半导体照明光源（这里首要指的是LED光源）现已批量进入照明范畴，但仍是呈现了很多问题，首要是能效、靠得住性、光色质量和本钱等问题。相关能效和光色质量所触及的内容很丰硕，好比视觉舒服度、智能化调光节制等，在此我们暂不描写。本文将会商急需处理的首要手艺问题，归结为“三高一低”，即高光效、高显色性、高靠得住和低本钱的手艺问题，实现低本钱其本色上也是手艺问题。处理这四年夜手艺问题，需要在半导体照明财产链各个环节上采纳一系列办法，好比采取新手艺、新布局、新工艺、新材料等，这里只说起应当采纳的手艺线路和标的目的，但愿对LED企业的产物立异有所帮忙。　　1、若何实现高光效　　半导体照明的光效，或说能效，是节能结果的主要目标。今朝LED器件光效财产化程度可达120～140lm/W，作成照明灯具总的能效可年夜在100lm/W。这仍是不高，节能结果不较着，离半导体器件光效理论值250lm/W还很年夜距离。真正要做到高光效，要从财产链各个环节上处理相干的手艺问题，首要是提高内量子效力、外量子效力、封装出光效力和灯具效力，本文将针对外延、芯片，封装，灯具等几个环节要处理的手艺问题切磋。　　1. 提高内量子效力和外量子效力　　首要采纳以下几点办法来提高内量子效力和外量子效力。　　（1）衬底概况粗化和非极性衬底　　采取纳米级图型衬底、“取向型”图型衬底或非极性、半极性衬底发展GaN，削减位错和缺点密度和极性场影响，提高内量子效力［1］。　　（2）广义同质衬底　　采取HVPE（氢化物液相外延）在Al2O3蓝宝石衬底上发展GaN，作为夹杂同质衬底GaN/Al2O3，在此根本上外延发展GaN，可极年夜地下降位错密度达106～107cm-2，并较年夜地提高内量子效力。日亚、Cree和我国北年夜均在研发当中［2］。　　（3）改良量子阱布局　　节制In组分的转变体例和转变量、优化量子阱布局提高电子和空穴交叠概率，增添幅射复合概率和调理非均衡载流子的输运等，提高内量子效力。　　（4）采取新布局的芯片　　采取新布局要求芯片六面出光，在芯片界面上采取新手艺进行多种概况粗化体例，削减光子在芯片界面上反射概率，并增添概况透光率，以提高芯片的外量子效力。　　2. 提高封装出光效力和下降结温　　（1）荧光粉效力和涂覆工艺　　荧光粉的光激起效力今朝还不高，黄粉可达70%摆布，红粉和绿粉的效力较低，有待进一步提高。别的，荧光粉的涂覆工艺很是主要，有报导称在芯片概况平均涂复60微米厚度的荧光粉，激起效力较高。　　（2）COB封装　　当前半导体照明的光源采取各类情势COB封装，提高COB封装的出光效力是当务之急，有报导称，采取第二代（有的称第三代）COB矩阵式布局封装，其光效可达120lm/W以上。假如采取倒装芯片和六面发光体进行全反射的布局，光效可达160lm/W以上。　　（3）下降结温　　结温为25℃时的发光量设为100%，当结温上升至60℃时其发光量只要90%，当上升至140℃时只要70%，所以在封装时要加年夜散热办法，连结较低结温，保持较高的发光效力。　　3. 提高灯具的取光效力　　分歧LED灯具的效力相差很年夜，一般LED灯具效力年夜在80%，有一部门可年夜在90%。要按照LED光源的特点和分歧的利用场所，对灯具进行邃密的二次光学设想，也要斟酌灯具散热和眩光问题，提高LED灯具的取光效力。　　2、实现高显色性　　白光LED的光色质量内容良多，包罗色温、显色性、光色保真度、光色天然度、色调辨认度、视觉舒服度等［3］。美国SSL打算提出，LED照明产物的光谱散布要到达近似太阳光的光谱散布。要到达上述这些要求是很难的，要做良多根本研究工作，未来必然会实现。这里只会商今朝急需处理的色暖和显色性问题。美国能源之星尺度划定，室内照明的显色指数CRI≥80，但在一些高真个利用场所要求CRI≥90。建造高显色性LED光源，会丧失较多的光效，所以在设想时要赐顾帮衬这两方面身分。　　在此有需要申明一下相关显色指数CRI的评价问题［4］，CIE（TC1-62）手艺陈述177的结论：“CIE的CRI不合适用在暗示白光LED光源的显色规模”。此刻有良多种针对CRI定标提出的批改法子，如CQS色质量度、GAI全色域指数、RF夫勒特利指数、CPI色彩偏心指数、CDI色分辩指数等，今朝CIE要采取哪种批改还没有定论。