LED照明第二幕（一）刷新基本構造，突破發光效率、成本和亮度壁壘

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白色LED由日亞化學工業開發出基本構造，並實現了廣泛普及。但如今市場對LED照明的需求越來越多樣化，僅憑以往的技術框架已經無法滿足市場需求。現在，不僅僅是改良，基本構造各異的技術也逐漸出現。這些技術具有取代以往技術的可能性。

LED照明在技術層面上也拉開了第二幕。這是因為有多項基本構成已完全不同，而非傳統技術改良版的技術在強勢崛起。這些革新性技術將開拓白熾燈泡和熒光燈以外的新照明用途。

以往的白色LED大多基於日亞化學工業1996年推出的技術。基本是結合使用在藍寶石基板上生成GaN晶體制作的藍色LED與黃色發光熒光材料YAG*來形成白光。

*YAG＝釔（Y）鋁（Al）石榴石（Garnet）。這裡是指在由Y3Al5O12構成的石榴石構造材料中添加鈰離子（Ce3＋）的材料。日亞化學工業在LED熒光材料中採用了YAG與鎵（Ga）釓（Gd）石榴石（GGG）的化合物。

這種技術無疑是在與其他白色發光LED技術的競爭中脫穎而出的一項優秀技術。但由於技術成熟度高，性能進一步提高的余地較小。

日亞化學工業在2010年初試制成功以20mA的電流實現了249lm/W高發光效率LED時就表示“技術已經接近極限”，宣布追求發光效率的研究和學術發表將會告一段落。

另一方面，隨著LED在照明市場上的作用越來越大，對性能的要求也呈現高度化和多樣化，具體表現為（1）進一步提高發光效率﹔（2）大幅削減制造成本﹔（3）實現高亮度﹔（4）顯色指數的提高及LED特有的眩光降低等需求。而以往的白色LED技術已經無法充分滿足這些需求，因而出現市場增長停滯態勢（圖1）。

圖1：鎖定目標打破壁壘的行動加速 打破LED照明市場增長停滯局面的4個技術方向。發光效率、價格、亮度和顯色指數等一般呈此消彼長的關系，很難同時提高（a）。今后LED的發展趨勢將是，根據要求大幅改變技術，從而至少大幅提高其中一方面的性能。

竭盡努力確保性能

此前，具備高發光效率和大光通量的LED照明產品為設法滿足（1）∼（4）的需求，把精力集中在了為數不多的技術選項中。例如，發光效率接近200lm/W的直管型LED燈通過為各芯片加載小電流使之以低亮度發光，從而實現高效率，同時通過大量排列這種芯片來確保燈具整體所需光通量（圖2）。

圖2：效率的提高與亮度的提高此消彼長 LED燈的電流密度與發光效率的選擇示例。以幾mA/mm2的超低電流密度驅動發光效率近200lm/W的直管型LED燈，通過大量排列LED芯片確保光通量。大光通量COB也基本採取相同的戰略。

採用這種設計的原因之一是，LED芯片的發光特性存在“光效下降（Droop）現象”。電流密度越小發光效率越高，電流密度增大，發光效率則會不斷降低。也可以說，發光效率與亮度是彼此矛盾的關系。

當然了，無論怎麼削減電流密度，也無法超越LED芯片本來的發光效率極限。因此，LED燈具廠商紛紛設法獲得發光效率盡量高的LED芯片。他們採取的辦法不僅僅是與技術實力高的LED芯片廠商簽訂合作協議。

因為即使是同一家廠商以相同的條件制造的LED芯片，發光效率也有高有低，性能並不穩定。為了從這些性能高低不均的產品中，得到發光效率比標准品高的芯片，LED燈具廠商展開了競爭。例如，愛麗思歐雅瑪“選擇的是上等品，用金槍魚來比喻的話相當於肉質鮮美的‘腹部’部分”（愛麗思歐雅瑪執行董事、LED事業本部本部長石田敬）。不過，如果隻使用高性能的芯片，則無法確保市場要求的數量。因此，該公司根據性能與數量來全盤考慮產品性能參數。