LED照明產(chǎn)業(yè)：技術(shù)整合帶來應用創(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)展趨向及未來十年展望》的報告，他分別從LED發(fā)展的簡要歷史、性能表現(xiàn)、封裝和性能發(fā)展趨勢、未來十年產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望等方面向與會者分享其精彩觀點。

　　喬治·克勞福德指出，過去十年中LED照明產(chǎn)業(yè)持續(xù)快速發(fā)展，通過現(xiàn)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、綜合性價比及光色表現(xiàn)方面持續(xù)進步。新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和發(fā)展肯定會對產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生積極的影響，但究竟哪種技術(shù)會成為最重要的技術(shù)趨勢目前還無法下定論，需要持續(xù)觀察。智能控制系統(tǒng)將在替代照明階段不斷與LED照明相融合，未來整個產(chǎn)業(yè)將向著創(chuàng)新應用的方向持續(xù)發(fā)展。

　　未來LED照明將從技術(shù)整合的角度繼續(xù)尋找產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動力，而封裝環(huán)節(jié)或許將發(fā)揮更加重要的作用。未來十年LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將在技術(shù)突破的基礎上進一步開啟創(chuàng)新性應用的新動力，固態(tài)照明將在全球范圍內(nèi)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行

　　回顧整個LED照明的發(fā)展歷程，隨著LED紅光、藍光和綠光的陸續(xù)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，推動整個產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

　　據(jù)美國DOE2013年4月發(fā)布的LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃顯示，從LED器件性能表現(xiàn)來看，冷白光LED器件2013年的光效表現(xiàn)為164lm/W，預計2020年達到235lm/W，最終目標為266lm/W。從綜合性價比的角度，LED冷白光器件2013年為4$/klm，2020年將達到0.7$/klm，目標為0.5$/klm。而暖白光LED器件的性能表現(xiàn)為，2013年129lm/W，2020年將達到224lm/W，最終達到266lm/W;性價比的角度，2013年為5.1$/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，同時價格迅速下降，LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已經(jīng)到了市場突破的關(guān)鍵時期。

　　封裝將圍繞應用需求提升性價比

　　現(xiàn)在LED照明器件已經(jīng)可以獲得相比原來提升數(shù)十倍的光效，整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從技術(shù)進步的角度來看，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。未來的LED照明產(chǎn)業(yè)將綜合所有這些因素進一步尋求產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動力，所有這些因素中，封裝環(huán)節(jié)將起著非常重要的作用。

　　從LED封裝技術(shù)的演進來看，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(xiàn)在封裝技術(shù)向著更大功率、更多光通量的方向發(fā)展，當然這樣的系統(tǒng)比較復雜，而且也面臨著進一步降低成本的問題。以陶瓷封裝為例，雖然這種封裝沒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)品的形式越來越多，產(chǎn)品線也非常豐富，產(chǎn)品開發(fā)最核心的原則就是圍繞應用的需求進行規(guī)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(nèi)的3737封裝，在85℃、700mA電流、低壓2.8V條件下，散熱表現(xiàn)非常好，達到3K/W，此款產(chǎn)品可以用于50W的MR16，也可用于戶外路燈照明，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(shù)有70、80、85和90，色溫涵蓋從2700K～6500K等多個范圍，這樣就保證了可以用于幾乎所有的照明場合。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(xù)下降。

　　未來十年：整合創(chuàng)新

　　LED照明產(chǎn)業(yè)仍然會通過更加深入的優(yōu)化已有的和新涌現(xiàn)的技術(shù)，從而在光效、性價比及照明品質(zhì)方面繼續(xù)提升。整體量子效率、光提取效率、電轉(zhuǎn)化效率、插座效率、轉(zhuǎn)換效率等都會對LED整體出光產(chǎn)生影響。智能系統(tǒng)的發(fā)展也將融入到從替換市場到創(chuàng)新市場的轉(zhuǎn)變過程中。

　　目前紅色熒光粉的波長較長，大約在90～100nm，通過遠紅熒光粉的激發(fā)會降低流明輸出量，同時對于顯色指數(shù)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(shù)提升20%。一旦紅色熒光粉的波長變窄，顯色指數(shù)和流明輸出對于紅色熒光粉的發(fā)射波長就變得非常敏感，這表明顯色指數(shù)不是個很好的指標，也許在未來十年會找到更好的色評價指標。

　　LED照明產(chǎn)業(yè)的持續(xù)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價比(lm/$)嗎?可以從新型襯底結(jié)構(gòu)、基板、生長技術(shù)等方面繼續(xù)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(jié)構(gòu)當中，光子的結(jié)構(gòu)已經(jīng)研究了十年，是否有一些更好的實現(xiàn)光子結(jié)構(gòu)的想法。散熱的問題也是值得關(guān)注和進一步突破的。

　　未來可以生產(chǎn)非常明亮的白光設備，但目前仍無法生產(chǎn)出更高效的綠光LED，如果要將紅、綠、藍色芯片結(jié)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(shù)、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當中會有一些顏色方面的局限。在色彩方面還是需要做出進一步的研發(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一步深化，目前LED照明還處于替換時期，從白熾燈到熒光燈再到LED光源燈具的出現(xiàn)，幾乎每種新光源的出現(xiàn)都會引發(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(jié)合照明需求進行深入研究的課題。

　　另外，從健康照明的角度，需要控制LED藍光的含量問題，這方面需要以進一步的研究為基礎指導產(chǎn)品的開發(fā)和使用。最后，替換時期，LED照明與傳統(tǒng)照明設備的連接和融合都是需要考慮的問題。

　　未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展中數(shù)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的健康并使人更具有創(chuàng)造性?太陽能與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出現(xiàn)?這些都是未來十年LED照明產(chǎn)業(yè)需要繼續(xù)深入研究的問題。

　　總之，LED技術(shù)從1962年開始就在光效和性價比兩個維度遵循每十年光效提升20倍，成本降低10倍的規(guī)律快速發(fā)展。如今，LED照明產(chǎn)業(yè)已經(jīng)從光效推動更多地轉(zhuǎn)向器件推動。隨著通用照明領域的廣泛應用，成本下降仍然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動力。技術(shù)突破和照明系統(tǒng)的持續(xù)發(fā)展將使得未來十年LED照明呈現(xiàn)出不一樣的“照明世界”。