三大發(fā)明人首聚談未來(lái)十年：與新技術(shù)同行

在日前舉辦的第十屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體照明論壇(CHINASSL2013)上，藍(lán)光LED發(fā)明人中村修二教授、黃光LED發(fā)明人George Craford教授及OLED發(fā)明人鄧青云教授齊聚一堂，他們從自己對(duì)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的角度闡述半導(dǎo)體照明新技術(shù)的未來(lái)發(fā)展前景，成為L(zhǎng)ED論壇史無(wú)前例的盛況。

LED照明前景可期

在中村修二指出，LED照明將是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

他從技術(shù)的角度，就半導(dǎo)體照明技術(shù)的第一代LED以及第二代LED做了分析對(duì)比。第一代LED是在碳化硅和硅做基底，第二代LED是基于氮化鎵做基底的，氮化鎵基底的LED性能有了很大的提高，電流密度可以很大，溫度可以很高，相比第一代LED，這種氮化鎵的LED非常好。

中村修二

通過(guò)利用半極化和非極化，可以有效提高發(fā)光效率。2007年，中村修二研發(fā)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，利用半極化和非極化平面，可使LED發(fā)光成本降低50%，發(fā)光率增長(zhǎng)50%，這樣的技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用。氮化鎵基底沒(méi)有藍(lán)寶石基底的缺陷，且可以提高電流密度，散熱增加0.4%-0.5%，LED亮度更好。

除了發(fā)光效率，成本上LED下降也很快。一項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化通常會(huì)受到成本的制約。有時(shí)候人們會(huì)說(shuō)一千流明有多少成本?中村修二介紹，使用氮化鎵基底，電流密度可以增長(zhǎng)10%，可以大幅降低成本，對(duì)現(xiàn)在LED的貢獻(xiàn)不止10%。氮化鎵基底的成本也許會(huì)增加30-40%，但是它的發(fā)光密度會(huì)增加40%以上，總體算下來(lái)還是很合算。

氮化鎵基底還可以減少LED模塊的數(shù)量。對(duì)于一些電光源，過(guò)去用藍(lán)寶石基底需要7個(gè)模塊，現(xiàn)在用氮化鎵基底可以只用一個(gè)氮化鎵基底。

總體來(lái)看，氮化鎵比藍(lán)寶石基底的LED更好，而且成本下降，能夠滿(mǎn)足現(xiàn)有LED技術(shù)要求，電流密度可比以前增加10倍，照明質(zhì)量更高。中村修二對(duì)LED照明應(yīng)用很有信心。他相信，隨著未來(lái)產(chǎn)業(yè)中LED技術(shù)的加速采用，發(fā)光質(zhì)量的提升和總體成本的下降，LED照明將會(huì)有一個(gè)光明的未來(lái)。

未來(lái)十年新技術(shù)怎樣影響照明系統(tǒng)

LED產(chǎn)業(yè)已經(jīng)獲得了整個(gè)業(yè)界的支持和扶持，可說(shuō)是勢(shì)不可擋。但是人類(lèi)究竟需要什么樣的照明?未來(lái)會(huì)有什么樣的新技術(shù)?這些新技術(shù)會(huì)對(duì)LED照明產(chǎn)生怎樣的影響?

回溯過(guò)去可以更好地預(yù)測(cè)未來(lái)。黃光LED發(fā)明人George Craford教授展示了過(guò)去十年LED性能的變化。從最開(kāi)始采用甲基熒光粉的LED，到LED發(fā)光亮度發(fā)展到接近100流明，但LED燈非常昂貴，直到1986年LED技術(shù)出現(xiàn)了更好的發(fā)展，在具備同樣照明亮度的情況下，LED每流明價(jià)格大幅降低。多年來(lái)LED照明一直在不斷研發(fā)，也出現(xiàn)了很多新的技術(shù)，使得現(xiàn)在LED亮度有了近十倍的改善，伴隨著每一次改善我們都會(huì)看到每流明的成本下降。

黃光發(fā)明人George Craford教授

現(xiàn)在出現(xiàn)了革命性的發(fā)展。George Craford指出，目前可以看到，每瓦特流明預(yù)計(jì)2020年會(huì)翻一番，成本會(huì)下降10倍。

過(guò)去十年LED的性能革命

封裝對(duì)降低成本是一個(gè)非常重要的因素。過(guò)去使用陶瓷的封裝使得成本不斷下降，針對(duì)客戶(hù)想要的應(yīng)用，也出現(xiàn)了多種多樣的封裝。即使是陶瓷的封裝也有變化。色彩的控制也是消費(fèi)者想要的。比如飛利浦有LUXEON TX產(chǎn)品，它有非常好的熱性能、色彩的控制。LED性能不斷上升，2010年末到2012年性能上升了23%，現(xiàn)在性能又進(jìn)一步上升了15%，總體上出現(xiàn)了40%以上的性能提高。

