美国LED界为铺垫7大新技术应用做了什么？

　　随着LED行业发展的加速，LED在我们的生活中出现的频率也越来越高，LED照明产业与相关产业间的技术融合、产品跨界的案例不断涌现。跨界融合，已成为全球LED产业发展和技术创新的大趋势。近年来，美国LED产业界围绕7大技术主题开展了精彩纷呈的创新应用，展现了LED产业应用的无限可能和广阔商机。

　　1. 智慧照明

　　智慧照明通过控制系统来设定照明的各种光电参数。照明控制系统会根据照明面积、有效日光和每天开关灯时间进行控制，以达到大幅度节省能源和成本的照明方式。LED智能照明不仅于此，通过与传感器、物联网的集成，LED灯将实现对更多因素的智能控制。目前智能照明有几个最大的应用市场，分别是商业和工业建筑、公共及政府建筑物、户外照明和住宅应用等。

　　美国的Acuity Brands公司、Daintree Networks公司和Lutron Electronics公司等都是智慧照明领域的代表企业。另外，街道照明也是值得期待的巨大商机。如美国Intellistreets公司开发的智能LED路灯，可通过无线网络实现控制，结合照明、信息收集和监控等多种功能，不仅能实现对灯光的节能控制，而且能够探测诸如洪水、生物和放射灾害，并把搜集的信息反馈回控制中心。根据BIS Research市场研究报告预测，2018年世界智慧照市场产值约224亿美元，2015至2020年的复合年增长率高达19.4%，到2020年产值将达到570亿美元(如图1);其中北美市场份额2014年为63亿美元，2020年达到125亿美元。

　　图1： 世界智慧照明市场产值预测(BIS Research)

　　2. LED新型衬底

　　LED外延片衬底材料是半导体照明产业技术发展的基石。目前，LED衬底类别包括蓝宝石、碳化硅、硅和氮化镓。蓝宝石衬底根据它独特的优势，以及通过规模生产在未来大幅降低成本的可能性，在未来很长一段时间里将继续成为LED衬底市场主流。与传统衬底材料相比，氮化镓具有禁带宽度大、击穿电压高、热导率大、电子饱和漂移速度高和化学稳定性好等特性，但最大难题在于价格过高。碳化硅衬底和GaN基材料之间的晶格失配度更小，因此在碳化硅上生长获得的GaN晶体质量要略好于在蓝宝石衬底。

　　美国Cree公司广泛使用碳化硅衬底材料生产高光效、大功率LED，并在高端LED市场中占据着主导地位。当前，中国企业采用该技术路线较少，一方面原因是碳化硅衬底加工昂贵，另一方面是核心技术主要被美国Cree掌握。硅材料具有大尺寸、高质量、导电等优点，且硅衬底GaN基材料及器件的研制将进一步促进GaN基器件与传统硅衬底器件工艺的集成。2011年，美国普瑞光电(Bridgelux)曾率先与东芝合作共同开发硅衬底LED技术，但产业化进程由于受到制造成本、良品率的制约难以实现。在该领域的产业化LED界仍处于探索阶段。

　　3. 荧光粉技术

　　荧光有粉具波长转换功能，在决定白光性能如显色指数、色温、效率等方面起重要作用，是白光LED照明器件的关键材料之一。目前，LED用的荧光粉主要有三大体系，即铝酸盐、硅酸盐和氮化物。

　　美国Intematix公司作为全球知名的LED荧光粉供应商，在铝酸盐和硅酸盐体系的荧光粉及照明领域所申请的相关专利多达300多项。法国市场研究机构Yole Development最近的报告预测，随着固态照明成为主流技术，高亮度LED使用的荧光粉市场将快速增长，到2015年达到10亿美元。

　　4.量子点LED

　　量子点是一种纳米尺寸的半导体晶体，其内部电子在各方向上的运动都受到局限，所以量子效应特别显著。量子点在太阳能电池、发光器件、光学生物标记等领域具有广泛的应用前景。量子点LED技术是基于量子效应的一种全新技术，跟普通无机半导体发光二极管相比具有诸多技术优势和应用前景，如制备过程简单、成本低、可制成柔性器件、发光色纯度高(发光半峰宽窄)、发光颜色可通过控制量子点尺寸大小进行调节等。使用量子点技术的LED色彩转换在能效与色彩表现方面具有显著优势。量子点技术目前已被应用于显示产品，未来几年有望用于照明应用。

