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從芯片、封裝、應用三大層面解讀LED照明技術
2014/11/1 10:52:33

  在LED照明技術持續發展及社會對能源危機日益重視的今天,LED照明行業迎來全面爆發期,吸引眾多資金及企業涌入,由此照明市場的競爭也日益激烈。

  如果從LED照明技術的發展來看,可以從三個方面來講,一個是芯片層面,一個是封裝層面,一個是應用層面。芯片層面主要關注LED的制成技術;封裝層面主要是如何把LED芯片轉換成可以用來照明的燈珠或是光源;LED應用層面技術發展相對復雜,主要包括電子控制技術的發展、新型材料的發展和使用,環境照明質量評價技術的發展和完善。

  芯片層面

  一直以追求高的發光效率為LED芯片技術發展的動力。倒裝技術是目前獲取高效大功率LED芯片的主要技術之一,襯底材料中藍寶石和與之配套的垂直結構的激光襯底剝離技術(LLO)和新型鍵合技術仍將在較長時間內占統治地位。

  但在不久的將來,采用金屬半導體結構,改善歐姆接觸,提高晶體質量,改善電子遷移率和電注入效率,同時通過LED芯片外形表面粗化和光子晶體,高反射率鏡面,透明電極改善提取光效率,那時白光LED的總效率可達到52%。

  隨著LED光效的提高,一方面芯片越做越小,在一定大小的外延片上可切割的芯片數越來越多,從而降低單顆芯片的成本,另一方面單芯片功率越做越大,如現在是3W,將來會往5W、10W發展。這對有功率要求的照明應用可以減少芯片使用數,降低應用系統的成本。

  總之,倒裝法、高電壓、硅基氮化鎵仍將是半導體照明芯片的發展方向。

  封裝層面

  芯片級封裝、LED燈絲封裝、高顯色指數及廣色域將是未來封裝工藝的發展趨勢。采用透明導電膜、表面粗化技術、DBR反射器技術來提升LED燈珠的光效正裝封裝仍然是技術主流;同時倒裝結構的COB/COF技術也是封裝廠家關注的重點,集成封裝式光引擎將會成為下一季研發重點。

  去電源方案(高壓LED),COB/COF應用的普及:在成本因素驅動下,去電源方案逐步成為可接受的產品,而高壓LED充分迎合了去電源方案,但其需要解決的是芯片可靠性。憑借低熱阻、光型好、免焊接以及成本低廉等優勢,COB應用在今后將會得到廣泛普及。

  另外,中功率將成為主流封裝方式,目前市場上的產品多為大功率LED產品或是小功率LED產品,它們雖各有優點,但也有著無法克服的缺陷,而結合兩者優點的中功率LED產品應運而生。

  還有就是新材料在封裝中的應用。耐高溫、抗紫外以及低吸水率等更高環境耐受性的材料,如熱固型材料EMC、熱塑性PCT、改性PPA以及類陶瓷塑料等將會被廣泛應用。

  對于光品質的需求,針對室內照明方面,LED顯色指數CRI 以80為標準,以90+為目標,盡量使照明產品的光色接近普朗克曲線,這樣才能改善LED的光品質,今后室內照明也將更關注光的品質。

  通過優化LED封裝技術,光效進一步提高,目前已經超過200lm/W,遠高于其他大量使用的傳統光源。LED燈珠的散熱性能將進一步改善,可靠性進一步提高,燈珠的壽命也會進一步延長,從而光色品質進一步提高,最終人眼舒適度達到進一步改善。

  LED應用研發層面

  目前應用廠家主要通過采用新型散熱材料、先進光學設計與新型光學材料應用等手段實現LED照明產品的成本優化,同時并保證產品性能。

  但在將來,LED照明應用廠家將重點關注這些點:

  1、 基于應用場景要求的可互換LED光引擎技術;

  2、基于物聯網平臺的LED智能照明系統架構技術;

  3、基于可靠性設計的LED照明燈具開發,使用周期內保持顏色/亮度一致性的高性能LED照明燈具開發;

  4、基于大面積高效漫射擴散板技術的燈具開發;

  5、在線光環境體驗的照明系統解決技術和服務系統;

  6、LED光源的色彩豐富特性,這使得情景照明也將是LED照明的核心競爭力。

  傳統照明燈具都是圍繞光源形狀尺寸來設計的,尺寸固定。

  而LED照明燈具的特點是:

