如何讓半導體在照明領域發(fā)揮更大作用

工作壽命：指LED產品的有效工作時間，不同于一般的壽命。

中位壽命：有50%的燈具（光源）其光通量下降至某一定值（如初始值的70%）的時間定為中位壽命L70/B50，部分照明燈具的標準是采用中位壽命表述。

光通維持壽命：指發(fā)光器件（LED）或燈具（光源）的光通量下降至某一定值的時間，稱為光通維持壽命（此時不考慮色參數(shù)的變化）。

IEC及能源之星的表述：

IEC組織提出用維持率來說明失效率、壽命、預期壽命等。

EPA（美國國家環(huán)境保護局）公布：能源之星燈具V1.0技術規(guī)范“技術中立”，規(guī)定匹配燈具壽命為1萬小時即額定光通維持率壽命，集成LED燈具要求1.5萬～2.5萬小時。

能源之星標準提出LED光源（燈具）在加額定電流6000小時后，測量產品的光通維持率，并推算產品的工作壽命（指有效的工作時間）同時要求在全壽命期內色空間均勻度在CIE1976u′v′圖中0.006以內。這個辦法得到行業(yè)內普遍認同，但具體操作很難，因為需要花250天以上的試驗時間，在企業(yè)中很難執(zhí)行。

3．提高可靠性

提高LED可靠性是行內共同努力的目標。有關影響LED產品可靠性的各種因素，如芯片制造、封裝、熱阻、散熱等，以前做了較詳細描述[6]，在此希望企業(yè)對LED產品在執(zhí)行全面質量控制的基礎上，再作如下兩點要求：

（1）減少失效率

目前在實際應用中，經常出現(xiàn)產品失效，有的甚至很嚴重。希望相關單位能通過各種試驗，找出失效的原因，并采取有效的工藝篩選辦法，剔除早期失效和偶然失效的不良產品，在使用中盡可能減少失效率。

（2）延長耗損失效時間

希望相關企業(yè)對典型的LED產品進行長時間老化試驗（或加速老化試驗），通過分析找出產品耗損失效的原因，并在工藝、選材等各方面加以改進，延長耗損的時間，這也是提高LED壽命的有效辦法。

四、降低成本

目前LED各種產品還沒有大規(guī)模生產推廣應用，主要問題是價格過高，LED產品不能長期靠補貼來發(fā)展，要不斷努力降低成本。全球相關部門單位都在關注降低LED產品成本，比如美國SSL計劃2015年LED光源（燈具）成本要達2美元/klm。我國也提出2015年LED光源（燈具）成本要在15元/klm之內。臺灣地區(qū)也提出在2014年之前可實現(xiàn)2美元/klm目標。要降低成本，除了大批量生產外，主要從技術上采取措施降低成本的方法、途徑。

降低成本要從LED產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)上著手，共同努力，首先分析LED產品的成本結構大約是4:4:2，即光源占40%、驅動和散熱占40%、其他占20%，主要環(huán)節(jié)是外延芯片、封裝、驅動、散熱等方面成本有較大的下降空間，要從技術上采取有效措施，從根本上解決LED產品的成本問題。

1.外延芯片環(huán)節(jié)降低成本的方法探討

目前LED產品的芯片占成本的40%左右，降低芯片的成本是最重要的任務。

世界主要外延生產廠家Veeco提出，對現(xiàn)有MOCVD的設備、工藝、架構改進，提高量產效率，至2014年外延片價格達0.2美元/cm2。（2009年1美元/cm2）

采用4″及6″的MOCVD設備以及配套的芯片制造設備，使外延、芯片產能的效率大幅度提高，從而降低外延芯片的成本。

目前全世界很多有實力的公司正在研發(fā)在8″硅片上直接生長GaN，并取得可喜成果。最近歐司朗發(fā)布在6″硅片上生長GaN芯片，面積1mm2，在350mA下，色溫4500K時，光效可達127lm/W，需2年后投放市場。估計采取該方法生產可降低芯片成本50%。

開發(fā)同質廣義外延，采用HVPE液相外延生長GaN襯底。在此生長GaNLED產品，既能提高LED性能，又能大幅度降低外延芯片成本，采用該方法生產，可大幅度縮短外延生長時間，同時可以大量節(jié)省MO源，據估算可降低芯片成本50%。

LED器件采用大電流密度下工作，如面積為1mm2芯片，一般工作電流是350mA，國外幾家大公司均已開發(fā)可提供工作電流在1～2A下工作的功率LED器件，這樣用一只芯片可獲光通量達400～500lm，當然會損失部分光效，他們已經較好地解決了Droop現(xiàn)象，在獲得同樣光通量下，可較大降低芯片成本。

2.封裝環(huán)節(jié)降低成本的方法探討

半導體照明所用的光源將采用COB及模塊封裝形式，這樣將極大地降低LED光源封裝成本。

LED光源采用COB封裝形式，目前主要是采用中功率多芯片、矩陣式集成封裝，號稱第三代COB封裝形式，且有很多不同的結構類型，如MCOB、COFB、MCOMB等，并可降低封裝成本30%，目前國內已開發(fā)一種球泡燈，采用9只中功率芯片集成COB封裝，體積小、不帶散熱片，功率為7W，光通量可達500～700lm，其成本只有16元。

模塊化標準封裝LED產品，這將是半導體照明光源的發(fā)展方向。它是將芯片、驅動、控制部分、散熱、零件等封裝在一起形成模塊，并進行標準化生產，可用于不同照明燈具產品，可極大地降低封裝成本，據測算可降低封裝成本50%，各主要廠商均積極投入研發(fā)之中。Zhaga聯(lián)盟已著手制定相關標準，主要是光引擎界面接口標準，它將涵蓋物理尺寸以及光引擎的光學、電氣和熱特性等，最終實現(xiàn)聯(lián)盟內不同制造商之間的產品兼容性、互換性。

3.燈具環(huán)節(jié)降低成本的方法

在保障二次光學設計出光效率和散熱性能的前提下，采用新材料、新的照明方式等，設計制作輕便、美觀、價廉的新燈具，從而降低燈具成本。此外，目前國產電源的性能和可靠性有較大提高。在此基礎上采取有效的技術措施，可較大幅度降低電源成本，從目前2.5～3元/W降至1.5～2元/W。

4.其他配套成本的降低

MOCVD外延爐和芯片制造設備，如能國產化，會較大幅度降低芯片制造成本。LED產品的檢測設備，特別是光學檢測設備，還有降低成本的空間。此外關鍵原材料國產化也有利于降低成本，其中，Al2O3藍寶石襯底國產化，已降價不少。外延用的MO有機源，現(xiàn)有部分國產化，也有降價的余地。封裝用的熒光粉等國產化，均有較大降價的余地。

總體而言，除了通過上采用新技術、新工藝、新結構、新材料等措施實現(xiàn)半導體照明的高光效、高顯色性、高可靠和低成本外，從深層次來看，應該將提高能效和光色質量作為LED照明的更高要求，即LED白光的光譜分布類似太陽光的光譜分布，要充分考慮視覺舒適度、人性化的照明等，并進行智能化調光控制，減少電能損耗，提高節(jié)能效果，使半導體照明真正為人們提供節(jié)能、環(huán)保、健康、舒適的照明環(huán)境。