浅谈LED产业现状和未来

在如今日新月异的电器化时代里，led作为一种发光源，已经渗透到我们生活的方方面面。其实LED仅诞生在上个世纪60年代，比我们新中国成立的时间还要短。作为一项划时代技术，这确实不是一段很长的时间，但它借助电子行业飞速发展的东风，LED不仅在指示和装饰领域得到长足的发展，也在照明领域掀开了新的一页，无可争议的成为下一代照明主流产品之一。

早期LED受到构成PN结掺杂物质的单一性与技术的局限性，我们仅能得到黄、红等较少颜色的光。这时的LED由于光效低，功率小等原因，只具备指示的功能，也有人在装饰领域做了大胆的尝试，并取得不错的效果。后来由于砷化镓（GaAs）、磷化镓（GaP）、磷砷化镓（GaAsP）等一批新材料的出现，LED光源色彩不仅变得鲜艳起来，其它各项指标也都有所提高。特别是白光LED的诞生，更是奠定了它在未来照明领域霸主地位。

一、LED的现状

其实，当前LED在照明领域还面临一些问题。它之所以能够引起人们的高度关注，主要是因为它在节能、环保、长寿、可使用安全低电压点燃及造型多样性等方面的特点是传统灯具无法比拟的，可是目前市面上的LED照明产品由于受其使用的材料、制造工业及成本等因素限制，不能充分展现这些特点。这些产品即旁且杂。按使用环境来区分主要有户外和户内灯具，例如在户外灯具上主要有：路灯、景观灯、建筑用射灯、汽车灯、洗墙灯、泛光灯等；户内灯具主要有PAR灯系列、GU（5.3、10）（MR16)系列、日光灯系列（以T8为主）、烛形灯系列、筒灯系列、嵌灯系列、壁灯、天花灯、幕墙等、轨道灯等等。按出光方向又可分为定向灯和非定向灯。然而遗憾的是，不管这些灯具从外形还是用途上看，我们都能找到传统灯具的影子。换言之，在目前的照明领域，LED还没有给自己定位，没有完全属于自己东西。这严重影响了LED在照明领域的发展。

在技术方面LED也面临一些难题。例如散热，据相关研究和多年工作总结，目前，一款好的光源设计可使电-光转换效率达到30%左右。但仍有70%的电能转换成热能。拿一个5W的LED球泡灯为例，假设驱动的效率是80%，那么光源就得到4W的功率，按30%的电-光转换效率，仍然有2.8W的电能转换成热能，加上前面驱动板的约1W的损耗，一个5W的球泡灯就要产生3.8W的热能。这就是我们设计的LED灯具温升居高不下的主要原因。

下图是某光源的温升对正向电流的曲线图：

从图中我们可以看出，当LED工作的环境温达到70°时，正向电流就开始下降，达到125°，电流基本上下降到不及正常值的30%。这些变化会使光输出迅速下降，且严重影响LED寿命。为了能把LED结温降下来，在设计LED灯具时，我们通常会配上专用的散热器。目前用来散热的材料主要有铝、工程导热塑胶、陶瓷等。铝材由于其较高的导热系数和加工便利，目前应用最广泛，其中又因加工不同而分为拉伸、压铸、插片等。利用工程塑胶实现散热是最近才兴起的一种方式，它不仅热阻较低，还同时具有结缘特性，这对LED灯具分毫必争的空间显得尤为珍贵。另外它还可以根据需要轻松的加工成不同的形状，未来潜力无限。但成本目前还相对较高。至于陶瓷，虽然热阻很低，但由于加工不易，目前只有部分光源晶片的载体采用到。

在光效方面，虽然有些灯具已达到90lm/W，甚至在实验室里单颗光源的效率已达到250lm/W，但仍有非常大的挖掘潜力。提高光效是提高电-光转换效率的最直接的办法，对散热也有很大的帮助。 ‖

其次，光源的显色性也同样是个需要改善的地方。目前的白光LED主要通过两种途径获得，一种是由红、绿、蓝三种颜色的LED配光得到，这不仅增加了成本和设计难度，色温的漂移也是个不容易克服的问题。另外一种是通过蓝光与黄色荧光粉进行混光来实现，通过这种方式获得的白光不仅色温漂移小，光效也得到很大的提高。目前市场上的白光LED大多是通过这种途径得到的。由于这种白光在混色时缺少红光和绿光，在显色性方面就大打折扣。现在市面上的产品能达到80%的显色性已经算是不错了。

