技術(shù)突破的方向很多。光衰減的不再下滑可以大幅度提升性?xún)r(jià)比(lm/$)嗎?可以從新型襯底結構、基板、生長(cháng)技術(shù)等方面繼續探索。新型襯底如碳化硅，氮化，氧化鋅等都在研發(fā)中，還需要研究熒光粉是否可以應用在其他結構當中，光子的結構已經(jīng)研究了十年，是否有一些更好的實(shí)現光子結構的想法。散熱的問(wèn)題也是值得關(guān)注和進(jìn)一步突破的。

　　未來(lái)可以生產(chǎn)非常明亮的白光設備，但目前仍無(wú)法生產(chǎn)出更高效的綠光LED，如果要將紅、綠、藍色芯片結合在一起產(chǎn)生白光，那么必須要有高效的綠光才可以，目前還沒(méi)有找到提升綠光效率的較好突破口。從理論上講可以獲得更好顯色指數、更高效的光源，在這方面，或許可以利用激光或者窄截距的光源，從而獲得更好的光束，但是在這些不同的光線(xiàn)當中會(huì )有一些顏色方面的局限。在色彩方面還是需要做出進(jìn)一步的研發(fā)工作，需要研發(fā)出多色彩的LED燈。

　　對于照明需求的理解需要更進(jìn)一步深化，目前LED照明還處于替換時(shí)期，從白熾燈到熒光燈再到LED光源燈具的出現，幾乎每種新光源的出現都會(huì )引發(fā)照明燈具和應用方式的革新，LED也需要在燈具形式及應用方式方面做更多的創(chuàng )新。比如，目前的天花板照明如果用LED光源進(jìn)行替換，是做成格柵燈還是做成天花燈，這些都需要思考，因此如何最優(yōu)化的利用LED光源是需要結合照明需求進(jìn)行深入研究的課題。

　　另外，從健康照明的角度，需要控制LED藍光的含量問(wèn)題，這方面需要以進(jìn)一步的研究為基礎指導產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和使用。最后，替換時(shí)期，LED照明與傳統照明設備的連接和融合都是需要考慮的問(wèn)題。

　　未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展中數字照明革命將在多大程度上延伸到顏色變換、人的行為感應和社交中?天花照明將從燈槽或者點(diǎn)光源的形式向更大面積的“天空照明”(由顏色可變的、可以控制的LED顆粒組成)。什么樣的照明將有助于人類(lèi)的健康并使人更具有創(chuàng )造性?太陽(yáng)能與LED照明的聯(lián)姻是否可以從離網(wǎng)燈具和路燈推廣至無(wú)需能源供給的家庭照明中?LED是否可以嵌入到建筑物、家具、人體藝術(shù)等更加廣泛的應用中?全新的設計理念是否會(huì )出現?這些都是未來(lái)十年LED照明產(chǎn)業(yè)需要繼續深入研究的問(wèn)題。

　　總之，LED技術(shù)從1962年開(kāi)始就在光效和性?xún)r(jià)比兩個(gè)維度遵循每十年光效提升20倍，成本降低10倍的規律快速發(fā)展。如今，LED照明產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從光效推動(dòng)更多地轉向器件推動(dòng)。隨著(zhù)通用照明領(lǐng)域的廣泛應用，成本下降仍然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要驅動(dòng)力。技術(shù)突破和照明系統的持續發(fā)展將使得未來(lái)十年LED照明呈現出不一樣的“照明世界”。