接下來(lái)十年當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)什么樣的狀況?George Craford表示，首先是每瓦流明數(shù)和每美元流明數(shù)不斷提升，發(fā)光質(zhì)量持續(xù)優(yōu)化，而且燈的質(zhì)量也會(huì)不斷上升。其次是現(xiàn)在的一些新技術(shù)可能會(huì)對(duì)未來(lái)照明產(chǎn)生影響，但是還很難指出哪個(gè)技術(shù)更重要。不僅僅是LED照明本身，接下來(lái)的十年當(dāng)中整個(gè)照明系統(tǒng)都會(huì)出現(xiàn)變化。要生產(chǎn)一個(gè)高效的LED，要有電效率、轉(zhuǎn)化效率等參數(shù)。LED底部熒光粉轉(zhuǎn)換效率上，目前綠光和藍(lán)光的效率幾乎接近實(shí)際的限值，要繼續(xù)提高性能，就必須在這些而不只是一個(gè)領(lǐng)域做出改進(jìn)。如果將來(lái)有窄帶系的熒光粉，則可以繼續(xù)提高照明績(jī)效20%，隨著熒光粉的改進(jìn)照明績(jī)效也會(huì)進(jìn)一步上升?，F(xiàn)在的顯色指數(shù)(CRI)也不是很好。下圖中顯示出兩個(gè)紅色的熒光粉。紅色熒光粉只要稍微調(diào)整CRI就會(huì)出現(xiàn)改變，這說(shuō)明顯色指數(shù)并不是想象中那么重要。也許在接下來(lái)的十年，會(huì)有技術(shù)突破發(fā)生，人們可以找到比CRI更好的系數(shù)。

顯色指數(shù)受到其他因素的影響而發(fā)生變化

什么樣的技術(shù)突破比較重要呢?一是可以降低成本。利用極化的和非極化的氮化鎵作為基板，使基板的成本不斷下降。二是提升發(fā)光效率。George Craford稱(chēng)，現(xiàn)在高性能的綠光還沒(méi)有出現(xiàn)，如果把紅、綠、藍(lán)色光結(jié)合在一起就需要有效的綠光，這是一個(gè)棘手的問(wèn)題。如果獲得比較好的CRI，從理論上來(lái)講可以獲得更大的效率。三是沖破固有理念。如果利用激光或者窄截距的光源，可以獲得比較好的光束，但是在這些不同的光線(xiàn)當(dāng)中會(huì)有一些顏色的局限。因此，在色彩方面還是需要做出進(jìn)一步的研發(fā)工作，以便研發(fā)出多色彩的LED燈。四是，熒光粉是否可以應(yīng)用在碳化硅、氮化鎵以及一氧化鋅襯底當(dāng)中?是否有好的方法實(shí)現(xiàn)光子結(jié)構(gòu)的應(yīng)用?還有散熱等問(wèn)題也需要關(guān)注。

第三，照明系統(tǒng)將從“替代”階段繼續(xù)演進(jìn)，繼而出現(xiàn)新的應(yīng)用。從歷史延續(xù)來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有白熾燈階段就不可能有LED燈泡。George Craford尤其指出，那么，是否還可以利用其他的方式去替代LED燈，或者替代熒光粉，使得所有的燈具都出現(xiàn)很多的變化?是否可以最優(yōu)地利用LED?事實(shí)上有時(shí)候新事物出現(xiàn)的速度比我們想象的快，比如數(shù)字顏色的改變還有動(dòng)作的感知、燈的通信等。思索人們究竟需要什么樣的照明，這個(gè)問(wèn)題很有意義。[!--empirenews.page--]

第四是光與健康生活的問(wèn)題。藍(lán)光可以對(duì)人們的健康產(chǎn)生很重要的影響。飛利浦公司和大學(xué)研究機(jī)構(gòu)合作也作了一些研究。如果是帶藍(lán)光的白光會(huì)影響人們的生物節(jié)律，如果藍(lán)光越多的話(huà)，褪黑素就會(huì)越少。如果光源能夠調(diào)節(jié)，學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)會(huì)比原來(lái)提高。他們的注意力也可增加70%。也許可以把LED嵌入到衣服當(dāng)中。新的設(shè)計(jì)概念出現(xiàn)會(huì)影響我們的生活。

OLED會(huì)威脅到 LED嗎

LED已然受到熱捧，前途一片光明。但OLED也在進(jìn)入照明領(lǐng)域。

LED和OLED的區(qū)別很大。LED是一個(gè)晶體點(diǎn)光源，OLED實(shí)際上是一個(gè)擴(kuò)散的光源區(qū)域，可以做成幾米長(zhǎng)，是有機(jī)質(zhì)的薄膜。目前OLED正延伸到屏幕上的應(yīng)用，試圖取代LCD。