在成本方面，目前虽然前期设计时尽可能的降低，但普通的消费者仍然很难接受。在LED灯具整个成本中，仅光源就占据了70%。可想而知，要想降低成本，必须从光源入手。可是目前光源的定价权掌握在如CREE、LUMILED、NICHIA、LUXEN、ORSMO等国际巨头手中，降价注定是个缓慢的过程。

关于LED照明目前存在的问题，最后我想提到的是标准，希望能尽快制定出一些专门针对及符合LED发展的国际标准。它不仅能为LED的发展提供一个良好的平台，减少相互不兼容所带来的成本和资源浪费，还会结束目前市场上各自为政的一种乱像。成为行业良性发展的催化剂。

二、LED的未来

尽管目前存在一些问题，但我坚信，明天的照明领域会是LED的天下。但在这之前，我们必须克服上面提到的各种问题。另外，还要找出LED的优势，并将它们充分的发挥出来。只有这样我们才能真正迎来LED在照明领域的春天。

在LED面临的诸多问题中，我觉得最需要解决是如何给它定位，找出它在照明领域的优势，把它充分发挥出来。在这一点上，现有的LED产品做得都不够好。它们充其量只能算得上是一个过渡性产品。之所以会这样，主要原因是因为目前我们的设计师在设计LED灯具时，都围绕传统灯具进行。比喻目前市面上比较常见的球泡灯，尽管我也开发了几款球泡灯，但我并不认为它是一款理想的LED产品。大家都知道，球泡灯的外形是模仿我们照明祖师爷“爱迪生”发明的灯泡来的。祖师爷当年之所以把它做成这个形状，主要受制于灯内用来发光钨丝的形状和玻璃制造工艺。这在当时确实堪称一项伟大的成就。但是今天我们LED用来发光的晶圆只有钨丝的几十分之一大，就算是一个40mil的晶圆，我们也可以把它封装在不到5mm^2空间里，这本可以留给我们的设计师更大的想象空间，但它们没有抓住这个优势推陈出新。反而局限于传统思维，使这款灯具在设计上既没能发挥LED优势，也不符合现代审美观。未来的室内照明必须引入一种全新的理念，不仅要求节能环保，健康舒适还要美观大方，达到在可视范围内光线均匀分布，同时也要减少占用室内有限的空间，做到与现代建筑有机结合。那时在我们的房间里显眼的位置再也看不到像传统灯具那样显眼的照明产品了，为我们提供照明的也许是一扇门或一扇窗，也许是一片瓷砖或一面墙，甚至连你的写字台都有可能成为未来的照明产品。 [!--empirenews.page--]

在散热的问题上，目前我们广泛使用的铝材的导热系数为237W/m*k，仅次于钻石（2300W/m*k）、银（429W/m*k）、铜（401W/m*k）、金（317W/m*k）,是可以满足散热要求的。但是在安装结构的接触热阻上还存在很大的问题，要解决这个问题可能需要封装和应用两大领域的通力合作。能将光源直接封装在散热器上应该是一个好的选择。

至于显色性，目前科研人员正不断努力，已经取得一些成果。也许将黄色荧光粉与一些其他颜色的荧光粉配比后问题会得到解决。

在成本方面，这两年我国因有政策的扶持而大量引入MOCVD及一些上游晶片切割设备。随着工程人员技术水平的不断提高，制造出符合要求和稳定可靠的产品只是时间的问题。到那时，产能将会得到扩张，材料和制造成本都会明显下降，在这种情况下，定价权将会由现在的供方市场逐渐转向需求方市场。价格必将会下降到一个合理的水平。

一份全面系统的行业标准，是LED发展不可或缺的。有了它，在设计产品时我们不在彷徨。我们也不会再干用电子变压驱动MR16这类事了。制造出的灯具将更加高效和精致。

展望未来，我们将看到，随着超能电池的出现，移动照明将会掀开新的一页。相对现有的照明产品，LED灯具在外观可塑性，驱动的灵活性和体积的小型化方面有着无可替代的优势。到那时，局部照明产品将成为主流，更多个性化LED照明产品会出现，我们可以像现在买衣服一样去商店选购适合自己的照明产品。在它的照耀下，我们不会再为生活中不和谐的照明环境而苦恼。我们会像离不开电脑、手机等产品一样离不开自己的灯具。

这也许要十年，也许三十年，但不会超过五十年。这就是明天的LED。