|
來源：中國半導體照明網 作者：孫俊杰 在日前舉辦的第十屆中國國際半導體照明論壇(CHINASSL2013)上，藍光LED發明人中村修二教授、黃光LED發明人George Craford教授及OLED發明人鄧青云教授齊聚一堂，他們從自己對技術和產業的角度闡述半導體照明新技術的未來發展前景，成為LED論壇史無前例的盛況。 LED照明前景可期 在中村修二指出，LED照明將是未來的一個發展趨勢。 他從技術的角度，就半導體照明技術的第一代LED以及第二代LED做了分析對比。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。 通過利用半極化和非極化，可以有效提高發光效率。2007年，中村修二研發團隊發現，利用半極化和非極化平面，可使LED發光成本降低50%，發光率增長50%，這樣的技術已經應用。氮化鎵基底沒有藍寶石基底的缺陷，且可以提高電流密度，散熱增加0.4%-0.5%，LED亮度更好。 除了發光效率，成本上LED下降也很快。一項技術的產業化通常會受到成本的制約。有時候人們會說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10%，可以大幅降低成本，對現在LED的貢獻不止10%。氮化鎵基底的成本也許會增加30-40%，但是它的發光密度會增加40%以上，總體算下來還是很合算。 氮化鎵基底還可以減少LED模塊的數量。對于一些電光源，過去用藍寶石基底需要7個模塊，現在用氮化鎵基底可以只用一個氮化鎵基底。 總體來看，氮化鎵比藍寶石基底的LED更好，而且成本下降，能夠滿足現有LED技術要求，電流密度可比以前增加10倍，照明質量更高。中村修二對LED照明應用很有信心。他相信，隨著未來產業中LED技術的加速采用，發光質量的提升和總體成本的下降，LED照明將會有一個光明的未來。 未來十年新技術怎樣影響照明系統 LED產業已經獲得了整個業界的支持和扶持，可說是勢不可擋。但是人類究竟需要什么樣的照明?未來會有什么樣的新技術?這些新技術會對LED照明產生怎樣的影響? 回溯過去可以更好地預測未來。黃光LED發明人George Craford教授展示了過去十年LED性能的變化。從最開始采用甲基熒光粉的LED，到LED發光亮度發展到接近100流明，但LED燈非常昂貴，直到1986年LED技術出現了更好的發展，在具備同樣照明亮度的情況下，LED每流明價格大幅降低。多年來LED照明一直在不斷研發，也出現了很多新的技術，使得現在LED亮度有了近十倍的改善，伴隨著每一次改善我們都會看到每流明的成本下降。 現在出現了革命性的發展。George Craford指出，目前可以看到，每瓦特流明預計2020年會翻一番，成本會下降10倍。 
過去十年LED的性能革命 封裝對降低成本是一個非常重要的因素。過去使用陶瓷的封裝使得成本不斷下降，針對客戶想要的應用，也出現了多種多樣的封裝。即使是陶瓷的封裝也有變化。色彩的控制也是消費者想要的。比如飛利浦有LUXEON TX產品，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%，現在性能又進一步上升了15%，總體上出現了40%以上的性能提高。 接下來十年當中會出現什么樣的狀況?George Craford表示，首先是每瓦流明數和每美元流明數不斷提升，發光質量持續優化，而且燈的質量也會不斷上升。其次是現在的一些新技術可能會對未來照明產生影響，但是還很難指出哪個技術更重要。不僅僅是LED照明本身，接下來的十年當中整個照明系統都會出現變化。要生產一個高效的LED，要有電效率、轉化效率等參數。LED底部熒光粉轉換效率上，目前綠光和藍光的效率幾乎接近實際的限值，要繼續提高性能，就必須在這些而不只是一個領域做出改進。如果將來有窄帶系的熒光粉，則可以繼續提高照明績效20%，隨著熒光粉的改進照明績效也會進一步上升。現在的顯色指數(CRI)也不是很好。下圖中顯示出兩個紅色的熒光粉。紅色熒光粉只要稍微調整CRI就會出現改變，這說明顯色指數并不是想象中那么重要。也許在接下來的十年，會有技術突破發生，人們可以找到比CRI更好的系數。
