根據(jù)StrategiesUnlimited統(tǒng)計(jì)，未來(lái)5年內(nèi)LED室內(nèi)照明的發(fā)展呈指數(shù)型增長(zhǎng)趨勢(shì)，至2011年，其產(chǎn)值將高達(dá)數(shù)百億美元。這對(duì)于LED室內(nèi)照明來(lái)說(shuō)，既是機(jī)遇，更是挑戰(zhàn)。由此，根據(jù)室內(nèi)照明發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看提升LED技術(shù)的關(guān)鍵是十分必要的。

　　室內(nèi)照明目前主要有兩種方式：

　?。?）按照明方式可分為直接照明、間接照明、反射照明、透射照明、漫照明和背景照明等；

　　（2）按照明類(lèi)型分可分為整體照明、重點(diǎn)照明、輔助照明、層次照明、立體照明、裝飾照明等。一般而言，在辦公場(chǎng)所一般以整體照明（基礎(chǔ)照明、環(huán)境照明）為主，而在家居和商場(chǎng)，酒吧等場(chǎng)所則會(huì)兼具幾種照明類(lèi)型。同時(shí)，一種照明類(lèi)型又可包括多種照明方式。

　　不言而喻，室內(nèi)照明設(shè)計(jì)的好壞直接影響人們的日常生活和工作。在業(yè)界的努力下，室內(nèi)照明正往更加健康有序的方向發(fā)展，以下本文先著重論述室內(nèi)照明幾個(gè)主流發(fā)展趨勢(shì)。

　　1　室內(nèi)照明發(fā)展趨勢(shì)

　　石油緊張，煤炭告急，經(jīng)受10多年經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的透支之后，能源緊缺問(wèn)題已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，節(jié)能減排已是全球最關(guān)注的問(wèn)題之一，室內(nèi)照明也不例外。早在20世紀(jì)90年代美國(guó)環(huán)保局就推出商品節(jié)能標(biāo)識(shí)體系能源之星（EnergyStar）（見(jiàn)表1），讓符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的商品貼上帶有綠色五角星的標(biāo)簽，并進(jìn)入美環(huán)保局的商品目錄加以推廣，以降低能耗。我國(guó)也已將“節(jié)能減排問(wèn)題研究”列入“十二五”規(guī)劃前期重大問(wèn)題研究課題。

　　可見(jiàn)，節(jié)能化發(fā)展乃是室內(nèi)燈具發(fā)展趨勢(shì)。除節(jié)能外，功能多樣化也是室內(nèi)照明的主要發(fā)展方向之一。主要體現(xiàn)在：

　?。?）高顯色性：顯色性是光源對(duì)物體本身顏色呈現(xiàn)的程度，顯色指數(shù)高的燈具一般能達(dá)到90以上，適合在廚房、商品柜臺(tái)、醫(yī)院手術(shù)臺(tái)等場(chǎng)所使用；

　?。?）智能化：選擇高效光源并不意味著一定能生產(chǎn)出節(jié)能的燈具，目前通過(guò)電路設(shè)計(jì)、燈光控制向智能化發(fā)展，主要表現(xiàn)在灰階可調(diào)和色彩可調(diào)，目的是降低眩光和進(jìn)一步節(jié)能，并賦予燈光人性化設(shè)計(jì)；

　　（3）柔性化：透過(guò)柔性化設(shè)計(jì)，燈具的形狀可隨意更改，大大增強(qiáng)了其藝術(shù)感，給人以耳目一新的感覺(jué)。

　　除上述幾點(diǎn)之外，隨著人們環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)和對(duì)室內(nèi)空間要求的提高，環(huán)保、輕薄也成為室內(nèi)照明發(fā)展的主流趨勢(shì)。

　　以下本文就結(jié)合上述室內(nèi)照明的發(fā)展趨勢(shì)，從LED芯片、封裝、燈具等方面略述幾個(gè)需要提升的關(guān)鍵。[!--empirenews.page--]

　　2　提升關(guān)鍵之一———芯片技術(shù)

