谢明勋：LED照明的高附加值将成未来技术焦点
摘要：LED前沿技术发展趋势如何?晶电对LED专利布局如何?新世纪LED网记者特对此次论坛的演讲嘉宾——晶电集团副总、研发中心研发长谢明勋进行采访，解读LED技术发展现状及未来。
在高技术含量的LED产业，群雄逐鹿，王者为谁?谁拥有专利原子弹多，谁就能掌控先机。据悉，作为行业领先的LED上游品牌制造商，晶元光电将于11月7日首度在大陆举办“不可不知的LED专利地雷暨前沿技术发展论坛”，这引起了业内人士的广泛关注和期待。
LED前沿技术发展趋势如何?晶电对LED专利布局如何?新世纪LED网记者特对此次论坛的演讲嘉宾——晶电集团副总、研发中心研发长谢明勋进行采访，解读LED技术发展现状及未来。
晶电集团副总、研发中心研发长谢明勋
产业布局
“LED-TV市场发展趋缓，晶电的照明比重欲从20%升至50-60%”
今年以来，晶电将高压LED作为产品推广的重点。谈及高压LED的优点，晶电集团副总、研发中心研发长谢明勋向新世纪LED网记者介绍：“高压LED可以降低驱动电子元件20%-30%的成本，并将LED效率提升20%左右。当前几家国际照明大厂已经使用高压LED芯片，韩系厂商三星、首尔半导体业都在加大投入研发高压芯片，而台湾及大陆的芯片制造商也进行了高压LED的研发。可以说，高压LED的前景还是比较广阔的。”
对比国际几大LED芯片巨头产品发展平台，谢总指出：“Philips Lumileds基本上所发展产品的平台是Flip chip，像Cree和Osram所发展的平台是垂直结构芯片，日本的Nichia跟Toyoda Gosei发展出来的都是水平结构的蓝宝石衬底芯片。而晶电则发展比较广泛和全面，包括Flip chip平台、垂直结构的平台、HV-LED、AC-LED等都有，每一种平台我们都有进行开发，会衍生出来不同的应用。比如，针对现代家庭照明系统通常使用110V到220V的交流电，晶电开发出交流芯片(AC-LED)。针对LED灯管，开发比较小的芯片;针对于指向性很强的的灯具，则需要开发小角度的芯片等。”
谈及晶电LED芯片在各种应用市场所占比例，谢总向新世纪LED网记者透露：“目前，晶电LED TV背光比重大概占25%，笔记型电脑占10%以内，手机背光占了25%，照明现在大概约占15-20%左右。当前LED-TV市场发展趋缓，未来几年LED厂商将会在照明领域花较多的时间，晶电也将会加大照明比重，未来照明方面销售比例有望从20%提升到50-60%。”
市场攻略
“为客户提供专利保护，并与客户进行协同开发”
据新世纪LED网记者了解，谢总为清华大学动力机械所博士，主要专长为LED机构设计、LED制程及应用、热处理等，获得了国内外专利共152件。提及此，谢总颇为谦虚地说：“我个人的专利大部分集中在芯片设计方面，涉及芯片的散热、封装效率及光学(背光模组)领域。”
当新世纪LED网记者问到晶电的专利布局时，谢总毫不避讳地说：“晶电非常重点专利布局。除了制定专利战略外，每年都会制定一个专利目标。我们每年会进行150件专利的提案及分配，然后确定可以申请的专利差不多有100件，主要在大陆、台湾、美国或日本、韩国等区域。具体每年申请的专利数量，如果以案来计，应该最少是100案，以件来计算，每一个国家专利一件，每一年做100案以上，而且在各个不同国家都有申请，总体来计算，都有300-400件专利。当然，最近这两三年专利申请比较多，因为在进行专利的部署时，除了保证晶电本身不会踩中‘地雷’，同时更重要的是要保护客户不会踩到‘地雷’。”