顯色指數受到其他因素的影響而發生變化 什么樣的技術突破比較重要呢?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。二是提升發光效率。George Craford稱，現在高性能的綠光還沒有出現，如果把紅、綠、藍色光結合在一起就需要有效的綠光，這是一個棘手的問題。如果獲得比較好的CRI，從理論上來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當中會有一些顏色的局限。因此，在色彩方面還是需要做出進一步的研發工作，以便研發出多色彩的LED燈。四是，熒光粉是否可以應用在碳化硅、氮化鎵以及一氧化鋅襯底當中?是否有好的方法實現光子結構的應用?還有散熱等問題也需要關注。 第三，照明系統將從“替代”階段繼續演進，繼而出現新的應用。從歷史延續來說，如果沒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很多的變化?是否可以最優地利用LED?事實上有時候新事物出現的速度比我們想象的快，比如數字顏色的改變還有動作的感知、燈的通信等。思索人們究竟需要什么樣的照明，這個問題很有意義。 第四是光與健康生活的問題。藍光可以對人們的健康產生很重要的影響。飛利浦公司和大學研究機構合作也作了一些研究。如果是帶藍光的白光會影響人們的生物節律，如果藍光越多的話，褪黑素就會越少。如果光源能夠調節，學生的學習成績會比原來提高。他們的注意力也可增加70%。也許可以把LED嵌入到衣服當中。新的設計概念出現會影響我們的生活。 OLED會威脅到 LED嗎 LED已然受到熱捧，前途一片光明。但OLED也在進入照明領域。 LED和OLED的區別很大。LED是一個晶體點光源，OLED實際上是一個擴散的光源區域，可以做成幾米長，是有機質的薄膜。目前OLED正延伸到屏幕上的應用，試圖取代LCD。 以OLED為基礎的小型屏幕大約在2000年時就在手機上得到應用。相對于多層的LCD，OLED只有兩層，通電之后就可以發光。OLED的發光層材料與LED和LCD的最大不同就是，OLED是自我發光，關掉電源不能發光。因此，如果用它做屏幕或者顯示屏，OLED的對比度很高。對于光源來講，OLED對于顯示屏來講非常重要。 在很多應用中可以發揮OLED的優勢。比如三星用OLED的技術做了大概超過5億個手機。Iphone 5S也使用了OLED。鄧青云指出，事實上現在OLED在顯示屏上和LED差不多。如果想要在電視上應用OLED，則還需要跨越很多的障礙。但現在香港和美國都已有應用，2013年10月份香港已經有了OLED電視，是55英寸的LG可卷曲顯示屏，比LED的性能更好。三星認為OLED屏幕電視會取代LCD電視，并做了很多努力。松下公司也在發展OLED技術。調研公司DisplaySearch預測，未來在電視市場中2016年電視用貨量將超過250Million臺。
OLED的電視出貨量預測 鄧青云介紹，LED有非常多的藍光，但是綠光不足。相比之下，OLED綠光非常多，藍光非常少，所以可以做很柔和的光線，這是OLED的特點。在照明領域，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光源使用，因此，現在OLED主要是應用在裝飾中，還沒有應用在普通的照明中。但鄧青云表示，如果把成本降下來，OLED應該是未來很重要的普通照明光源。 OLED的性能在進步，目前的發光效率已經達到90流明，壽命達到一萬小時以上。普林斯頓大學和加州大學也做了研究，根據他們的研究，OLED的效率可以達到100%。OLED的出光有時候會有一些損失，最大的問題就是藍光的問題，它的藍光壽命很短。想要提高OLED發光效率，要同時提高和優化它的結構。鄧青云透露，在OLED顯示屏領域有幾十億的投資，在開發第五代到第八代的顯示屏，最終也會波及照明業的發展。 封裝技術和材料會助推OLED的未來應用。鄧青云教授指出，一位大學教授開發了一個OLED的結構，已經達到了100流明每瓦。如果制造出OLED結構的話，就能使它的出光率更高。如果對OLED基底做一個特殊的處理，發光效率可以達到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是否好。 現在，歐司朗的OLED電燈已經出現。鄧青云相信，隨著技術的進步，OLED未來會更便宜更好。 與新技術相遇 可以發現，OLED在顯示屏上和LED差不多，而且在手機當中也有大量出貨。有理由推測，在非點光源領域，隨著OLED的成本降低，OLED與LED將有一個應用市場的交集和競爭。而在OLED電視方面，LG已經開發出可卷曲55英寸顯示屏，這對該市場的LED照明來說也是一個信號，就是它已經和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潛伏著什么樣的機遇?未來的碰撞程度會如何呢?就目前的LED市場來說，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很多的變化。 技術的前行是必然規律，我們正與新技術同行。 |
