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  • 紧跟行业迅猛发展的步伐
    欧司朗大中华区通用照明业务销售负责人
    毕业于清华大学,并获得物理电子与光电子博士学位,对于III-V氮化物材料外延、半导体制程开发(高功率高亮度LED、高电子迁移率晶体管、激光二极管、半导体探测器)、直流&射频溅射、电子束&热淀积、光刻工艺技术、材料与器件特性表征测试等有丰富经验。

    科锐(Nasdaq: CREE)作为全球LED外延、芯片、封装、LED照明解决方案、化合物半导体材料、功率器件和射频于一体的著名制造商和行业领先者,在归纳总结照明级LED技术发展的重要基础之上,于2013年率先提出“高密度级LED技术”的概念,并全力发展高密度级LED技术与产品,通过坚持不懈的创新来继续引领LED照明变革。科锐指出作为LED照明核心部件的LED封装器件,将朝着尺寸越来越小,性能越来越高的方向前进。科锐将LED封装器件性能/LED器件尺寸定义为OCF(Optical Control Factor,光学控制因素),用以衡量LED封装器件为LED照明生产商所带来的价值。当光学控制因素OCF越高(LED封装器件性能越高 & LED封装器件尺寸越小,或LED封装器件性能越高 & LED封装器件尺寸不变,或LED封装器件性能不变 & LED封装器件尺寸越小)时,我们在单位尺寸内将能够获得更为优异的性能,并带来更高的价值。

    图1. 高密度级LED技术引领市场

    图2. 高密度级LED技术光学控制因素
     
      LED前端技术的突破,将为后端照明应用带来更多空间和机遇。拥有高光学控制因素OCF的高密度级LED封装器件带来重要价值。首先,尺寸足够小、性能足够高的LED封装器件能够带来比普通LED封装器件更多的创意和发挥的空间,从而挑战传统设计概念,同时结合智能照明技术,将为LED照明创造“富有情感”的智能体验,使得产品实现差异化,占据高附加值的领地。光将不再只是简单的照明,更会是超越照明,不再只是一种产品,更会成为一种满足人们生活的定制服务。当现在的人们用着便携式的平板电脑和智能手机进行网上冲浪或与亲朋好友网络沟通时,是否还会记得二十年前我们曾经认为无比先进的286、386计算机呢?现在回想起来,曾经那么神秘领先的机器运行速度是那么的缓慢,体积又是那么的庞大……

    图3. 计算机和电话机发展历史的启示
     
      再者,拥有高光学控制因素OCF的高密度级LED封装器件意味着高投资回报。LED照明制造商能够在相同的物理空间和光学配套投入上,获得更大的回报产出。由于高密度级LED封装器件尺寸足够小,所以在相同的物理空间内可以排布更多数量的产品,同时其每颗产品又拥有更高的性能,从而可以满足高流明输出等应用领域的需求。这就好比在一块面积固定的老旧住房所在的土地上进行改造,建设高楼大厦。在同样的土地面积(相同的物理空间)内可以建设更多更高的楼房(排布更多数量的高性能产品),从而为土地开发商(LED照明生产商)带来更高的回报。
     
      总而言之,拥有高光学控制因素OCF的高密度级LED封装器件将使得实现体积更小、照明性能更高、照明品质更佳、系统成本更低、照明设计更灵活、照明产品更富有创新性的新一代LED照明解决方案成为可能。这将不仅仅为现有LED照明存量市场提供更好的解决方案,更会为今后LED照明新增市场带来更多想象空间和发展机遇。高密度级LED技术的不断提升,为LED照明市场提供可持续性的前进动力。
     
