三大发明人谈LED新十年：与新技术同行

       在中村修二指出，LED照明将是未来的一个发展趋势。

       他从技术的角度，就半导体照明技术的第一代LED以及第二代LED做了分析对比。第一代LED是在碳化硅和硅做基底，第二代LED是基于氮化镓做基底的，氮化镓基底的LED性能有了很大的提高，电流密度可以很大，温度可以很高，相比第一代LED，这种氮化镓的LED非常好。

       通过利用半极化和非极化，可以有效提高发光效率。2007年，中村修二研发团队发现，利用半极化和非极化平面，可使LED发光成本降低50%，发光率增长50%，这样的技术已经应用。氮化镓基底没有蓝宝石基底的缺陷，且可以提高电流密度，散热增加0.4%-0.5%，LED亮度更好。

       除了发光效率，成本上LED下降也很快。一项技术的产业化通常会受到成本的制约。有时候人们会说一千流明有多少成本?中村修二介绍，使用氮化镓基底，电流密度可以增长10%，可以大幅降低成本，对现在LED的贡献不止10%。氮化镓基底的成本也许会增加30-40%，但是它的发光密度会增加40%以上，总体算下来还是很合算。

       氮化镓基底还可以减少LED模块的数量。对于一些电光源，过去用蓝宝石基底需要7个模块，现在用氮化镓基底可以只用一个氮化镓基底。

       总体来看，氮化镓比蓝宝石基底的LED更好，而且成本下降，能够满足现有LED技术要求，电流密度可比以前增加10倍，照明质量更高。中村修二对LED照明应用很有信心。他相信，随着未来产业中LED技术的加速采用，发光质量的提升和总体成本的下降，LED照明将会有一个光明的未来。

       LED产业已经获得了整个业界的支持和扶持，可说是势不可挡。但是人类究竟需要什么样的照明?未来会有什么样的新技术?这些新技术会对LED照明产生怎样的影响?

       回溯过去可以更好地预测未来。黄光LED发明人George Craford教授展示了过去十年LED性能的变化。从最开始采用甲基荧光粉的LED，到LED发光亮度发展到接近100流明，但LED灯非常昂贵，直到1986年LED技术出现了更好的发展，在具备同样照明亮度的情况下，LED每流明价格大幅降低。多年来LED照明一直在不断研发，也出现了很多新的技术，使得现在LED亮度有了近十倍的改善，伴随着每一次改善我们都会看到每流明的成本下降。

       现在出现了革命性的发展。George Craford指出，目前可以看到，每瓦特流明预计2020年会翻一番，成本会下降10倍。

       过去十年LED的性能革命

       封装对降低成本是一个非常重要的因素。过去使用陶瓷的封装使得成本不断下降，针对客户想要的应用，也出现了多种多样的封装。即使是陶瓷的封装也有变化。色彩的控制也是消费者想要的。比如飞利浦有LUXEON TX产品，它有非常好的热性能、色彩的控制。LED性能不断上升，2010年末到2012年性能上升了23%，现在性能又进一步上升了15%，总体上出现了40%以上的性能提高。

       接下来十年当中会出现什么样的状况?George Craford表示，首先是每瓦流明数和每美元流明数不断提升，发光质量持续优化，而且灯的质量也会不断上升。其次是现在的一些新技术可能会对未来照明产生影响，但是还很难指出哪个技术更重要。不仅仅是LED照明本身，接下来的十年当中整个照明系统都会出现变化。要生产一个高效的LED，要有电效率、转化效率等参数。LED底部荧光粉转换效率上，目前绿光和蓝光的效率几乎接近实际的限值，要继续提高性能，就必须在这些而不只是一个领域做出改进。如果将来有窄带系的荧光粉，则可以继续提高照明绩效20%，随着荧光粉的改进照明绩效也会进一步上升。现在的显色指数(CRI)也不是很好。下图中显示出两个红色的荧光粉。红色荧光粉只要稍微调整CRI就会出现改变，这说明显色指数并不是想象中那么重要。也许在接下来的十年，会有技术突破发生，人们可以找到比CRI更好的系数。

       显色指数受到其他因素的影响而发生变化

       什么样的技术突破比较重要呢?一是可以降低成本。利用极化的和非极化的氮化镓作为基板，使基板的成本不断下降。二是提升发光效率。George Craford称，现在高性能的绿光还没有出现，如果把红、绿、蓝色光结合在一起就需要有效的绿光，这是一个棘手的问题。如果获得比较好的CRI，从理论上来讲可以获得更大的效率。三是冲破固有理念。如果利用激光或者窄截距的光源，可以获得比较好的光束，但是在这些不同的光线当中会有一些颜色的局限。因此，在色彩方面还是需要做出进一步的研发工作，以便研发出多色彩的LED灯。四是，荧光粉是否可以应用在碳化硅、氮化镓以及一氧化锌衬底当中?是否有好的方法实现光子结构的应用?还有散热等问题也需要关注。