以O(shè)LED為基礎(chǔ)的小型屏幕大約在2000年時(shí)就在手機(jī)上得到應(yīng)用。相對(duì)于多層的LCD，OLED只有兩層，通電之后就可以發(fā)光。OLED的發(fā)光層材料與LED和LCD的最大不同就是，OLED是自我發(fā)光，關(guān)掉電源不能發(fā)光。因此，如果用它做屏幕或者顯示屏，OLED的對(duì)比度很高。對(duì)于光源來(lái)講，OLED對(duì)于顯示屏來(lái)講非常重要。

鄧青云教授

在很多應(yīng)用中可以發(fā)揮OLED的優(yōu)勢(shì)。比如三星用OLED的技術(shù)做了大概超過(guò)5億個(gè)手機(jī)。Iphone 5S也使用了OLED。鄧青云指出，事實(shí)上現(xiàn)在OLED在顯示屏上和LED差不多。如果想要在電視上應(yīng)用OLED，則還需要跨越很多的障礙。但現(xiàn)在香港和美國(guó)都已有應(yīng)用，2013年10月份香港已經(jīng)有了OLED電視，是55英寸的LG可卷曲顯示屏，比LED的性能更好。三星認(rèn)為OLED屏幕電視會(huì)取代LCD電視，并做了很多努力。松下公司也在發(fā)展OLED技術(shù)。調(diào)研公司DisplaySearch預(yù)測(cè)，未來(lái)在電視市場(chǎng)中2016年電視用貨量將超過(guò)250Million臺(tái)。

OLED的電視出貨量預(yù)測(cè)

鄧青云介紹，LED有非常多的藍(lán)光，但是綠光不足。相比之下，OLED綠光非常多，藍(lán)光非常少，所以可以做很柔和的光線(xiàn)，這是OLED的特點(diǎn)。在照明領(lǐng)域，由于OLED是分散式的光源，它的2GB顏色效率非常高。分散的光源不能作為點(diǎn)光源使用，因此，現(xiàn)在OLED主要是應(yīng)用在裝飾中，還沒(méi)有應(yīng)用在普通的照明中。但鄧青云表示，如果把成本降下來(lái)，OLED應(yīng)該是未來(lái)很重要的普通照明光源。

OLED的性能在進(jìn)步，目前的發(fā)光效率已經(jīng)達(dá)到90流明，壽命達(dá)到一萬(wàn)小時(shí)以上。普林斯頓大學(xué)和加州大學(xué)也做了研究，根據(jù)他們的研究，OLED的效率可以達(dá)到100%。OLED的出光有時(shí)候會(huì)有一些損失，最大的問(wèn)題就是藍(lán)光的問(wèn)題，它的藍(lán)光壽命很短。想要提高OLED發(fā)光效率，要同時(shí)提高和優(yōu)化它的結(jié)構(gòu)。鄧青云透露，在OLED顯示屏領(lǐng)域有幾十億的投資，在開(kāi)發(fā)第五代到第八代的顯示屏，最終也會(huì)波及照明業(yè)的發(fā)展。

封裝技術(shù)和材料會(huì)助推OLED的未來(lái)應(yīng)用。鄧青云教授指出，一位大學(xué)教授開(kāi)發(fā)了一個(gè)OLED的結(jié)構(gòu)，已經(jīng)達(dá)到了100流明每瓦。如果制造出OLED結(jié)構(gòu)的話(huà)，就能使它的出光率更高。如果對(duì)OLED基底做一個(gè)特殊的處理，發(fā)光效率可以達(dá)到110流明，前提是必須要保證塑料耐用，因此要考慮到封裝技術(shù)是否好。

現(xiàn)在，歐司朗的OLED電燈已經(jīng)出現(xiàn)。鄧青云相信，隨著技術(shù)的進(jìn)步，OLED未來(lái)會(huì)更便宜更好。

與新技術(shù)相遇

可以發(fā)現(xiàn)，OLED在顯示屏上和LED差不多，而且在手機(jī)當(dāng)中也有大量出貨。有理由推測(cè)，在非點(diǎn)光源領(lǐng)域，隨著OLED的成本降低，OLED與LED將有一個(gè)應(yīng)用市場(chǎng)的交集和競(jìng)爭(zhēng)。而在OLED電視方面，LG已經(jīng)開(kāi)發(fā)出可卷曲55英寸顯示屏，這對(duì)該市場(chǎng)的LED照明來(lái)說(shuō)也是一個(gè)信號(hào)，就是它已經(jīng)和OLED迎面輕微相撞。LED如天馬出群眾星捧月，OLED則如龍居淺水，初露升騰。OLED潛伏著什么樣的機(jī)遇?未來(lái)的碰撞程度會(huì)如何呢?就目前的LED市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，如George Craford所言，人們究竟需要什么樣的照明?也還需要我們繼續(xù)挖掘、研究。也許還可以利用其他的方式去替代LED燈，或者替代熒光粉，使得所有的燈具都出現(xiàn)很多的變化。

技術(shù)的前行是必然規(guī)律，我們正與新技術(shù)同行。