      在高密度级LED技术研发方面,科锐于2014年3月宣布白光功率型LED实验室光效达到303 lm/W(在标准室温环境、相关色温5,150 K和350 mA驱动电流条件下,实测得到LED光效为303 lm/W),再度树立LED行业里程碑。实验室光效突破300 lm/W的屏障,不只是研发记录上的突破,更将为LED照明行业带来深远的影响!303 lm/W提升了LED性能边界,将进一步带动在单位尺寸内包括光效、光输出、光品质等LED照明各项性能的全面提升。业界著名国际专家美国加利福尼亚大学圣巴巴拉分校固态照明与能源中心主任Steven DenBaars教授称赞:“这真是令人瞩目的成就!能够取得这一水平的LED光效,将扩大固态照明产业的潜能,带来更小尺寸和更低成本照明解决方案,甚至取得比预期中要更为显著的能源节约。”
     
      在高密度级大功率LED封装器件产品开发方面,科锐目前推出了XLamp XP-L LED、XLamp XB-H LED、XLamp XQ-E LED等三款产品,在保证优异光品质的前提下,使得更小尺寸的LED封装器件实现了更高的光效和流明输出。例如,科锐XLamp XB-H LED综合了前代产品XLamp XP-G2 LED的性能和XLamp XB-D LED的封装尺寸,设立了大功率LED器件的新标杆。XLamp XB-H LED的封装尺寸仅为2.45mm×2.45mm,在温度25 °C和功率1 W条件下能够提供最高可达175 lm/W光效。与同样性能水平的XLamp XP-G2 LED相比,XLamp XB-H LED的封装尺寸仅为其50%。而与同样封装尺寸的XLamp XB-D LED相比,XLamp XB-H LED在相同光效条件下的流明输出是其3倍。拥有高光学控制因素OCF的XLamp XB-H LED能够为照明生产商提供更高亮度和更好光学控制,从而帮助在不牺牲可靠性的前提条件下提高设计灵活性、提升性能、降低系统成本。

    图4. 高密度级大功率LED封装器件产品开发
     
      在高密度级COB器件产品开发方面,科锐目前推出了XLamp 1310 LED、XLamp 1520 LED、XLamp 1850 LED、XLamp 2590 LED。在优异光品质的前提下,使得更小发光面(LES)尺寸的COB器件实现了更高的中心光强和流明输出。例如,科锐XLamp CXA1850 LED综合了前代产品XLamp CXA3050 LED的性能和XLamp CXA1820 LED的发光面(LES)尺寸,设立了COB器件新的标杆。XLamp CXA1850 LED的发光面(LES)尺寸仅为12mm,光通量超过9,000 lm,能够使得LED照明解决方案在保持与70 W陶瓷金卤灯相同中心光强和光品质的前提下,功率消耗降低一半。与同样性能水平的XLamp CXA3050 LED相比,XLamp CXA1850 LED的发光面(LES)尺寸仅为其50%。而与同样发光面(LES)尺寸的XLamp CXA1820 LED相比,XLamp CXA1850 LED在相同光效条件下的流明输出是其2倍。

    图5. 高密度级COB器件产品开发
     
      高密度级LED技术同样适用于LED模组产品的发展。科锐于2014年3月推出了业界首款8,000 lm LMH2 LED模组,从而在相同外形尺寸的同一个光源体系中形成了850 lm、1,250 lm、2,000 lm、3,000 lm、4,000 lm、6,000 lm、8,000 lm的丰富产品选择,满足不同天花顶高度照明应用的高流明输出需求,并且不需要牺牲光品质和可靠性。LED模组的尺寸保持不变,同时LED模组的性能在不断提升,这就是高密度级LED技术所带的巨大变化。8,000 lm LMH2 LED模组为会议中心、机场、礼堂、商场等应用场所提供性能不打折扣且简单易用的解决方案。8,000 lm LMH2 LED模组针对150 W陶瓷金卤灯替换而优化设计,功率仅为其63%,寿命则是其3倍。

