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LED照明產業:技術整合帶來應用創新

作者: 時間:2014-01-22 來源:中國半導體照明網 收藏

  此前,黃光發明人、PhilpsLumileds院士喬治·克勞福德(GeorgeCraford)發表了題為《半導體發展趨向及未來十年展望》的報告,他分別從發展的簡要歷史、性能表現、封裝和性能發展趨勢、未來十年產業發展展望等方面向與會者分享其精彩觀點。

本文引用地址:http://www.j9360.com/article/215846.htm

  喬治·克勞福德指出,過去十年中產業持續快速發展,通過現有技術的不斷優化、新技術的不斷發展,LED在光效、綜合性價比及光色表現方面持續進步。新技術的不斷出現和發展肯定會對產業的發展產生積極的影響,但究竟哪種技術會成為最重要的技術趨勢目前還無法下定論,需要持續觀察。智能控制系統將在替代照明階段不斷與LED照明相融合,未來整個產業將向著創新應用的方向持續發展。

  未來LED照明將從技術整合的角度繼續尋找產業發展的推動力,而封裝環節或許將發揮更加重要的作用。未來十年LED照明產業的發展將在技術突破的基礎上進一步開啟創新性應用的新動力,固態照明將在全球范圍內提供更加舒適、平衡的光環境。

  技術提升和成本降低仍在進行

  回顧整個LED照明的發展歷程,隨著LED紅光、藍光和綠光的陸續發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,推動整個產業快速發展。

  據美國DOE2013年4月發布的LED照明產業發展規劃顯示,從LED器件性能表現來看,冷白光LED器件2013年的光效表現為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照明產品性能翻倍提升,同時價格迅速下降,LED照明產業的發展已經到了市場突破的關鍵時期。

  封裝將圍繞應用需求提升性價比

  現在LED照明器件已經可以獲得相比原來提升數十倍的光效,整個產業的發展從技術進步的角度來看,已經擁有了更好的生產工藝、襯底技術、封裝形式,以及光品質的極大提升。未來的LED照明產業將綜合所有這些因素進一步尋求產業發展的推動力,所有這些因素中,封裝環節將起著非常重要的作用。

  從LED封裝技術的演進來看,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。現在封裝技術向著更大功率、更多光通量的方向發展,當然這樣的系統比較復雜,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。目前封裝產品的形式越來越多,產品線也非常豐富,產品開發最核心的原則就是圍繞應用的需求進行規格和產品形式的設計。

  Philipslumileds公司也推出了LUXEONT系列的最新產品LUXEONTX系列產品,顏色控制在3~5步麥克亞當橢圓內的3737封裝,在85℃、700mA電流、低壓2.8V條件下,散熱表現非常好,達到3K/W,此款產品可以用于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。該系列產品的顯色指數有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產品的性能又提升了15%。LED封裝器件產品性能的迅速提升也促使終端照明燈具成本持續下降。

  未來十年:整合創新

  LED照明產業仍然會通過更加深入的優化已有的和新涌現的技術,從而在光效、性價比及照明品質方面繼續提升。整體量子效率、光提取效率、電轉化效率、插座效率、轉換效率等都會對LED整體出光產生影響。智能系統的發展也將融入到從替換市場到創新市場的轉變過程中。

  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會降低流明輸出量,同時對于顯色指數的提升作用也是非常有限的。如果降低紅色熒光粉的發射寬度可以將暖白光的顯色指數提升20%。一旦紅色熒光粉的波長變窄,顯色指數和流明輸出對于紅色熒光粉的發射波長就變得非常敏感,這表明顯色指數不是個很好的指標,也許在未來十年會找到更好的色評價指標。

  LED照明產業的持續發展中,技術突破真的很重要嗎?從整體產業鏈的角度,技術突破的方向很多。光衰減的不再下滑可以大幅度提升性價比(lm/$)嗎?可以從新型襯底結構、基板、生長技術等方面繼續探索。新型襯底如碳化硅,氮化,氧化鋅等都在研發中,還需要研究熒光粉是否可以應用在其他結構當中,光子的結構已經研究了十年,是否有一些更好的實現光子結構的想法。散熱的問題也是值得關注和進一步突破的。

  未來可以生產非常明亮的白光設備,但目前仍無法生產出更高效的綠光LED,如果要將紅、綠、藍色芯片結合在一起產生白光,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、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工作,需要研發出多色彩的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,幾乎每種新光源的出現都會引發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,因此如何最優化的利用LED光源是需要結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品的開發和使用。最后,替換時期,LED照明與傳統照明設備的連接和融合都是需要考慮的問題。

  未來產業發展中數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造性?太陽能與LED照明的聯姻是否可以從離網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、人體藝術等更加廣泛的應用中?全新的設計理念是否會出現?這些都是未來十年LED照明產業需要繼續深入研究的問題。

  總之,LED技術從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倍的規律快速發展。如今,LED照明產業已經從光效推動更多地轉向器件推動。隨著通用照明領域的廣泛應用,成本下降仍然是產業發展的重要驅動力。技術突破和照明系統的持續發展將使得未來十年LED照明呈現出不一樣的“照明世界”。



關鍵詞: LED 照明

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