半導體照明光源（這里主要指的是LED光源）現(xiàn)已經批量進入照明領域，但還是出現(xiàn)了不少問題，主要是能效、可靠性、光色質量以及成本等問題。有關能效和光色質量所涉及的內容很豐富，比如視覺舒適度、智能化調光控制等，在此我們暫不描述。本文將討論急需解決的主要技術問題，歸結為“三高一低”，即高光效、高顯色性、高可靠和低成本的技術問題，實現(xiàn)低成本其實質上也是技術問題。解決這四大技術問題，需要在半導體照明產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)上采取一系列措施，比如采用新技術、新結構、新工藝、新材料等，這里只提及應該采取的技術路線和方向，希望對LED企業(yè)的產品創(chuàng)新有所幫助。
一、如何實現(xiàn)高光效
半導體照明的光效，或者說能效，是節(jié)能效果的重要指標。目前LED器件光效產業(yè)化水平可達120～140lm/W，作成照明燈具總的能效可大于100lm/W。這還是不高，節(jié)能效果不明顯，離半導體器件光效理論值250lm/W還有很大距離。真正要做到高光效，要從產業(yè)鏈各個環(huán)節(jié)上解決相關的技術問題，主要是提高內量子效率、外量子效率、封裝出光效率和燈具效率，本文將針對外延、芯片，封裝，燈具等幾個環(huán)節(jié)要解決的技術問題探討。
1. 提高內量子效率和外量子效率
主要采取以下幾點措施來提高內量子效率和外量子效率。
?。?）襯底表面粗化及非極性襯底
采用納米級圖型襯底、“取向型”圖型襯底或非極性、半極性襯底生長GaN，減少位錯和缺陷密度及極性場影響，提高內量子效率［1］。
?。?）廣義同質襯底
采用HVPE（氫化物液相外延）在Al2O3藍寶石襯底上生長GaN，作為混合同質襯底GaN/Al2O3，在此基礎上外延生長GaN，可極大地降低位錯密度達106～107cm-2，并較大地提高內量子效率。日亞、Cree及我國北大均在研發(fā)之中［2］。
?。?）改進量子阱結構
控制In組分的變化方式和變化量、優(yōu)化量子阱結構提高電子和空穴交疊幾率，增加幅射復合幾率以及調節(jié)非平衡載流子的輸運等，提高內量子效率。
?。?）采用新結構的芯片
采用新結構要求芯片六面出光，在芯片界面上采用新技術進行多種表面粗化方式，減少光子在芯片界面上反射幾率，并增加表面透光率，以提高芯片的外量子效率。
2. 提高封裝出光效率及降低結溫
?。?）熒光粉效率及涂覆工藝
熒光粉的光激發(fā)效率目前還不高，黃粉可達70%左右，紅粉和綠粉的效率較低，有待進一步提高。另外，熒光粉的涂覆工藝非常重要，有報道稱在芯片表面均勻涂復60微米厚度的熒光粉，激發(fā)效率較高。
?。?）COB封裝
當前半導體照明的光源采用各種形式COB封裝，提高COB封裝的出光效率是當務之急，有報道稱，采用第二代（有的稱第三代）COB矩陣式結構封裝，其光效可達120lm/W以上。如果采用倒裝芯片和六面發(fā)光體進行全反射的結構，光效可達160lm/W以上。
?。?）降低結溫
結溫為25℃時的發(fā)光量設為100%，當結溫上升至60℃時其發(fā)光量只有90%，當上升至140℃時只有70%，所以在封裝時要加大散熱措施，保持較低結溫，維持較高的發(fā)光效率。
3. 提高燈具的取光效率
不同LED燈具的效率相差很大，一般LED燈具效率大于80%，有一部分可大于90%。要根據LED光源的特點以及不同的應用場合，對燈具進行精細的二次光學設計，也要考慮燈具散熱和眩光問題，提高LED燈具的取光效率。
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