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從芯片、封裝、應(yīng)用三大層面解讀LED照明技術(shù)

閱讀:472        發(fā)布時(shí)間:2019-10-11

LED照明技術(shù)持續(xù)發(fā)展及社會(huì)對能源危機(jī)日益重視的今天,LED照明行業(yè)迎來全面爆發(fā)期,吸引眾多資金及企業(yè)涌入,由此照明市場的競爭也日益激烈。

    如果從LED照明技術(shù)的發(fā)展來看,可以從三個(gè)方面來講,一個(gè)是芯片層面,一個(gè)是封裝層面,一個(gè)是應(yīng)用層面。芯片層面主要關(guān)注LED的制成技術(shù);封裝層面主要是如何把LED芯片轉(zhuǎn)換成可以用來照明的燈珠或是光源;LED應(yīng)用層面技術(shù)發(fā)展相對復(fù)雜,主要包括電子控制技術(shù)的發(fā)展、新型材料的發(fā)展和使用,環(huán)境照明質(zhì)量評價(jià)技術(shù)的發(fā)展和完善。

芯片層面

  一直以追求高的發(fā)光效率為LED芯片技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力。倒裝技術(shù)是目前獲取大功率LED芯片的主要技術(shù)之一,襯底材料中藍(lán)寶石和與之配套的垂直結(jié)構(gòu)的激光襯底剝離技術(shù)(LLO)和新型鍵合技術(shù)仍將在較長時(shí)間內(nèi)占統(tǒng)治地位。

  但在不久的將來,采用金屬半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),改善歐姆接觸,提高晶體質(zhì)量,改善電子遷移率和電注入效率,同時(shí)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(shí)白光LED的總效率可達(dá)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(shù)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(xiàn)在是3W,將來會(huì)往5W、10W發(fā)展。這對有功率要求的照明應(yīng)用可以減少芯片使用數(shù),降低應(yīng)用系統(tǒng)的成本。

  總之,倒裝法、高電壓、硅基氮化鎵仍將是半導(dǎo)體照明芯片的發(fā)展方向。

封裝層面

    芯片級封裝、LED燈絲封裝、高顯色指數(shù)及廣色域?qū)⑹俏磥矸庋b工藝的發(fā)展趨勢。采用透明導(dǎo)電膜、表面粗化技術(shù)、DBR反射器技術(shù)來提升LED燈珠的光效正裝封裝仍然是技術(shù)主流;同時(shí)倒裝結(jié)構(gòu)的COB/COF技術(shù)也是封裝廠家關(guān)注的重點(diǎn),集成封裝式光引擎將會(huì)成為下一季研發(fā)重點(diǎn)。

    去電源方案(高壓LED),COB/COF應(yīng)用的普及:在成本因素驅(qū)動(dòng)下,去電源方案逐步成為可接受的產(chǎn)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(yōu)勢,COB應(yīng)用在今后將會(huì)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(chǎn)品多為大功率LED產(chǎn)品或是小功率LED產(chǎn)品,它們雖各有優(yōu)點(diǎn),但也有著無法克服的缺陷,而結(jié)合兩者優(yōu)點(diǎn)的中功率LED產(chǎn)品應(yīng)運(yùn)而生。

    還有就是新材料在封裝中的應(yīng)用。耐高溫、抗紫外以及低吸水率等更高環(huán)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(huì)被廣泛應(yīng)用。

    對于光品質(zhì)的需求,針對室內(nèi)照明方面,LED顯色指數(shù)CRI 以80為標(biāo)準(zhǔn),以90+為目標(biāo),盡量使照明產(chǎn)品的光色接近普朗克曲線,這樣才能改善LED的光品質(zhì),今后室內(nèi)照明也將更關(guān)注光的品質(zhì)。

    通過優(yōu)化LED封裝技術(shù),光效進(jìn)一步提高,目前已經(jīng)超過200lm/W,遠(yuǎn)高于其他大量使用的傳統(tǒng)光源。LED燈珠的散熱性能將進(jìn)一步改善,可靠性進(jìn)一步提高,燈珠的壽命也會(huì)進(jìn)一步延長,從而光色品質(zhì)進(jìn)一步提高,終人眼舒適度達(dá)到進(jìn)一步改善。

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  LED應(yīng)用研發(fā)層面

  目前應(yīng)用廠家主要通過采用新型散熱材料、*光學(xué)設(shè)計(jì)與新型光學(xué)材料應(yīng)用等手段實(shí)現(xiàn)LED照明產(chǎn)品的成本優(yōu)化,同時(shí)并保證產(chǎn)品性能。

  但在將來,LED照明應(yīng)用廠家將重點(diǎn)關(guān)注這些點(diǎn):

  1、 基于應(yīng)用場景要求的可互換LED光引擎技術(shù);

  2、基于物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的LED智能照明系統(tǒng)架構(gòu)技術(shù);

  3、基于可靠性設(shè)計(jì)的LED照明燈具開發(fā),使用周期內(nèi)保持顏色/亮度一致性的高性能LED照明燈具開發(fā);

  4、基于大面積漫射擴(kuò)散板技術(shù)的燈具開發(fā);

  5、在線光環(huán)境體驗(yàn)的照明系統(tǒng)解決技術(shù)和服務(wù)系統(tǒng);

  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(tǒng)照明燈具都是圍繞光源形狀尺寸來設(shè)計(jì)的,尺寸固定。

