19世纪初第一个具有实际意义的LED被发明出来,但因其亮度无法达到应用要求,没有被广泛使用,直到19世纪70年代末红绿光LED出现,特别是80年代橙光、黄光等相继诞生后,LED才逐渐得到广泛使用。
1998年前,LED封装结构比较单一,主要以小功率LAMP系列为主。2000年以来,随着SMD系列产品的诞生,不断有新的LED封装结构出现。同时,LED封装结构主要根据应用产品的需求而改变。
商业化LAMP系列产品始于1976年,盛行于1995年。随着LAMP系列白光、显示屏系列LAMP光源被批量生产后,LAMP系列使用达到了顶峰。LAMP系列代表性产品有:¢10、¢8、¢5、¢3、546椭圆形、346椭圆形、¢4.8钢盔形、¢4.8草帽、¢2 奶嘴形、¢1.8小蝴蝶形、方形无帽沿、墓碑形。根据LAMP系列产品结构、发光角度、亮度、发光颜色等不同,早期LAMP系列主要应用于指示灯、圣诞灯,后来随着技术的提升,LAMP系列产品逐渐被广泛应用于背光、景观亮化、道路交通指示、室内照明和户外显示屏。
2004年以前,SMD产品以chip系列为主,其主要代表产品为0805、0603、1206、0605、0604、1210、0402 等,产品主要应用于背光、手机按键、指示、户内早期显示屏。2004年后,SMD系列产品中TOP系列产品逐渐占主导地位,部分应用领域均被TOP系列替代(2009年后室内显示屏光源0805系列已经被3528取代),早期具有代表性的是3528、5050,后续发展到3020、3014、020、010、5630、5730等,产品主要应用于灯饰/灯带、户内显示屏、室内照明等。
图1 LED发展进程变化图
数据来源:高工LED产业研究所(GLII)
2003年,大功率封装在中国部分企业就已经开始研发,但直到2005年才陆续出现商业化生产,2007年后,大功率封装被广泛推广,大部分LED封装企业逐渐引进生产设备。2010年中国LED封装产业引来投资热潮的同时,大功率封装投资也进入顶峰时期。截至2011年年底,中国LED封装企业基本上能生产大功率封装产品。
大功率发展早期以1W为主,后来逐渐发展为3W、2W、5W、7W,从无透镜到有透镜,从无基板到有基板,大功率封装结构发生质的变化。具有代表性的产品规格有:1W无铝基板/1W加铝基板/3w无铝基板/3w加铝基板/3w条形大功率/3w模组大功率/3w 7090大功率/3w 四脚大功率/3w四脚大功率/3w六脚大功率/3w六脚大功率/5W系列/7W系列。
大功率产品自发展以来主要以照明为主,截至2012年5月大功率产品应用领域有:户外功能性照明、景观照明/亮化、植物照明、建筑照明等需求高功率的场所。
因市场对灯珠亮度的需求不断提高,单颗大功率灯珠已经无法满足要求。为满足市场需求,应用厂商采用多颗1W灯珠提高亮度的方案,但此方案会造成成本过高、面积增大,不利于生产,因此另一种能提高亮度的封装形式--集成/COB封装便应运而生,且逐渐被市场认可。
最初的商业化集成封装在2007被应用于建筑照明,但由于其散热技术较难突破,2007~2009年期间集成封装整体发展较慢,2010年后,由于在散热方面得到了妥善的解决,集成封装才逐渐正式被大众接受;COB封装在2008年就开始生产,但直到2009年底,COB封装的产品仍然无法达到相应的效果,且散热问题依旧无法解决,很多企业减缓研发和生产。2010年下半年开始,COB封装散热问题也得到了妥善的解决,高功率照明、球泡灯对COB需求逐渐升温,且随着封装工艺技术的不断提升,COB封装成本低、光效高的优势逐渐显现,目前COB封装已被各大封装企业认可。
无论是集成封装还是COB封装,其应用领域基本类似,主要应用于高功率照明,如户外照明、建筑照明、景观亮化等。但COB封装因其特有的封装方式和散热模式,应用领域相对广泛,目前也有部分室内照明产品采用COB封装产品。
经过40多年的发展,中国LAMP引脚式LED光源(φ3mm、φ5mm)和贴片式SMD光源已成为一种标准产品,随着芯片技术的提升和应用市场的需要,为了利用自动化组装技术并降低制造成本,大功率光源、集成/COB光源亦应运而生。在市场需求的刺激下,大功率LED封装体积也越来越小、越来越薄,以提供更广阔的应用产品设计空间。
据高工LED产业研究所(GLII)调查统计,从2005年以来,中国市场上常见的LED封装结构超过了100多种。其中LAMP系列产品有多达40多种结构,SMD系列达到30多种结构,功率型封装、集成封装、COB集成封装系列约30多种结构。同时,各类结构产品数量占比每年均有所变化。
图2 2005年5月份以来中国LED封装各产品数量占比情况
数据来源:高工LED产业研究所(GLII)
图3 2011年5月中国LED封装各类产品数量占比情况
数据来源:高工LED产业研究所(GLII)
图4 2012年5月中国LED封装各类产品数量占比情况
数据来源:高工LED产业研究所(GLII)
数据说明:
● 大功率、集成封装、COB封装均换算成1W单颗灯珠计算;SMD系列、LAMP系列数量按单颗计算。
● 所统计的数据主要以中国LED封装企业生产的数量为主。