美国NIST（国度尺度研究院）提出采取CQS来评价光源色彩的质量，将测试样品扩年夜到15种，包括部门高色饱和度的样品，如许就好很多，良多人赐与认同。要提高显色性，准绳上要斟酌RGB三基色组合来实现，今朝有三种法子。　　（1）多基色荧光粉　　LED光源采取LED蓝光芯片加铝酸盐黄粉和氮化物红粉、绿粉组合成LED白光，其显色指数CRI可达80～90。据相关报导，如采取RGBY荧光粉有用组合，其CRI可达98。　　（2）RGB多芯片组合　　采取RGB多芯片有用组合的LED白光，显色指数CRI也可达80～90，可能因为驱动体例和本钱等身分，今朝较少利用。　　（3）荧光粉加芯片　　LED光源采取蓝光芯片加铝酸盐黄粉加红色芯片，有用组合LED白光，其显色指数可达80以上，光效较高，本钱尚可，是今朝遍及采取的组合体例。　　3、提高靠得住性　　LED器件和光源（灯具）的靠得住性、掉效力、寿命等目标，在现实利用中具有分歧的理解和描写，有需要作些注释。　　1. 靠得住性　　靠得住性是指产物在划定前提下和划定时候内，完陈规定功能的能力［5］。LED掉效种别首要有严峻掉效（指要害参数改变至LED不亮）和参数掉效（指光电参数由初始值转变至超必然限度）。掉效曲线包罗初期掉效（在利用早期掉效力高，随后敏捷降落）、偶尔掉效（掉效力低，但很不变）和耗费掉效（随利用时候愈长，耗费掉效不竭上升）。　　2. 寿命　　寿命是产物靠得住性的表征值。因为产物所划定各类寿命的寄义分歧，轻易形成混合，在此作具体描写。相关寿命的描写有良多种，这里罗列10种分歧寄义的寿命，即：寿命、平均寿命、中位寿命、特点寿命、预期寿命、靠得住寿命、工作寿命、光通保持寿命、平均无毛病工作时候和平均掉效前工作时候等。此中LED寿命的经常使用表述有：　　寿命：一般指统计平均值，对年夜量元器件而言，LED器件的寿命就是采取这类描写的寄义。　　工作寿命：指LED产物的有用工作时候，分歧在一般的寿命。　　中位寿命：有50%的灯具（光源）其光通量降落至某必然值（如初始值的70%）的时候定为中位寿命L70/B50，部门照明灯具的尺度是采取中位寿命表述。　　光通保持寿命：指发光器件（LED）或灯具（光源）的光通量降落至某必然值的时候，称为光通保持寿命（此时不斟酌色参数的转变）。　　IEC和能源之星的表述：　　IEC组织提出用保持率来讲明掉效力、寿命、预期寿命等。　　EPA（美国国度情况庇护局）发布：能源之星灯具V1.0手艺规范“手艺中立”，划定婚配灯具寿命为1万小时即额定光通保持率寿命，集成LED灯具要求1.5万～2.5万小时。　　能源之星尺度提出LED光源（灯具）在加额定电流6000小时后，丈量产物的光通保持率，并推算产物的工作寿命（指有用的工作时候）同时要求在全寿命期内色空间平均度在CIE1976u′v′图中0.006之内。这个法子获得行业内遍及认同，但具体操作很难，由于需要花250天以上的实验时候，在企业中很难履行。　　3. 提高靠得住性　　提高LED靠得住性是行内配合尽力的方针。相关影响LED产物靠得住性的各类身分，如芯片制造、封装、热阻、散热等，之前做了较具体描写［6］，在此但愿企业对LED产物在履行周全质量节制的根本上，再作以下两点要求：　　（1）削减掉效力　　今朝在现实利用中，常常呈现产物掉效，有的乃至很严峻。但愿相干单元能经由过程各类实验，找出掉效的缘由，并采纳有用的工艺挑选法子，剔除初期掉效和偶尔掉效的不良产物，在利用中尽量削减掉效力。　　（2）耽误耗费掉效时候　　但愿相干企业对典型的LED产物进行长时候老化实验（或加快老化实验），经由过程阐发找生产品耗费掉效的缘由，并在工艺、选材等各方面加以改良，耽误耗费的时候，这也是提高LED寿命的有用法子。　　4、下降本钱　　今朝LED各类产物还没有年夜范围出产推行利用，首要问题是价钱太高，LED产物不克不及持久靠补助来成长，要不竭尽力下降本钱。全球相干部分单元都在存眷下降LED产物本钱，好比美国SSL打算2015年LED光源（灯具）本钱要达2美元/klm。我国也提出2015年LED光源（灯具）本钱要在15元/klm以内。