　　目前的芯片技術(shù)發(fā)展關(guān)鍵在于襯底材料的選擇和外延片的生長(zhǎng)技術(shù)。除了傳統(tǒng)襯底材料藍(lán)寶石、Si、SiC之外，ZnO和GaN等襯底材料也是目前業(yè)界研究的熱點(diǎn)。無(wú)論是用于重點(diǎn)照明和整體照明的大功率芯片，還是用于裝飾照明和一些輔助照明的小功率芯片，技術(shù)提升的關(guān)鍵都是圍繞著降低缺陷密度及如何研發(fā)出更高效穩(wěn)定的器件而進(jìn)行的，而如何提升LED芯片的效率則是目前提升整體技術(shù)指標(biāo)的重中之重。

　　在短短數(shù)年內(nèi)，借助表面粗化、量子阱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等一系列技術(shù)的改進(jìn)，目前由中村修二（LED藍(lán)光之父）領(lǐng)導(dǎo)的UCSB小組和在流明效率的提高上有了較大的突破（見(jiàn)表2）。另外，中村修二在2008年上海張江舉行的半導(dǎo)體前沿技術(shù)論壇中宣布，他們研制的效率為150lm/W的產(chǎn)品是基于318V的驅(qū)動(dòng)電壓實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)在有望將LED的能帶隙偏置電壓降低至218V,根據(jù)推算，屆時(shí)效率將會(huì)提高到193lm/W。

　　UCSB小組正在著手研究基于襯底材料非極性面和半極性面上生長(zhǎng)LED量子阱，并以此技術(shù)來(lái)提升LED量子效率。就目前進(jìn)展而言，他們已成功將在半極性面上生長(zhǎng)出來(lái)單量子阱，其黃色LED外量子效率提高到1314%。隨著該工藝的不斷成熟，LED量子效率將會(huì)得到進(jìn)一步的提升，LED芯片的發(fā)光效率也有望進(jìn)一步提高。

　　3　提升關(guān)鍵之二———封裝技術(shù)

　　3.1　單芯片封裝

　　單芯片封裝是封裝技術(shù)中采用最多的形式之一。略去多芯片封裝需要顧及到更多的散熱和電極分布方面的問(wèn)題，該封裝技術(shù)瓶頸主要在于芯片的成品率、色溫控制以及熒光粉的涂布工藝。

目前就大功率LED芯片技術(shù)而言，主要還是掌握在國(guó)外廠商之中。國(guó)內(nèi)廠商雖然起步比較晚，在小功率芯片上已經(jīng)取得一些進(jìn)步，大功率芯片上在良率和效率上還需要作進(jìn)一步完善。

　　表3是目前美國(guó)CREE公司推出的一款大功率器件，該器件一方面使用了硅膠透鏡，避免了使用傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂封裝后由于高溫產(chǎn)生黃化等引起的光衰問(wèn)題；另一方面，陶瓷碗杯的設(shè)計(jì)增加了產(chǎn)品的散熱性能，使產(chǎn)品的熱阻控制在9℃/W;另外熒光粉的特定配制使其產(chǎn)品覆蓋了冷白、中性白和暖白全系列色溫。該器件是迄今能量產(chǎn)的體積較小的大功率LED器件，采用的單芯片封裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于散熱、容易配光、色溫容易控制。

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　　3.2　芯片集成封裝

　　多芯片集成器件是目前大功率LED器件最為常見(jiàn)的另一種封裝形式，可以分為小功率芯片集成器件和大功率芯片集成器件兩類(lèi)，前者以6個(gè)低功率芯片集成的1W大功率LED器件最為典型。國(guó)際上該類(lèi)型器件具體性能可達(dá)到以下規(guī)格：半功率角120°，驅(qū)動(dòng)電流300mA,標(biāo)準(zhǔn)電壓318V和可達(dá)80lm的標(biāo)準(zhǔn)光通輸出。該類(lèi)器件的主要優(yōu)勢(shì)在于以較低的采購(gòu)成本來(lái)獲得單芯片大功率器件的光通量。大功率芯片集成器件以CREE公司最新推出的MC系列為代表（見(jiàn)表4），內(nèi)含四個(gè)大功率芯片，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以使最終的產(chǎn)品熱阻控制在3℃/W,同時(shí)可以驅(qū)動(dòng)高達(dá)10W的高功率，它的出現(xiàn)使得替代一些高端室內(nèi)照明設(shè)施成為可能。該封裝形式的主要難點(diǎn)是由于芯片間的差異性而引起的配光、老化、色度均勻性等難以控制。