       第三，照明系统将从“替代”阶段继续演进，继而出现新的应用。从历史延续来说，如果没有白炽灯阶段就不可能有LED灯泡。George Craford尤其指出，那么，是否还可以利用其他的方式去替代LED灯，或者替代荧光粉，使得所有的灯具都出现很多的变化?是否可以最优地利用LED?事实上有时候新事物出现的速度比我们想象的快，比如数字颜色的改变还有动作的感知、灯的通信等。思索人们究竟需要什么样的照明，这个问题很有意义。

       第四是光与健康生活的问题。蓝光可以对人们的健康产生很重要的影响。飞利浦公司和大学研究机构合作也作了一些研究。如果是带蓝光的白光会影响人们的生物节律，如果蓝光越多的话，褪黑素就会越少。如果光源能够调节，学生的学习成绩会比原来提高。他们的注意力也可增加70%。也许可以把LED嵌入到衣服当中。新的设计概念出现会影响我们的生活。

       LED已然受到热捧，前途一片光明。但OLED也在进入照明领域。

       LED和OLED的区别很大。LED是一个晶体点光源，OLED实际上是一个扩散的光源区域，可以做成几米长，是有机质的薄膜。目前OLED正延伸到屏幕上的应用，试图取代LCD。

       以OLED为基础的小型屏幕大约在2000年时就在手机上得到应用。相对于多层的LCD，OLED只有两层，通电之后就可以发光。OLED的发光层材料与LED和LCD的最大不同就是，OLED是自我发光，关掉电源不能发光。因此，如果用它做屏幕或者显示屏，OLED的对比度很高。对于光源来讲，OLED对于显示屏来讲非常重要。

       在很多应用中可以发挥OLED的优势。比如三星用OLED的技术做了大概超过5亿个手机。Iphone 5S也使用了OLED。邓青云指出，事实上现在OLED在显示屏上和LED差不多。如果想要在电视上应用OLED，则还需要跨越很多的障碍。但现在香港和美国都已有应用，2013年10月份香港已经有了OLED电视，是55英寸的LG可卷曲显示屏，比LED的性能更好。三星认为OLED屏幕电视会取代LCD电视，并做了很多努力。松下公司也在发展OLED技术。调研公司DisplaySearch预测，未来在电视市场中2016年电视用货量将超过250Million台。

       

OLED的电视出货量预测

       邓青云介绍，LED有非常多的蓝光，但是绿光不足。相比之下，OLED绿光非常多，蓝光非常少，所以可以做很柔和的光线，这是OLED的特点。在照明领域，由于OLED是分散式的光源，它的2GB颜色效率非常高。分散的光源不能作为点光源使用，因此，现在OLED主要是应用在装饰中，还没有应用在普通的照明中。但邓青云表示，如果把成本降下来，OLED应该是未来很重要的普通照明光源。

       OLED的性能在进步，目前的发光效率已经达到90流明，寿命达到一万小时以上。普林斯顿大学和加州大学也做了研究，根据他们的研究，OLED的效率可以达到100%。OLED的出光有时候会有一些损失，最大的问题就是蓝光的问题，它的蓝光寿命很短。想要提高OLED发光效率，要同时提高和优化它的结构。邓青云透露，在OLED显示屏领域有几十亿的投资，在开发第五代到第八代的显示屏，最终也会波及照明业的发展。

       封装技术和材料会助推OLED的未来应用。邓青云教授指出，一位大学教授开发了一个OLED的结构，已经达到了100流明每瓦。如果制造出OLED结构的话，就能使它的出光率更高。如果对OLED基底做一个特殊的处理，发光效率可以达到110流明，前提是必须要保证塑料耐用，因此要考虑到封装技术是否好。

       现在，欧司朗的OLED电灯已经出现。邓青云相信，随着技术的进步，OLED未来会更便宜更好。

       可以发现，OLED在显示屏上和LED差不多，而且在手机当中也有大量出货。有理由推测，在非点光源领域，随着OLED的成本降低，OLED与LED将有一个应用市场的交集和竞争。而在OLED电视方面，LG已经开发出可卷曲55英寸显示屏，这对该市场的LED照明来说也是一个信号，就是它已经和OLED迎面轻微相撞。LED如天马出群众星捧月，OLED则如龙居浅水，初露升腾。OLED潜伏着什么样的机遇?未来的碰撞程度会如何呢?就目前的LED市场来说，如George Craford所言，人们究竟需要什么样的照明?也还需要我们继续挖掘、研究。也许还可以利用其他的方式去替代LED灯，或者替代荧光粉，使得所有的灯具都出现很多的变化。