中国台湾地域也提出在2014年之前可实现2美元/klm方针。要下降本钱，除多量量出产外，首要从手艺上采纳办法下降本钱的方式、路子。　　下降本钱要从LED财产链各环节上动手，配合尽力，起首阐发LED产物的本钱布局年夜约是4:4：2，即光源占40%、驱动和散热占40%、其他占20%，首要环节是外延芯片、封装、驱动、散热等方面本钱有较年夜的降落空间，要从手艺上采纳有用办法，从底子上处理LED产物的本钱问题。　　1. 外延芯片环节下降本钱的方式切磋　　今朝LED产物的芯片占本钱的40%摆布，下降芯片的本钱是最主要的使命。　　世界首要外延出产厂家Veeco提出，对现有MOCVD的装备、工艺、架构改良，提高量产效力，至2014年外延片价钱达0.2美元/cm2。（2009年1美元/cm2）　　采取4″和6″的MOCVD装备和配套的芯片制造装备，使外延、芯片产能的效力年夜幅度提高，从而下降外延芯片的本钱。　　今朝全球良多有实力的公司正在研发在8″硅片上间接发展GaN，并获得可喜功效。比来欧司朗发布在6″硅片上发展GaN芯片，面积1mm2，在350mA下，色温4500K时，光效可达127lm/W，需2年后投放市场。估量采纳该方式出产可下降芯片本钱50%。　　开辟同质广义外延，采取HVPE液相外延发展GaN衬底。在今生长GaNLED产物，既能提高LED机能，又能年夜幅度下降外延芯片本钱，采取该方式出产，可年夜幅度缩短外延发展时候，同时能够年夜量节流MO源，据估算可下降芯片本钱50%。　　LED器件采取年夜电流密度下工作，如面积为1mm2芯片，一般工作电流是350mA，国外几家年夜公司均已开辟可供给工作电流在1～2A下工作的功率LED器件，如许用一只芯片可获光通量达400～500lm，固然会丧失部门光效，他们已较好地处理了Droop现象，在取得一样光通量下，可较年夜下降芯片本钱。　　2. 封装环节下降本钱的方式切磋　　半导体照明所用的光源将采取COB和模块封装情势，如许将极年夜地下降LED光源封装本钱。　　LED光源采取COB封装情势，今朝首要是采取中功率多芯片、矩阵式集成封装，号称第三代COB封装情势，且有良多分歧的布局类型，如MCOB、COFB、MCOMB等，并可下降封装本钱30%，今朝国内已开辟一种球泡灯，采取9只中功率芯片集成COB封装，体积小、不带散热片，功率为7W，光通量可达500～700lm，其本钱只要16元。　　模块化尺度封装LED产物，这将是半导体照明光源的成长标的目的。它是将芯片、驱动、节制部门、散热、零件等封装在一路构成模块，并进行尺度化出产，可用在分歧照明灯具产物，可极年夜地下降封装本钱，据测算可下降封装本钱50%，各首要厂商均积极投入研发当中。Zhaga同盟已动手制订相干尺度，首要是光引擎界面接口尺度，它将涵盖物理尺寸和光引擎的光学、电气和热特征等，终究实现同盟内分歧制造商之间的产物兼容性、交换性。　　3. 灯具环节下降本钱的方式　　在保障二次光学设想出光效力和散热机能的条件下，采取新材料、新的照明体例等，设想建造简便、美妙、价廉的新灯具，从而下降灯具本钱。另外，今朝国产电源的机能和靠得住性有较年夜提高。在此根本上采纳有用的手艺办法，可较年夜幅度下降电源本钱，从今朝2.5～3元/W降至1.5～2元/W。　　4. 其他配套本钱的下降　　MOCVD外延炉和芯片制造装备，如能国产化，会较年夜幅度下降芯片制形成本。LED产物的检测装备，特殊是光学检测装备，还下降本钱的空间。另外要害原材料国产化也有益在下降本钱，此中，Al2O3蓝宝石衬底国产化，已降价很多。外延用的MO无机源，现有部门国产化，也有降价的余地。封装用的荧光粉等国产化，均有较年夜降价的余地。　　整体而言，除经由过程上述所说的采取新手艺、新工艺、新布局、新材料等办法来实现半导体照明的高光效、高显色性、高靠得住性和低本钱以外，从深条理上来看，应当侧重将提高能效和光色质量作为LED照明的更高要求，即LED白光的光谱散布近似太阳光的光谱散布，要充实斟酌视觉舒服度、人道化的照明等，并进行智能化调光节制，削减电能消耗，提高节能结果，使半导体照明真正为人们供给节能、环保、健康、舒服的照明情况。