　　3.3　ChiponBoard（COB）封裝

　　該技術(shù)沿用傳統(tǒng)半導(dǎo)體工藝，即直接將LED芯片直接固晶在PCB板上。利用該技術(shù)，目前已有廠商能使LED模組作到013mm以下的厚度，同時(shí)由于LED芯片直接與PCB板連接，增加了導(dǎo)熱面積，散熱問(wèn)題也可以得到解決。目前此封裝形式多以小功率芯片為主，器件效率可作到70lm/W（20mA）以上。不足之處在于還存在一些技術(shù)壁壘，目前能量產(chǎn)化的不多。

　　4　提升關(guān)鍵之三———燈具技術(shù)

　　4.1　散熱技術(shù)

　　燈具的壽命一直是大家所關(guān)注的主要問(wèn)題之一。一個(gè)好的燈具散熱系統(tǒng)光靠低熱阻的LED器件是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，它必須有效降低pn結(jié)到環(huán)境的熱阻，以此盡可能降低LED的pn結(jié)結(jié)溫來(lái)提高整個(gè)LED燈具的壽命。跟傳統(tǒng)光源不同的是，PCB板既是LED的供電載體，也是散熱載體，所以PCB的散熱設(shè)計(jì)（包括布線、焊盤(pán)大小等）尤為重要。

　　4.2　光學(xué)設(shè)計(jì)

　　LED是點(diǎn)光源，又有方向性。利用好LED的這兩個(gè)特性是燈具光學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。通過(guò)LED點(diǎn)陣的設(shè)計(jì)和二次光學(xué)的設(shè)計(jì)，LED燈具可以達(dá)到比較理想的配光曲線。例如在整體照明中，要求燈具的照射面比較大，可以使用線性LED燈條配以導(dǎo)光板等技術(shù)使之成為面光源，既提高均勻度又可防止眩光的發(fā)生。一些輔助照明、層次照明中則需要一定的聚光效果，以突出被照物體，主要可以選擇配一些聚光透鏡來(lái)達(dá)到光學(xué)要求。除以上因素，色溫、輝度、顯色指數(shù)也是室內(nèi)照明設(shè)計(jì)考慮的重點(diǎn)，目前通過(guò)LED芯片和熒光粉的改良，LED燈具的顯色指數(shù)可達(dá)95[16]。

　　4.3　驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)

　　LED是單極性器件，在實(shí)際使用中僅允許電流從固定一側(cè)流入并從相應(yīng)另一側(cè)流出，因此不能在LED器件兩端直接施加交變電流或電壓。同時(shí)，為了獲得穩(wěn)定的LED光通量輸出，LED器件的輸入電壓（順向）或電流亦需穩(wěn)定，所以必須選用LED電源驅(qū)動(dòng)器。一般可將LED電源驅(qū)動(dòng)解決方案劃分為以下三大類(lèi)：

　?。╝）DC/DC應(yīng)用：如手電筒、閃光燈、MR16、頭燈、櫥柜照明等；

　?。╞）AC/DC應(yīng)用（≤25W）：如普通照明、汞燈替代照明等；

　?。╟）AC/DC應(yīng)用（≥25W）：如道路、隧道、鐵路、洗墻的照明等。

　　4.4　系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　除了以上光電熱因素的影響，LED燈具的整體設(shè)計(jì)也是重要的一環(huán)。包括燈具的外形、選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。外形上需要增加其藝術(shù)美感，選材上兼顧環(huán)保實(shí)用，結(jié)構(gòu)上要融于整體建筑架構(gòu)。另外，根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)所，選擇合適的燈具出光效果也是需要考慮的。

　　5　結(jié)論

　　綜上所述，本文從LED芯片、封裝、燈具三方面闡述了LED技術(shù)提升的關(guān)鍵。按效率而言，目前量產(chǎn)的LED效率可達(dá)100lm/W@350mA,而實(shí)驗(yàn)室水平可高達(dá)161lm/W;按光源質(zhì)量而言，目前LED燈具的顯色指數(shù)可高達(dá)95,并且在體積和區(qū)域控制上優(yōu)勢(shì)明顯；按照材料特性而言，組成部件的材料綠色環(huán)保。所以，可以看出LED還有較大的提升空間，隨著LED配套產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步完善，相信LED室內(nèi)照明將越來(lái)越普及。