    图6. LED模组产品高密度级演变
     
      高密度级LED技术是LED照明发展历程中的一个重要突破,如同“摩尔定律”一样,归纳了LED照明的宏观发展,将成为LED照明行业发展的重要指南。眼下各种LED技术路线,正装技术、倒装技术(flip-chip)以及坊间热议的“免金线封装”(CSP, Chip Scale Package)看似五花八门,但正本清源,经过综合分析和对比,我们可以清晰地摸索出LED技术发展的规律,各种技术路线努力的方向不外乎都是为了可以在更小的LED芯片面积上耐受更大的电流驱动,并获得更高的光通量以及薄型化等特性,从而获得更好的性能(发光效率、发光强度、产品寿命、流明成本等)。这就是高密度级LED技术!这就是高密度级LED时代!
     
      高密度级LED技术将为LED照明带来了颠覆性的创新,未来LED照明又将迎来新一轮的发展浪潮。光将不再只是满足人们基本的照明要求,更将成为一种服务。LED照明与智能技术的结合,如LED智能家居照明、LED智能零售照明、LED智能办公室照明、LED智能工厂照明等一系列特色照明将会帮助开启更为广阔的市场,亦如计算机、智能手机等给人们所带来的巨大改变。
     
      在技术突飞猛进的时代,总会有一些保守的声音会说“现在的技术水平已经足够好了,我们接下来把产品做做便宜就可以了”。逆水行舟,不进则退。如若满足于现有技术水平,必将在未来的市场竞争被动挨打,甚至被淘汰。打个很简单的比方,现在即便把传统功能性手机做得再便宜,它还有多少利润空间,它还能与智能手机进行对抗吗?国际业界的动态非常值得我们关注。美国能源部于2014年4月发布了最新的固态照明研究与开发多年期项目计划(2014 Solid-State Lighting Research and Development Multi-Year Program Plan),从中我们可以了解到美国能源部对于LED封装器件和LED灯具未来发展的规划。LED封装器件冷白光光效2020年光效达到231 lm/W,长期目标为250 lm/W。LED封装器件暖白光光效2020年达到225 lm/W,长期目标为250 lm/W。LED灯具光效(由美国能源部支持的项目)2020年达到近180 lm/W,长期目标为>200 lm/W。管中窥豹,以上这些规划和数据,应该说给很多满足技术现状并认为LED性能已经足够高没必要更高的业者提出了警醒。当强大的国际同行们设定更为长远宏大目标的时候,我们更不应该为眼前所取得的小小成绩而沾沾自喜。半导体行业和手机行业的成长轨迹就是一个很好的参照。坚持持续创新的企业脱颖而出,而固步自封的企业,哪怕早期有所成就,却因没能紧跟行业迅猛发展的步伐而只有今兮在何方的感慨!

    表1. 美国能源部对于LED封装器件发展规划

    图7. 美国能源部对于LED灯具发展规划
     
      高密度级LED技术将会成为一个重要航道,帮助企业从群雄混战的红海市场驶向广阔无垠的蓝海市场。根据众多国内外业界机构的预测,LED在照明中的渗透率在接下来几年内将会有一个快速的提升,在2020年左右更将达到45%左右。届时的LED照明灯具是否还是现在的样式?LED在完成了照明替换市场之后,在照明新增市场又会以一个什么样的形态出现?这些都需要我们从现在开始就要认真考虑并且有所准备,从而实现从“制造”到“智造”的凤凰涅槃,并在未来的市场竞争中处于更为有利的地位!
     
      参考信息:
     
      1. 美国能源部2014年4月“固态照明研究与开发多年期项目计划”Solid-State Lighting Research and Development Multi-Year Program Plan
     
      2. 美国能源部2014年1月“固态照明研究与开发研讨会”2014 Solid-State Lighting R&D Workshop

      观后感

    LED照明灯具未来的样式多变

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    关键点

    科锐指出作为LED照明核心部件的LED封装器件,将朝着尺寸越来越小,性能越来越高的方向前进。

    我问邵嘉平