  燈具形狀自由,外觀創意;

  燈具尺寸自由,大小靈活;

  燈具光量自由,按需照明;

  燈具光譜自由,光色靈動;

  燈具位置自由,安裝隨意。

  未來LED燈具形狀將不再局限于傳統燈具的形狀,而傾向于形狀自由化和隱藏性。形狀自由一方面滿足個性需求,另一方面則可作為裝飾品進行點綴;而LED的隱藏性將以嵌入式的形式讓照明燈具隱藏起來但又無處不在。

  同時LED照明產品實現光照流明隨意控制,不再局限于某一區域某一情景中固定的瓦數,這將是一個極大的技術進步。

  智能照明:未來發展趨勢

  智能照明是指利用智能客戶端進行信息收集、處理和操控,通過對燈光進行亮度調節、燈光開關機分布控制、光譜調節控制、場景設置等功能,達到安全、節能、健康、舒適等特點。

  智能照明技術的特點包括分布式、遙控遙測、開放式、兼容性、互動性等。

  要達到智能照明,需要具備客戶端智能操作技術和數據采集技術、互聯網數據傳輸技術、云端大數據管理分析技術、客戶在線體驗的情境照明技術,只有以這些技術為基礎,才能真正實現智能照明。

  未來對智能化照明的的要求就是個性化展示、簡易操控、情緒感應。

  家居照明因其照明需求較為簡單,較易操控,因此智能LED照明會從這里出發。但隨著技術的發展,未來即使在公共場合,也需一個良好的照明系統,比如戶外景觀照明對智能化的需求就非常高,但技術難以滿足需求。

  如何突破戶外照明、商業照明等公共場所智能照明的技術瓶頸、價格障礙也已經成為亟待解決的問題。

  智能化是未來生活的必然趨勢。LED燈具智能化只是各種家居設備智能化的一小部分,企業必須要通過技術研發讓燈具變得智能與多樣,以迎合客戶的個性化需求。但是目前智能照明技術由于成本過高、產品匹配性較差等問題,致使LED智能照明產品無法普及。

  隨著技術改進、產品性能趨向穩定、成本降低,智能化LED燈具肯定會廣泛流通于市場。LED企業是否掌握了智能照明技術,并且設計出迎合市場需求的產品和智能控制系統,在很大程度是決定了該企業能否長期發展。

  從使用場景來看,場景不同,照明需求也不一樣。LED室內照明作為LED照明的“一支洪流”,其發展經歷三個主要階段:

  一、完善產品性能。

  在這一階段LED企業著重提高產品效能,保證LED產品的照明質量,諸如提高LED光源、MR16燈杯及LED模組等產品的效能;

  二、優化成本。

  這個階段,企業要盡量縮短產品回收周期,增加自身產品容量,通過提升產品研發技術,從而生產出為客戶所接受的高性價比的產品;

  三、引領光的數字化。

  室內照明的質量有三個重要的衡量指標:物理指標、生理指標和心理指標。不同的光照環境會影響消費者的心跳、血壓等生理指標,從而影響到消費者的心理舒適度。在照明應用上,生理指標和心理指標更為重要。

  未來的室內照明將不會太關注光效,而會更注重光的品質,更關注客戶的情感體驗,通過對光的感悟營造出愉悅環境,還有不同觀察方向的燈具色差。LED產品本身色差和色漂、頻閃都會影響室內照明效果。

  當前國內LED照明應用技術較為分散,同質化產品、劣質產品充斥LED照明市場,致使市場混亂、競爭無序。國內眾多LED企業正處于學習階段,而非自主創新。許多中小企業著眼于短期利益,另一方面也沒有足夠資源、時間投入到產品研發中,致使LED產品良莠不齊。而國際照明企業的LED產品質量、性能,尤其在光學設計、產品智能控制等方面均優于國內產品。

  針對這一現狀,小型LED企業在前期階段,可通過購買行業協會的技術,或者通過企業營銷實力發展企業;企業規模達到中型階段,則需轉變發展戰略,通過對市場進行深入調研,明確LED照明產品未來發展趨勢,積極投入大量資源提升研發實力,與群雄角逐LED照明市場。

  LED照明行業將不斷的進行資源整合,LED照明企業掌舵人要具備敏銳市場洞察力,加大投入提升產品研發能力,積累核心競爭力,才能在未來的競爭中立于不敗之地。

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