中國半導體照明產業近幾年在產量、產值和技術指標等方面均取得突破性發展。2014年,中國半導體照明光源、燈具的產值為950億元,同比增長43.9%。其中,LED照明產品出口為90億美元,同比增長50%,LED照明滲透率為20%。2015年上半年,LED照明產品同比約增長23%左右,1~5月份出口為40.8億美元,與去年同期相當。
從全球半導體照明的最新動態來看,全球LED器件光效實驗室水準已超過300lm/w,產業化水準達到150lm/w以上,LED整燈光效實驗室水準達200lm/w。美國SSL計畫目標調整為器件光效產業化水準達250lm/w,LED整燈光效產業化水準達200lm/w。總之,LED照明產品的滲透率、光效等與理論值和目標值還有很大差距,技術上還需要有較大突破。
LED照明技術呈現八大趨勢
LED照明技術涉及面很廣,是多學科技術與現代資訊技術的結合,其發展呈現八大技術發展趨勢。
一是提高LED照明整燈的能效:LED整燈能效現階段由六部分組成:內量子效率、晶片取光效率、封裝效率、螢光粉激發效率、燈具效率和電源效率。在一定邊界條件下理論值是58%,目前較好的燈具能效也只有30%多,還有很大推進空間,上述六項均要達到90%以上才行,需要技術上有所突破。
二是提高LED光源的光色品質及顯色性表徵值:提高LED光源的光色品質,要採用RGB多光譜組合,即多晶片組合或多基色螢光粉組合,達到合理的LED光譜量分佈SPD,還要控制主要的光色參數,如色容差、眩光、光電閃爍等。LED光源顯色性表徵是個長期爭論的課題,LED光源可實現多光譜的靈活組合,採用任何一種參數的顯色性表徵,都是有缺陷的,終極的表徵可能是以光譜形式。還有專家提出採用色域指數(GAT)與CRI一起表徵光對色彩的還原。
三是LED照明燈具創新技術:LED光源、燈具目前是LED照明產業的重中之重,技術上要加速燈具造型和控制功能的創新,具體是燈具外觀形狀創意、尺寸大小靈活、光量按需調節、光色靈活變化、安裝位置隨意等。
四是深入開展智會照明的研發及應用:智慧照明的技術特點包括開放式、分散式、遙控遙測、相容性、互動性等,是照明技術和資訊技術的深度融合。在技術上涉及面廣,關鍵技術有發光模組與驅動電源之間的介面整合等,目前亟須有統一的基礎標準,要根據實際需求進行研發推廣應用。
五是大力拓展LED照明應用領域:推廣在非視覺照明系統的應用,如醫療保健、生態農業、LED可見光通信以及紅外LED和紫外LED的應用,這方面內容豐富,應用技術正在快速發展中。LED顯示應用技術重點開發高清小間距顯示幕和高清可彎曲顯示器技術,實現高清LED電視和高清可折疊、可穿戴的顯示裝置。
六是窄光譜LED器件的研究:單個LED較窄光譜可實現組合LED光譜靈活性,可在LED顯示中實現更大的色域空間,是很大的應用領域,實現窄光譜LED器件的技術要從材料外延上有所突破。
七是白光LED器件將逐步轉向RGB組合方式:採用RGB組合白光理論上具有更高的光效,並方便燈具調光、調色、調顯色性等,技術上要重點提升綠光LED光效,RGB組合有可能成為普通照明的主流。
八是天然光照明將是終極目標:隨著LED多光譜照明的發展,人們將更重視節能照明、健康照明和生態照明,採用類似太陽光照明將是最佳選擇,即天然光照明,利用LED技術可以實現,但要解決很多技術問題。
LED照明技術有很大發展空間,還需要進一步提高整燈的能效和光品質。在應用上積極推進燈具創新的同時,要不斷拓展應用領域,如智慧照明、非視覺照明和高清顯示器;在技術上要實現終極目標,即天然光照明,為人們提供節能、健康、舒適的照明環境。
奈米級發光新材料技術發展動態
現階段三類奈米級發光新材料的技術發展動態,也許是未來照明的光源。
量子點發光技術
量子點發光技術近年來發展很快,是發光領域中的新技術路線。
量子点LED:量子点(QD)是用奈米技術製作,QD顆粒一般在2nm~12nm之間,量子點發光體由發光核、半導體殼、有機配位體組成,如發光核CdSe(硒化镉)QD顆粒,其優點是:可發射可見光至紅外,發光穩定,內量子效率可達90%,與LED結合產生色彩豐富、十分明亮的暖白光。
3D打印QD-LED:普林斯頓大學首次展示3D打印量子点LED,其底層是由納米銀顆粒構成,頂部是兩個聚合物為銦鎵,量子點是奈米級硒化鎘顆粒,外殼是硫化鋅包裹,上下電極連接後,硒化鎘納米顆粒發出不同的可見光,將QD-LED列印到具有曲線形表面的裝置上,如接觸透鏡。該技術將擴大到3D列印其他的有源器件,如MEMS、電晶體、太陽能電池等。一旦產業化將是顛覆性創新技術。
紫外光(UV)QD-LED:美國聖母大學正在開發氮化鎵QD,其電子空穴通過隧道貫穿(電子穿透墊壘的現象),不是傳統的漂移擴散。可發紫外光(UV)的LED,取得很大進展,有詳細的文章報導。
量子点混合LED:日本廣島大學研究量子點無機/有機混合發光二極體,可發出白光、藍光,電源電壓6V,有效發光量的78%來自矽量子點,提高輸出功率密度350倍。新型LED在常溫常壓下通過溶液加工過程,號稱是照明系統上一場新的革命。
量子點電激發藍光LED:台東大學與遠東科大合作研究,以膠體量子點硫化鎘、硫化鋅製作出電激發藍光二極體,以類似有機的無機材料做出來,可靠性高,可取代OLED在平板上的應用。
量子點背光技術:嵌入量子點背光源,採用嵌入量子點的光學薄膜(QDEF)應用於LCD背光源,量子點在藍光LED背光的照射下,發出紅光、綠光形成RGB白光。提高LED發光效率,提升LCD色彩飽和度,將LCD色域提升30%,也增加背光亮度,降低能耗,並已產業化。預計這種彩電2015年生產130萬台,2018年達1870萬台。
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