激光技术能否颠覆LED的未来?

             1993年,基于GaN的蓝色LED芯片的发明,为人类开启了白光照明的新时代。LED照明节能环保,大幅提高人类的照明效率,而白光之源——蓝光LED的发明者中村修二、赤崎勇、天野浩和,也于2014年获得了诺贝尔物理学奖。在白光LED问世后,LED在照明领域快速发展起来,如今已成为照明领域不可或缺的元素。随着LED的快速发展,不少人认为,未来的照明市场将是LED的天下,但蓝光LED的发明者中村修二似乎看得更远。

LED现状及发展

在11月13日举办的“OFweek(第十五届)中国LED照明产业发展高峰论坛”上,深圳大学余建华教授为大家介绍了智能化LED照明技术的发展。他认为,LED照明技术已经过了常规照明时代,正处于智能灯具时代并向物联照明的时代迈进,未来将实现AI照明。所谓智能照明,就是基于物联网和人工智能,以LED光源、无线通信和智能传感为核心的高效节能、健康环保和人性化的照明系统。

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深圳大学余建华教授

目前,智能LED照明的技术和产品朝着智能照明灯具和智能照明系统两个方向发展。智能照明灯具由LED光源模块、传感器模块、控制与通信模块等组成,主要产品包括调光/调色灯具、高品质光源灯具、多功能灯具。智能照明系统实际是一套基于物联网技术组建LED智能照明灯联网系统的解决方案,包括智能灯具、无线网络、智能接入及云平台的结合。

智能照明技术提升将促进智慧城市产业的发展,同时也将撬动物联网产业的发展,并推动LED自身的产业升级。例如,未来智能灯杆将结合传感器、视频监控、显示屏、无线通信基站、充电桩等设备,建设多功能路灯(杆)系统,并在智能城市建设中发挥更大作用。此外,智能家居系统发展也将成为智能照明新的突破点。智能照明可与安防系统、娱乐系统(音箱,电视等)进行语音互动,加上AI技术,让整套系统更加智能,可以让人、照明,家居设备(家电)之间有无缝的互动,让人的生活更加便利,更加丰富,更加安全。

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LED照明技术的4个发展阶段

当物联网技术、无线传感技术、智能接入技术与LED灯具无缝衔接之后,LED照明将进入物联照明的新时代。

何为激光照明

LED的未来在于智能化、物联化,对光源本身的发展而言已到了一个瓶颈。蓝光LED的发明者中村修二已将研究重点转向了半导体激光芯片的研究,在深圳建立了一个激光照明的实验室。中村认为,未来激光照明将成为照明领域的新宠。

激光照明和LED照明的激发机理相近,都是利用蓝光光源(激光也可用紫外光源)激发荧光粉发出黄光,再将蓝光与黄光混合来实现白光输出。与LED照明相比,激光照明的效率更高,亮度更高,可调制性也比LED更好。

由于激光的发散角很小,利用激光来激发荧光粉,其光点比LED的光点要小,更易实现聚束。在早期的投影应用中,选用的是气体灯、汞灯等光源,这些光十分分散,需要多个复杂光学系统进行聚束才能输出投影,经过多个光学系统之后会带来很大的损耗,因此这种光源效率仅有3%左右。现有的LED能够将效率转换到30-40%,而如果用激光来做光源,能把效率提高到60%以上。

而在亮度方面,单个LED芯片最大工作电流为350毫安,继续加大电流也无法提高亮度,只能把多个LED芯片拼在一起来实现更大流明的输出。而激光的亮度与电流成正比,可以通过加大输入功率来提高亮度。此外,激光可根据需要进行波长与亮度的调制,在应用上比LED芯片更为灵活,色彩效果也更好。

激光照明的局限性

当然,激光照明无法取代LED照明。余教授认为,激光更适合于聚束投射型照明,例如:投影灯,舞台灯、探照灯、景观灯等特种照明。如果把激光做成发散型的光源,则无法发挥其效率优势。同时,激光芯片与LED芯片同属于半导体芯片,但激光芯片的研制要求更高,准入门槛也更高,因此整体的成本要高于LED芯片。在这样的背景之下,激光照明的产业化还有待时日。

目前,激光芯片替代LED芯片的照明应用主要在投影方面。激光投影在亮度、色彩饱和度等方面均优于LED投影,但其价格较高,未能成为投影市场主流。在大多数对亮度要求不高的民用场景,3000流明以下的LED投影在性价比上极具优势。而到了5000流明,LED投影价格骤升,相比之下,激光投影则更具竞争力。对现阶段的LED技术而言,无法实现10000流明的投影输出,因而在10000流明以上的高端专业投影市场,激光照明可谓一骑绝尘。

总结

激光照明在亮度、效率、色彩效果等方面具有极大优势,随着技术成熟成本降低,未来将在照明市场占有重要地位。但激光的特性决定了他无法完全取代LED,在更多发散型光源的应用上,LED将持续占据主导地位。随着物联照明和AI照明的时代即将到来,LED和激光技术都将找到更广阔的舞台。

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