  而LED照明燈具的特點(diǎn)是:

  燈具形狀自由,外觀創(chuàng)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(dòng);

  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(tǒng)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(gè)性需求,另一方面則可作為裝飾品進(jìn)行點(diǎn)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(shí)LED照明產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)光照流明隨意控制,不再局限于某一區(qū)域某一情景中固定的瓦數(shù),這將是一個(gè)極大的技術(shù)進(jìn)步。

智能照明:未來發(fā)展趨勢

    智能照明是指利用智能客戶端進(jìn)行信息收集、處理和操控,通過對燈光進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)、燈光開關(guān)機(jī)分布控制、光譜調(diào)節(jié)控制、場景設(shè)置等功能,達(dá)到安全、節(jié)能、健康、舒適等特點(diǎn)。

    智能照明技術(shù)的特點(diǎn)包括分布式、遙控遙測、開放式、兼容性、互動(dòng)性等。

    要達(dá)到智能照明,需要具備客戶端智能操作技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、云端大數(shù)據(jù)管理分析技術(shù)、客戶在線體驗(yàn)的情境照明技術(shù),只有以這些技術(shù)為基礎(chǔ),才能真正實(shí)現(xiàn)智能照明。

    未來對智能化照明的的要求就是個(gè)性化展示、簡易操控、情緒感應(yīng)。

    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(huì)從這里出發(fā)。但隨著技術(shù)的發(fā)展,未來即使在公共場合,也需一個(gè)良好的照明系統(tǒng),比如戶外景觀照明對智能化的需求就非常高,但技術(shù)難以滿足需求。

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如何突破戶外照明、商業(yè)照明等公共場所智能照明的技術(shù)瓶頸、價(jià)格障礙也已經(jīng)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(shè)備智能化的一小部分,企業(yè)必須要通過技術(shù)研發(fā)讓燈具變得智能與多樣,以迎合客戶的個(gè)性化需求。但是目前智能照明技術(shù)由于成本過高、產(chǎn)品匹配性較差等問題,致使LED智能照明產(chǎn)品無法普及。

    隨著技術(shù)改進(jìn)、產(chǎn)品性能趨向穩(wěn)定、成本降低,智能化LED燈具肯定會(huì)廣泛流通于市場。LED企業(yè)是否掌握了智能照明技術(shù),并且設(shè)計(jì)出迎合市場需求的產(chǎn)品和智能控制系統(tǒng),在很大程度是決定了該企業(yè)能否長期發(fā)展。

從使用場景來看,場景不同,照明需求也不一樣。LED室內(nèi)照明作為LED照明的“一支洪流”,其發(fā)展經(jīng)歷三個(gè)主要階段:

一、完善產(chǎn)品性能。

    在這一階段LED企業(yè)著重提高產(chǎn)品效能,保證LED產(chǎn)品的照明質(zhì)量,諸如提高LED光源、MR16燈杯及LED模組等產(chǎn)品的效能;

二、優(yōu)化成本。

    這個(gè)階段,企業(yè)要盡量縮短產(chǎn)品回收周期,增加自身產(chǎn)品容量,通過提升產(chǎn)品研發(fā)技術(shù),從而生產(chǎn)出為客戶所接受的高性價(jià)比的產(chǎn)品;

三、光的數(shù)字化。

    室內(nèi)照明的質(zhì)量有三個(gè)重要的衡量指標(biāo):物理指標(biāo)、生理指標(biāo)和心理指標(biāo)。不同的光照環(huán)境會(huì)影響消費(fèi)者的心跳、血壓等生理指標(biāo),從而影響到消費(fèi)者的心理舒適度。在照明應(yīng)用上,生理指標(biāo)和心理指標(biāo)更為重要。

    未來的室內(nèi)照明將不會(huì)太關(guān)注光效,而會(huì)更注重光的品質(zhì),更關(guān)注客戶的情感體驗(yàn),通過對光的感悟營造出愉悅環(huán)境,還有不同觀察方向的燈具色差。LED產(chǎn)品本身色差和色漂、頻閃都會(huì)影響室內(nèi)照明效果。

    當(dāng)前國內(nèi)LED照明應(yīng)用技術(shù)較為分散,同質(zhì)化產(chǎn)品、劣質(zhì)產(chǎn)品充斥LED照明市場,致使市場混亂、競爭無序。國內(nèi)眾多LED企業(yè)正處于學(xué)習(xí)階段,而非自主創(chuàng)新。許多中小企業(yè)著眼于短期利益,另一方面也沒有足夠資源、時(shí)間投入到產(chǎn)品研發(fā)中,致使LED產(chǎn)品良莠不齊。而照明企業(yè)的LED產(chǎn)品質(zhì)量、性能,尤其在光學(xué)設(shè)計(jì)、產(chǎn)品智能控制等方面均優(yōu)于國內(nèi)產(chǎn)品。

    針對這一現(xiàn)狀,小型LED企業(yè)在前期階段,可通過購買行業(yè)協(xié)會(huì)的技術(shù),或者通過企業(yè)營銷實(shí)力發(fā)展企業(yè);企業(yè)規(guī)模達(dá)到中型階段,則需轉(zhuǎn)變發(fā)展戰(zhàn)略,通過對市場進(jìn)行深入調(diào)研,明確LED照明產(chǎn)品未來發(fā)展趨勢,積極投入大量資源提升研發(fā)實(shí)力,與群雄角逐LED照明市場。

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