除了帮助客户避免踩到LED雷区外，晶电在大陆市场会为LED封装企业提供系统化的服务体系。“我们会告诉企业用什么样的封装方式比较透气，什么样的胶材能让发光效率做得更好。在光学、散热方面，晶电会提供一个具有专利保护的技术支援建议。另外，晶电还采取一种“协同开发”方式，与客户共同推进LED商品化，比如像一些客制化的灯具需求，晶电会找一家合适的封装厂一起协作，然后提供适当的器材来量身定做灯具，共同让客户的需求变成商品。”谢总告诉新世纪LED网记者。
谈及具体的服务客户，谢总讲到：“晶电在大陆会派遣支援工程师，客户在使用过程中有任何问题，都可以与晶电大陆唯一官方销售渠道——晶元宝晨(深圳)有限公司进行联系寻求协助，甚至台湾原厂的工程师也可以到大陆协助。如果客户需要前瞻性比较强、能够面向未来的LED应用产品，晶电台湾研发工程师会到中国大陆与客户协同设计、开发，一起解决问题。”
解决散热问题
“应提高转化效率，不让LED产生太多热量”
当前各大企业工程师都积极寻找一些新材料或工艺结构来解决散热问题。对此，谢总向新世纪LED网记者表示：“LED散热很重要，但那是因为LED效率还没有达到最好，大家才会觉得散热是很重要的问题。可是如果说，LED的光效率可以做到150 lm/W以上的时候，散热就不再那么重要。最好的方法不是把LED产生的热量散掉，最好的方法应该是不让LED产生太多的热量，提高转化效率。我们应该努力提高LED的发光效率，让LED减少发散热量，而不是发了热以后再想办法散掉，这才是正确的思维。”
“在一个LED灯泡的设计中，如果LED的效率可以提高到150lm/W，那我们所有的灯泡设计可以比目前设计减少掉三分之二的散热材料。这种状态下，我们根本不用处理散热。”谢总以LED灯泡设计为例，详细地向新世纪LED网记者解释道，“散热材料很多的时候，灯具会比较笨重，同时还有材料的成本。所以，我的想法是：应该是想办法提高LED的效率，减少发热，而不是发了热以后再想办法把热量散掉。”
为此，谢总举了个例子进行说明：要做1000lm的LED灯泡，如果发光效率只有100lm/W的话，那就需要10W的LED灯珠，才有办法做到1000lm;10W里面可能有5W是热的。所以，你是不是要处理5W的热?如果有一天LED的效率可以到200lm/W的话，要做1000的灯lm泡，我们只需要5W的LED?那5W里面我要处理的热数值不到2W。我本来要处理5W的热，后来只要处理2W的热，那是不是散热就变得相对简单多了?
提及这项技术，谢总向新世纪LED网记者透露，将在11月7日深圳举办的“不可不知的LED专利地雷暨前沿技术发展论坛”进行详细解说，并进行展示，可以把LED灯具的散热片三分之二去掉，而且重量可以从原先的137 克减少一半以上，变成60克。请大家拭目以待。
提高光效之道
“需降低电压，增加内部量子效率(IQE)，增加光萃取率”
当前，整个LED行业都在为提高发光效率、使LED进入通用照明市场而努力。而要提高发光效率，则主要需要着手考虑降低电压，增加内量子效率，增加光萃取效率。谢总向新世纪LED网记者详细地解释：“第一个就是内部量子效率(IQE)，以LED磊晶片(外延片)为例，我给他100个电子电动对，能够产出多少电子，产生多少个光子?这个叫内部量子效率(IQE)。比如100个电子电动对可以产出100对的光子，那效率就是百分之百。因此，业界都在想办法提高内部量子效率(IQE)。LED是半导体，加入100个电子，产生90个光子，但这产生的90个光子不见得完全能够从LED芯片发散出来，没办法完全出来，这就说到光萃取效率。”
据谢总介绍，LED中有三个比较重要的概念：内部量子效率(IQE)、光萃取效率、电压效率。因为光萃取率受到三个因素的影响：Ⅰ、材料本身的吸收;Ⅱ、菲涅尔损失;Ⅲ、光的全反射损失;所以，要从芯片材质和光学设计方面做很多努力;另外，要提高光电转换效率，我们必须要提高外部量子效率：
