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

LED黃光發(fā)明人、Philps Lumileds院士喬治·克勞福德(GeorgeCraford)發(fā)表了題為《半導(dǎo)體照明發(fā)展趨向及未來十年展望》的報(bào)告，他分別從LED發(fā)展的簡(jiǎn)要?dú)v史、性能表現(xiàn)、封裝和性能發(fā)展趨勢(shì)、未來十年產(chǎn)業(yè)發(fā)展展望等方面向與會(huì)者分享其精彩觀點(diǎn)。

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(jià)比及光色表現(xiàn)方面持續(xù)進(jìn)步。新技術(shù)的不斷出現(xiàn)和發(fā)展肯定會(huì)對(duì)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(shì)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(gè)產(chǎn)業(yè)將向著創(chuàng)新應(yīng)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(dòng)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(chǔ)上進(jìn)一步開啟創(chuàng)新性應(yīng)用的新動(dòng)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(jìn)行

回顧整個(gè)LED照明的發(fā)展歷程，隨著LED紅光、藍(lán)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(dòng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。

據(jù)美國(guó)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(yù)計(jì)2020年達(dá)到235lm/W，最終目標(biāo)為266lm/W。從綜合性價(jià)比的角度，LED冷白光器件2013年為4$/klm，2020年將達(dá)到0.7$/klm，目標(biāo)為0.5$/klm。而暖白光LED器件的性能表現(xiàn)為，2013年129lm/W，2020年將達(dá)到224lm/W，最終達(dá)到266lm/W;性價(jià)比的角度，2013年為5.1$/klm，2020年為0.7$/klm，目標(biāo)為0.5$/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(yīng)用需求提升性價(jià)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(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從技術(shù)進(jìn)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(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(jié)將起著非常重要的作用。

從LED封裝技術(shù)的演進(jìn)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(dá)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(dāng)然這樣的系統(tǒng)比較復(fù)雜，而且也面臨著進(jìn)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(yīng)用的需求進(jìn)行規(guī)格和產(chǎn)品形式的設(shè)計(jì)。

Philips lumileds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(dāng)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(dá)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(dá)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(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(xù)下降。

未來十年：整合創(chuàng)新

LED照明產(chǎn)業(yè)仍然會(huì)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(jià)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(huì)對(duì)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(chǎng)到創(chuàng)新市場(chǎng)的轉(zhuǎn)變過程中。

目前紅色熒光粉的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，大約在90～100nm，通過遠(yuǎn)紅熒光粉的激發(fā)會(huì)降低流明輸出量，同時(shí)對(duì)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(zhǎng)變窄，顯色指數(shù)和流明輸出對(duì)于紅色熒光粉的發(fā)射波長(zhǎng)就變得非常敏感，這表明顯色指數(shù)不是個(gè)很好的指標(biāo)，也許在未來十年會(huì)找到更好的色評(píng)價(jià)指標(biāo)。

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(jià)比(lm/$)嗎?可以從新型襯底結(jié)構(gòu)、基板、生長(zhǎng)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(yīng)用在其他結(jié)構(gòu)當(dāng)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(shí)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(jìn)一步突破的。

未來可以生產(chǎn)非常明亮的白光設(shè)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(lán)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(dāng)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(duì)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(xiàn)，幾乎每種新光源的出現(xiàn)都會(huì)引發(fā)照明燈具和應(yīng)用方式的革新，LED也需要在燈具形式及應(yīng)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(jié)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(lán)光的含量問題，這方面需要以進(jìn)一步的研究為基礎(chǔ)指導(dǎo)產(chǎn)品的開發(fā)和使用。最后，替換時(shí)期，LED照明與傳統(tǒng)照明設(shè)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(yīng)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(yīng)用中?全新的設(shè)計(jì)理念是否會(huì)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(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(guī)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(zhuǎn)向器件推動(dòng)。隨著通用照明領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，成本下降仍然是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)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”。