根據(jù)StrategiesUnlimited統(tǒng)計，未來5年內LED室內照明的發(fā)展呈指數(shù)型增長趨勢，至2011年，其產(chǎn)值將高達數(shù)百億美元。這對于LED室內照明來說，既是機遇，更是挑戰(zhàn)。由此，根據(jù)室內照明發(fā)展趨勢來看提升LED技術的關鍵是十分必要的。

　　室內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；

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

　　不言而喻，室內照明設計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照明幾個主流發(fā)展趨勢。

　　1　室內照明發(fā)展趨勢

　　石油緊張，煤炭告急，經(jīng)受10多年經(jīng)濟高速發(fā)展的透支之后，能源緊缺問題已成為制約經(jīng)濟發(fā)展的瓶頸，節(jié)能減排已是全球最關注的問題之一，室內照明也不例外。早在20世紀90年代美國環(huán)保局就推出商品節(jié)能標識體系能源之星（EnergyStar）（見表1），讓符合節(jié)能標準的商品貼上帶有綠色五角星的標簽，并進入美環(huán)保局的商品目錄加以推廣，以降低能耗。我國也已將“節(jié)能減排問題研究”列入“十二五”規(guī)劃前期重大問題研究課題。

　　可見，節(jié)能化發(fā)展乃是室內燈具發(fā)展趨勢。除節(jié)能外，功能多樣化也是室內照明的主要發(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)高的燈具一般能達到90以上，適合在廚房、商品柜臺、醫(yī)院手術臺等場所使用；

　?。?）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，目前通過電路設計、燈光控制向智能化發(fā)展，主要表現(xiàn)在灰階可調和色彩可調，目的是降低眩光和進一步節(jié)能，并賦予燈光人性化設計；

　?。?）柔性化：透過柔性化設計，燈具的形狀可隨意更改，大大增強了其藝術感，給人以耳目一新的感覺。

　　除上述幾點之外，隨著人們環(huán)境意識的增強和對室內空間要求的提高，環(huán)保、輕薄也成為室內照明發(fā)展的主流趨勢。

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

　　2　提升關鍵之一———芯片技術

　　目前的芯片技術發(fā)展關鍵在于襯底材料的選擇和外延片的生長技術。除了傳統(tǒng)襯底材料藍寶石、Si、SiC之外，ZnO和GaN等襯底材料也是目前業(yè)界研究的熱點。無論是用于重點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，技術提升的關鍵都是圍繞著降低缺陷密度及如何研發(fā)出更高效穩(wěn)定的器件而進行的，而如何提升LED芯片的效率則是目前提升整體技術指標的重中之重。

　　在短短數(shù)年內，借助表面粗化、量子阱結構設計等一系列技術的改進，目前由中村修二（LED藍光之父）領導的UCSB小組和在流明效率的提高上有了較大的突破（見表2）。另外，中村修二在2008年上海張江舉行的半導體前沿技術論壇中宣布，他們研制的效率為150lm/W的產(chǎn)品是基于318V的驅動電壓實現(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，屆時效率將會提高到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LED量子阱，并以此技術來提升LED量子效率。就目前進展而言，他們已成功將在半極性面上生長出來單量子阱，其黃色LED外量子效率提高到1314%。隨著該工藝的不斷成熟，LED量子效率將會得到進一步的提升，LED芯片的發(fā)光效率也有望進一步提高。

　　3　提升關鍵之二———封裝技術

　　3.1　單芯片封裝

　　單芯片封裝是封裝技術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題，該封裝技術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芯片技術而言，主要還是掌握在國外廠商之中。國內廠商雖然起步比較晚，在小功率芯片上已經(jīng)取得一些進步，大功率芯片上在良率和效率上還需要作進一步完善。

　　表3是目前美國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)氧樹脂封裝后由于高溫產(chǎn)生黃化等引起的光衰問題；另一方面，陶瓷碗杯的設計增加了產(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構簡單、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，前者以6個低功率芯片集成的1W大功率LED器件最為典型。國際上該類型器件具體性能可達到以下規(guī)格：半功率角120°，驅動電流300mA,標準電壓318V和可達80lm的標準光通輸出。該類器件的主要優(yōu)勢在于以較低的采購成本來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（見表4），內含四個大功率芯片，通過優(yōu)化設計，可以使最終的產(chǎn)品熱阻控制在3℃/W,同時可以驅動高達10W的高功率，它的出現(xiàn)使得替代一些高端室內照明設施成為可能。該封裝形式的主要難點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

　　該技術沿用傳統(tǒng)半導體工藝，即直接將LED芯片直接固晶在PCB板上。利用該技術，目前已有廠商能使LED模組作到013mm以下的厚度，同時由于LED芯片直接與PCB板連接，增加了導熱面積，散熱問題也可以得到解決。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壁壘，目前能量產(chǎn)化的不多。

　　4　提升關鍵之三———燈具技術

　　4.1　散熱技術

　　燈具的壽命一直是大家所關注的主要問題之一。一個好的燈具散熱系統(tǒng)光靠低熱阻的LED器件是遠遠不夠的，它必須有效降低pn結到環(huán)境的熱阻，以此盡可能降低LED的pn結結溫來提高整個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的散熱設計（包括布線、焊盤大小等）尤為重要。

　　4.2　光學設計

　　LED是點光源，又有方向性。利用好LED的這兩個特性是燈具光學設計的關鍵。通過LED點陣的設計和二次光學的設計，LED燈具可以達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燈條配以導光板等技術使之成為面光源，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達到光學要求。除以上因素，色溫、輝度、顯色指數(shù)也是室內照明設計考慮的重點，目前通過LED芯片和熒光粉的改良，LED燈具的顯色指數(shù)可達95[16]。

　　4.3　驅動設計

　　LED是單極性器件，在實際使用中僅允許電流從固定一側流入并從相應另一側流出，因此不能在LED器件兩端直接施加交變電流或電壓。同時，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電源驅動器。一般可將LED電源驅動解決方案劃分為以下三大類：

　　（a）DC/DC應用：如手電筒、閃光燈、MR16、頭燈、櫥柜照明等；

　　（b）AC/DC應用（≤25W）：如普通照明、汞燈替代照明等；

　?。╟）AC/DC應用（≥25W）：如道路、隧道、鐵路、洗墻的照明等。

　　4.4　系統(tǒng)設計

　　除了以上光電熱因素的影響，LED燈具的整體設計也是重要的一環(huán)。包括燈具的外形、選材、結構設計。外形上需要增加其藝術美感，選材上兼顧環(huán)保實用，結構上要融于整體建筑架構。另外，根據(jù)實際的應用場所，選擇合適的燈具出光效果也是需要考慮的。

　　5　結論

　　綜上所述，本文從LED芯片、封裝、燈具三方面闡述了LED技術提升的關鍵。按效率而言，目前量產(chǎn)的LED效率可達100lm/W@350mA,而實驗室水平可高達161lm/W;按光源質量而言，目前LED燈具的顯色指數(shù)可高達95,并且在體積和區(qū)域控制上優(yōu)勢明顯；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)鏈的進一步完善，相信LED室內照明將越來越普及。