　　美国Evident是全球首家把量子点 LED 商业化的公司，并且在2007年推出了相关产品, 其他诸如QD Vision、 Nanosys和Ocean NanoTech等都是在该领域处于领先地位的知名公司。据美通社(PR-Newswire)预测，量子点和量子点发光二极管(QLED)市场空间将由2012年的1.5亿美元飞升至2019年的64亿美元。

　　5. OLED照明

　　OLED的基本结构是由一薄而透明具半导体特性的铟锡氧化物(ITO)，与电力之正极相连，再加上另一个金属阴极，包成如三明治的结构。OLED具有驱动电压低和省电效率高的优点，加上反应快、重量轻、厚度薄和构造简单，成为欧美和日系大厂积极投入的次世代新光源。根据台湾工研院IEK引述国际市调机构的资料，预测2020年在全球固态照明元件市场中，OLED照明约占其中1/4，显见OLED照明发展潜力。

　　OLED在照明的应用，最大特点是可以利用表面整体发光而非传统LED那样“单点式”发光。如飞利浦公司推出的一种新型的OLED光源材料，OLED光源厚度不到2毫米，最大尺寸为12×12厘米。未来这一厚度可以减少至不到1毫米，而尺寸能达到1平方米。该材料制成的窗口在白天可以呈现透明外观，而晚上则会亮起成为照明灯光。

　　图2:美国知名LED厂商Acuity Brands公司2014年推出的OLED照明面板

　　OLED照明要朝商业化发展，走入大众市场，目前还必须解決包括发光效率、产品寿命以及成本三大问题。目前在全球照明市场规模來看，2015年OLED照明就会有一定比例的市占率，在技术突破以及制造成本下滑等因素推动下，至2020年OLED照明整体市场规模将会达到100亿美元。

　　图3统计预测显示，以各区域市场份额划分，预期欧洲、北美以及日本等地将自2015年开始有较显著攀升并成为全球前三大主要市场。至2020年全球近百亿美元的市场份额中，欧洲将成为规模最大的市场，比重约占40%;北美次之，约占25%。

　　图3. OLED照明区域性需求 (资料来源：Panasonic)

　　6. 可见光通信技术

　　可见光通信是以白光LED作为光源，利用LED灯光承载的高速明暗闪烁的信号来传输信息的一种新兴的无线通讯技术。自2000年可见光通信概念首先提出后，迅速获得了世界各国的关注和支持，在短短十几年得到了迅猛的发展。可见光通信被《时代周刊》评为2011年全球50大科技发明之一。

　　美国的UC-Light、COWA是全球可见光通信研究的重要机构。UC-Light由美国加州大学的四所分校和1个美国国家实验室五个科研机构组成，目的在于开发出一种基于LED照明的高速通信和定位系统。COWA项目中另一重要成员波士顿大学的研究团队研究方向现集中于最优环境照明、模式识别以及可见光通信，部分技术如可见光通信和定位技术已经开始在实际场合中进行了应用。据相关机构统计，到2020年全球可见光通信行业的市场容量将达到90亿美元。在可见光通信领域，美国LED室内定位服务商ByteLight于2012和2013年获得总计425万美元A轮融资。可以预见，随着LED通照一体和跨界应用的需求，该行业有着巨大的发展潜力和市场价值。

　　7. LED农业照明

　　种植业、畜禽养殖业、水产业和食用菌微藻养殖业的农产品的很大一部分都是在设施条件(可控环境)下生产出来的，农业照明(即光环境调控)起到了极为重要的作用。LED光源在农业照明应用中具有以下三大优势：单色光，可按植物需求组合光质(R/B;R/B/FR);可控性好，光强、光质和光周期可调;节能，冷光源，耗电仅为高压钠灯1/5、荧光灯1/2。 根据美通社(PR-Newswire)预计，到2020年LED农业照明市场容量将达到36亿美元;市场强劲的增长的动力很大一部分来源于家庭和餐厅的需求，消费者更加追求绿色的无农药残留的食物。

　　美国NextGen作为LED农业照明示范企业，是业界中第一个提供家禽照明的公司，目前世界各地已有上千个牧场使用。NextGen的LED照明服务范围包括产品加工照明、仓储和冷冻库照明等多个领域。在植物生长领域，美国Caliber Biotherapeutics公司已建成15万平方英尺采用LED照明的植物工厂，多层的立体栽培架高达50英尺，生长植物多达到220万株。