内部量子效率(IQE)×光萃取率 = 外部量子效率(EQE) ——(1)
外部量子效率(EQE)×电压效率 = 电光转换效率 ——(2)
所以，我们要降低电压，增加内部量子效率(IQE)，增加光萃取率。
降低成本之法
“最有效的方法是解决光效下降现象”
LED要进入照明市场，除了要提升光效外，成本也是最大的挑战。对此，谢总表示赞同，他认为：“LED在技术层面的挑战主要有两点：第一是提升效率;第二是降低成本，这也是最难的部分。从技术层面降低成本则主要三个方法：1、降低加工成本，提高人工效率;2、从技术层面上，提高发光效率，3、用更大的电流，使效率不会下降，解决LED droop(光效下降现象)。归根结底，成本下降也就是要提升效率。”
“真正要降低成本的方法应该在解决LED droop(光效下降现象)。”谢总更进一步向新世纪LED网记者解释道，光效下降现象是向芯片输入较大电力时LED的发光效率反而会降低的现象。作为有助于削减单位光通量成本的技术，各LED厂商都在致力于抑制光效下降现象。如果能抑制该现象，使用相同的芯片、在输入较大的电力时会增加光通量，就可减少用于获得相同光通量的芯片数，从而削减单位光通量的成本。
所以，真正要降低成本最有效的方法应该在于解决LED droop(光效下降现象)。但另外的问题就出现了，增加了电流，LED的寿命能不能保证?
LED照明发展
“植物工厂前景可期，LED灯具将向高附加值发展”
对于LED进入照明应用市场，谢总指出：“由于价格贵，当前LED应用方面基本上是从政府单位的市政工程开始，比如路灯，另外在使用灯频率高、时间长的场所，如商业场所、地下停车场。此外，还有一些应用场所对照明环境的演色性要求高，比如，博物馆内的灯具，这部分可能会先用LED。至于家用照明领域，如日本发生“福岛事件”催生出家用半导体照明大规模使用。日本是目前LED室内照明发展最快的，据悉，日本现在已有三成左右的照明使用LED灯具。”
在LED各大照明应用中，植物照明当前也被业界广泛看好。谢总告诉新世纪LED网记者：“植物照明中，植物进行光合作用的时候，生理有效光是红光和蓝紫光。叶绿体色素对红光和蓝紫光都有很好的吸收。所以，普通的高压钠灯或荧光灯进行植物照明会浪费电，而采用LED灯进行植物照明，可以改变植物的生长周期，从而提高产量。”
尽管前景不错，但当前LED植物照明市场仍然面临着一定的挑战。谢总阐述道：“目前，因为LED的价格贵、成本高等因素，LED植物照明用得比较多的应该是荷兰的花卉，尤其是在一些高附加值的花卉上。另外，在日本有很多植物工厂，也采用LED照明，因为日本的土地贵，种菜成本高，因此日本大多是植物工厂。”
对于植物工厂的好处，谢总向新世纪LED网记者讲到：“假如在在福建种植一种青菜，运到北京，那运费太贵了。福建的气候、光线适合这种青菜的生长;如果建了植物工厂后，在北京就可以种这种青菜，可以通过控制温度、控制光线、控制水分，直接在北京种植。所以，植物工厂，它除了可以提升产量外，还可以不用理会季节变化，减少运输成本。理想状态下，在北方可以达到一年四季蔬菜水果都可以供应市场。重要的是，牵扯到未来粮食危机，植物工厂的建设就变得很重要了。但是目前，成本和价格太高!”
末了，谈及LED照明未来技术发展趋势，谢总预测：“未来LED的发展应该要往LED灯具的高附加值方面发展。比如，LED灯具可以做成智能调光型，也可以用于情景照明，还可以结合无线通讯传输技术实现无线上网功能，等等。如何提高LED灯具的附加值，扩大照明的使用渗透率，这也是我们一直在努力的!”
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