LED照明产业：技术整合带来应用创新

LED黄光发明人、Philps Lumileds院士乔治·克劳福德(GeorgeCraford)发表了题为《半导体照明发展趋向及未来十年展望》的报告，他分别从LED发展的简要历史、性能表现、封装和性能发展趋势、未来十年产业发展展望等方面向与会者分享其精彩观点。

乔治·克劳福德指出，过去十年中LED照明产业持续快速发展，通过现有技术的不断优化、新技术的不断发展，LED照明在光效、综合性价比及光色表现方面持续进步。新技术的不断出现和发展肯定会对产业的发展产生积极的影响，但究竟哪种技术会成为最重要的技术趋势目前还无法下定论，需要持续观察。智能控制系统将在替代照明阶段不断与LED照明相融合，未来整个产业将向着创新应用的方向持续发展。

未来LED照明将从技术整合的角度继续寻找产业发展的推动力，而封装环节或许将发挥更加重要的作用。未来十年LED照明产业的发展将在技术突破的基础上进一步开启创新性应用的新动力，固态照明将在全球范围内提供更加舒适、平衡的光环境。

技术提升和成本降低仍在进行

回顾整个LED照明的发展历程，随着LED红光、蓝光和绿光的陆续发明和效率的快速提升，最终诞生LED白光，LED真正成为一种可以照明的光源，而且白光光效迅速提升，推动整个产业快速发展。

据美国DOE2013年4月发布的LED照明产业发展规划显示，从LED器件性能表现来看，冷白光LED器件2013年的光效表现为164lm/W，预计2020年达到235lm/W，最终目标为266lm/W。从综合性价比的角度，LED冷白光器件2013年为4$/klm，2020年将达到0.7$/klm，目标为0.5$/klm。而暖白光LED器件的性能表现为，2013年129lm/W，2020年将达到224lm/W，最终达到266lm/W;性价比的角度，2013年为5.1$/klm，2020年为0.7$/klm，目标为0.5$/klm。目前LED照明产品性能翻倍提升，同时价格迅速下降，LED照明产业的发展已经到了市场突破的关键时期。

封装将围绕应用需求提升性价比

现在LED照明器件已经可以获得相比原来提升数十倍的光效，整个产业的发展从技术进步的角度来看，已经拥有了更好的生产工艺、衬底技术、封装形式，以及光品质的极大提升。未来的LED照明产业将综合所有这些因素进一步寻求产业发展的推动力，所有这些因素中，封装环节将起着非常重要的作用。

从LED封装技术的演进来看，2000年以前，封装的芯片尺寸基本小于0.35mm2，输入功率小于0.1W。2000-2008年LED封装的芯片尺寸可以做到大于1mm2，输入功率也可以达到1～5W。现在封装技术向着更大功率、更多光通量的方向发展，当然这样的系统比较复杂，而且也面临着进一步降低成本的问题。以陶瓷封装为例，虽然这种封装没有使得性能提升的那么迅速，但是成本大幅降低。目前封装产品的形式越来越多，产品线也非常丰富，产品开发最核心的原则就是围绕应用的需求进行规格和产品形式的设计。

Philips lumileds公司也推出了LUXEONT系列的最新产品LUXEONTX系列产品，颜色控制在3～5步麦克亚当椭圆内的3737封装，在85℃、700mA电流、低压2.8V条件下，散热表现非常好，达到3K/W，此款产品可以用于50W的MR16，也可用于户外路灯照明，在350mA输入电流条件下，整灯光效达到120lm/W。该系列产品的显色指数有70、80、85和90，色温涵盖从2700K～6500K等多个范围，这样就保证了可以用于几乎所有的照明场合。从2011年Q4到2012年Q4，LUXEONT系列封装性能提升了23%。2013年Q4，LUXEONTX产品的性能又提升了15%。LED封装器件产品性能的迅速提升也促使终端照明灯具成本持续下降。

未来十年：整合创新

LED照明产业仍然会通过更加深入的优化已有的和新涌现的技术，从而在光效、性价比及照明品质方面继续提升。整体量子效率、光提取效率、电转化效率、插座效率、转换效率等都会对LED整体出光产生影响。智能系统的发展也将融入到从替换市场到创新市场的转变过程中。

目前红色荧光粉的波长较长，大约在90～100nm，通过远红荧光粉的激发会降低流明输出量，同时对于显色指数的提升作用也是非常有限的。如果降低红色荧光粉的发射宽度可以将暖白光的显色指数提升20%。一旦红色荧光粉的波长变窄，显色指数和流明输出对于红色荧光粉的发射波长就变得非常敏感，这表明显色指数不是个很好的指标，也许在未来十年会找到更好的色评价指标。

LED照明产业的持续发展中，技术突破真的很重要吗?从整体产业链的角度，技术突破的方向很多。光衰减的不再下滑可以大幅度提升性价比(lm/$)吗?可以从新型衬底结构、基板、生长技术等方面继续探索。新型衬底如碳化硅，氮化，氧化锌等都在研发中，还需要研究荧光粉是否可以应用在其他结构当中，光子的结构已经研究了十年，是否有一些更好的实现光子结构的想法。散热的问题也是值得关注和进一步突破的。

未来可以生产非常明亮的白光设备，但目前仍无法生产出更高效的绿光LED，如果要将红、绿、蓝色芯片结合在一起产生白光，那么必须要有高效的绿光才可以，目前还没有找到提升绿光效率的较好突破口。从理论上讲可以获得更好显色指数、更高效的光源，在这方面，或许可以利用激光或者窄截距的光源，从而获得更好的光束，但是在这些不同的光线当中会有一些颜色方面的局限。在色彩方面还是需要做出进一步的研发工作，需要研发出多色彩的LED灯。

对于照明需求的理解需要更进一步深化，目前LED照明还处于替换时期，从白炽灯到荧光灯再到LED光源灯具的出现，几乎每种新光源的出现都会引发照明灯具和应用方式的革新，LED也需要在灯具形式及应用方式方面做更多的创新。比如，目前的天花板照明如果用LED光源进行替换，是做成格栅灯还是做成天花灯，这些都需要思考，因此如何最优化的利用LED光源是需要结合照明需求进行深入研究的课题。

另外，从健康照明的角度，需要控制LED蓝光的含量问题，这方面需要以进一步的研究为基础指导产品的开发和使用。最后，替换时期，LED照明与传统照明设备的连接和融合都是需要考虑的问题。

未来产业发展中数字照明革命将在多大程度上延伸到颜色变换、人的行为感应和社交中?天花照明将从灯槽或者点光源的形式向更大面积的“天空照明”(由颜色可变的、可以控制的LED颗粒组成)。什么样的照明将有助于人类的健康并使人更具有创造性?太阳能与LED照明的联姻是否可以从离网灯具和路灯推广至无需能源供给的家庭照明中?LED是否可以嵌入到建筑物、家具、人体艺术等更加广泛的应用中?全新的设计理念是否会出现?这些都是未来十年LED照明产业需要继续深入研究的问题。

总之，LED技术从1962年开始就在光效和性价比两个维度遵循每十年光效提升20倍，成本降低10倍的规律快速发展。如今，LED照明产业已经从光效推动更多地转向器件推动。随着通用照明领域的广泛应用，成本下降仍然是产业发展的重要驱动力。技术突破和照明系统的持续发展将使得未来十年LED照明呈现出不一样的“照明世界”。