2014年06月27日14:24
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“碳纳米管与InGaZnO是绝配”，美大学试制成功501级环型振荡器
白色LED由日亚化学工业开发出基本构造，并实现了广泛普及。但如今市场对LED照明的需求越来越多样化，仅凭以往的技术框架已经无法满足市场需求。现在，不仅仅是改良，基本构造各异的技术也逐渐出现。这些技术具有取代以往技术的可能性。
LED照明在技术层面上也拉开了第二幕。这是因为有多项基本构成已完全不同，而非传统技术改良版的技术在强势崛起。这些革新性技术将开拓白炽灯泡和荧光灯以外的新照明用途。
以往的白色LED大多基于日亚化学工业1996年推出的技术。基本是结合使用在蓝宝石基板上生成GaN晶体制作的蓝色LED与黄色发光荧光材料YAG*来形成白光。
*YAG＝钇（Y）铝（Al）石榴石（Garnet）。这里是指在由Y3Al5O12构成的石榴石构造材料中添加铈离子（Ce3＋）的材料。日亚化学工业在LED荧光材料中采用了YAG与镓（Ga）钆（Gd）石榴石（GGG）的化合物。
这种技术无疑是在与其他白色发光LED技术的竞争中脱颖而出的一项优秀技术。但由于技术成熟度高，性能进一步提高的余地较小。
日亚化学工业在2010年初试制成功以20mA的电流实现了249lm/W高发光效率LED时就表示“技术已经接近极限”，宣布追求发光效率的研究和学术发表将会告一段落。
另一方面，随着LED在照明市场上的作用越来越大，对性能的要求也呈现高度化和多样化，具体表现为（1）进一步提高发光效率；（2）大幅削减制造成本；（3）实现高亮度；（4）显色指数的提高及LED特有的眩光降低等需求。而以往的白色LED技术已经无法充分满足这些需求，因而出现市场增长停滞态势（图1）。
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图1：锁定目标打破壁垒的行动加速 打破LED照明市场增长停滞局面的4个技术方向。发光效率、价格、亮度和显色指数等一般呈此消彼长的关系，很难同时提高（a）。今后LED的发展趋势将是，根据要求大幅改变技术，从而至少大幅提高其中一方面的性能。 |
竭尽努力确保性能
此前，具备高发光效率和大光通量的LED照明产品为设法满足（1）～（4）的需求，把精力集中在了为数不多的技术选项中。例如，发光效率接近200lm/W的直管型LED灯通过为各芯片加载小电流使之以低亮度发光，从而实现高效率，同时通过大量排列这种芯片来确保灯具整体所需光通量（图2）。
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图2：效率的提高与亮度的提高此消彼长 LED灯的电流密度与发光效率的选择示例。以几mA/mm2的超低电流密度驱动发光效率近200lm/W的直管型LED灯，通过大量排列LED芯片确保光通量。大光通量COB也基本采取相同的战略。 |
采用这种设计的原因之一是，LED芯片的发光特性存在“光效下降（Droop）现象”。电流密度越小发光效率越高，电流密度增大，发光效率则会不断降低。也可以说，发光效率与亮度是彼此矛盾的关系。
当然了，无论怎么削减电流密度，也无法超越LED芯片本来的发光效率极限。因此，LED灯具厂商纷纷设法获得发光效率尽量高的LED芯片。他们采取的办法不仅仅是与技术实力高的LED芯片厂商签订合作协议。
因为即使是同一家厂商以相同的条件制造的LED芯片，发光效率也有高有低，性能并不稳定。为了从这些性能高低不均的产品中，得到发光效率比标准品高的芯片，LED灯具厂商展开了竞争。例如，爱丽思欧雅玛“选择的是上等品，用金枪鱼来比喻的话相当于肉质鲜美的‘腹部’部分”（爱丽思欧雅玛执行董事、LED事业本部本部长石田敬）。不过，如果只使用高性能的芯片，则无法确保市场要求的数量。因此，该公司根据性能与数量来全盘考虑产品性能参数。
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