名家解讀:基於芯片、封裝、應用三方麵剖析LED照明技術
發布時間:2014-11-27 責任編輯:echolady
【導讀】在LED照明領域,LED照明技術一直都是可持續發展和能源利用研究的重點。LED照明因此掀起狂潮,市場競爭日益激烈。從長遠意義上講,LED照明技術主要從三方麵來解讀:芯片、封裝、應用。本文將從這三方麵入手剖析LED照明技術。
如果從LED照明技術的發展來看,可以從三個方麵來講,一個是芯片層麵,一個是封裝層麵,一個是應用層麵。芯片層麵主要關注LED的製成技術;封裝層麵主要是如何把LED芯片轉換成可以用來照明的燈珠或是光源;LED應用層麵技術發展相對複雜,主要包括電子控製技術的發展、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。
芯片層麵
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芯片外形表麵粗化和光子晶體,高反射率鏡麵,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(guang)效(xiao)的(de)提(ti)高(gao),一(yi)方(fang)麵(mian)芯(xin)片(pian)越(yue)做(zuo)越(yue)小(xiao),在(zai)一(yi)定(ding)大(da)小(xiao)的(de)外(wai)延(yan)片(pian)上(shang)可(ke)切(qie)割(ge)的(de)芯(xin)片(pian)數(shu)越(yue)來(lai)越(yue)多(duo),從(cong)而(er)降(jiang)低(di)單(dan)顆(ke)芯(xin)片(pian)的(de)成(cheng)本(ben),另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)單(dan)芯(xin)片(pian)功(gong)率(lv)越(yue)做(zuo)越(yue)大(da),如(ru)現(xian)在(zai)是(shi)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,降低應用係統的成本。
總之,倒裝法、高電壓、矽基氮化镓仍將是半導體照明芯片的發展方向。
封裝層麵
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、表麵粗化技術、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應用在今後將會得到廣泛普及。
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。
對於光品質的需求,針對室內照明方麵,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,今後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,遠高於其他大量使用的傳統光源。LED燈deng珠zhu的de散san熱re性xing能neng將jiang進jin一yi步bu改gai善shan,可ke靠kao性xing進jin一yi步bu提ti高gao,燈deng珠zhu的de壽shou命ming也ye會hui進jin一yi步bu延yan長chang,從cong而er光guang色se品pin質zhi進jin一yi步bu提ti高gao,最zui終zhong人ren眼yan舒shu適shi度du達da到dao進jin一yi步bu改gai善shan。
LED應用研發層麵
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,同時並保證產品性能。
但在將來,LED照明應用廠家將重點關注這些點:
1、 基於應用場景要求的可互換LED光引擎技術;
2、基於物聯網平台的LED智能照明係統架構技術;
3、基於可靠性設計的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、基於大麵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係統解決技術和服務係統;
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(deng)具(ju)形(xing)狀(zhuang)將(jiang)不(bu)再(zai)局(ju)限(xian)於(yu)傳(chuan)統(tong)燈(deng)具(ju)的(de)形(xing)狀(zhuang),而(er)傾(qing)向(xiang)於(yu)形(xing)狀(zhuang)自(zi)由(you)化(hua)和(he)隱(yin)藏(zang)性(xing)。形(xing)狀(zhuang)自(zi)由(you)一(yi)方(fang)麵(mian)滿(man)足(zu)個(ge)性(xing)需(xu)求(qiu),另(ling)一(yi)方(fang)麵(mian)則(ze)可(ke)作(zuo)為(wei)裝(zhuang)飾(shi)品(pin)進(jin)行(xing)點(dian)綴(zhui);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製,不再局限於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。
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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、燈光開關機分布控製、光譜調節控製、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、雲端大數據管理分析技術、客戶在線體驗的情境照明技術,隻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(zhao)明(ming)會(hui)從(cong)這(zhe)裏(li)出(chu)發(fa)。但(dan)隨(sui)著(zhe)技(ji)術(shu)的(de)發(fa)展(zhan),未(wei)來(lai)即(ji)使(shi)在(zai)公(gong)共(gong)場(chang)合(he),也(ye)需(xu)一(yi)個(ge)良(liang)好(hao)的(de)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong),比(bi)如(ru)戶(hu)外(wai)景(jing)觀(guan)照(zhao)明(ming)對(dui)智(zhi)能(neng)化(hua)的(de)需(xu)求(qiu)就(jiu)非(fei)常(chang)高(gao),但(dan)技(ji)術(shu)難(nan)以(yi)滿(man)足(zu)需(xu)求(qiu)。
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(deng)具(ju)智(zhi)能(neng)化(hua)隻(zhi)是(shi)各(ge)種(zhong)家(jia)居(ju)設(she)備(bei)智(zhi)能(neng)化(hua)的(de)一(yi)小(xiao)部(bu)分(fen),企(qi)業(ye)必(bi)須(xu)要(yao)通(tong)過(guo)技(ji)術(shu)研(yan)發(fa)讓(rang)燈(deng)具(ju)變(bian)得(de)智(zhi)能(neng)與(yu)多(duo)樣(yang),以(yi)迎(ying)合(he)客(ke)戶(hu)的(de)個(ge)性(xing)化(hua)需(xu)求(qiu)。但(dan)是(shi)目(mu)前(qian)智(zhi)能(neng)照(zhao)明(ming)技(ji)術(shu)由(you)於(yu)成(cheng)本(ben)過(guo)高(gao)、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於市場。LED企業是否掌握了智能照明技術,並且設計出迎合市場需求的產品和智能控製係統,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”,其發展經曆三個主要階段:
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(wei)來(lai)的(de)室(shi)內(nei)照(zhao)明(ming)將(jiang)不(bu)會(hui)太(tai)關(guan)注(zhu)光(guang)效(xiao),而(er)會(hui)更(geng)注(zhu)重(zhong)光(guang)的(de)品(pin)質(zhi),更(geng)關(guan)注(zhu)客(ke)戶(hu)的(de)情(qing)感(gan)體(ti)驗(yan),通(tong)過(guo)對(dui)光(guang)的(de)感(gan)悟(wu)營(ying)造(zao)出(chu)愉(yu)悅(yue)環(huan)境(jing),還(hai)有(you)不(bu)同(tong)觀(guan)察(cha)方(fang)向(xiang)的(de)燈(deng)具(ju)色(se)差(cha)。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企業正處於學習階段,而非自主創新。許多中小企業著眼於短期利益,另一方麵也沒有足夠資源、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、產品智能控製等方麵均優於國內產品。
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於不敗之地。
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