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LED照明面临的三大挑战解析

2013-12-04 15:49
seele_jin
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   基于氮化物LED发展起来的半导体照明,经过十多年发展,已经取得了令人瞩目的成绩。“量变到质变”,从技术到市场,半导体照明都已积蓄了一定的力量,要走的更远,需要看的足够远,把握方向和趋势。那么,发展至今,半导体照明产业进入了怎样的发展阶段,又有哪些趋势和特点?本期我们就当前半导体照明的发展以及趋势问题,采访了材料领域专家、中国科学院院士、南京大学物理系教授郑有炓,他长期致力于新型半导体异质结构材料与器件物理研究,也一直关注半导体照明产业的发展。在郑有炓院士看来,半导体照明将从光效驱动逐步进入光品质驱动的发展阶段,进而发展LED智能照明,充分发挥半导体照明的优势,开创照明数字化新纪元。

  十多年来,半导体照明产业经过几次上上下下的发展历程,通过逐步转型、整合将步入有序快速发展新阶段。前些年,以光效作为驱动力,氮化物LED芯片高效发光技术得到极大地发展,并日趋成熟。目前LED芯片光效已达到很高水平,价格下降也很快,在LED照明产品成本中所占的比例在不断下降,半导体照明技术重要性日益被人认识,LED照明是整个照明的发展趋势,将引领传统照明产业转型换代。目前半导体照明在整个照明产业中所占的比例还不是很大,尚处于发展初期,还有很长的路要走。

  LED照明与以往的光源不同,对LED照明应该有不同于以往的更高要求,比如更高光品质、人性化,满足人的安全、生理、心理感受等,而满足这些要求不是一而就的,也还有很多工作要做。因此,半导体照明技术在不断提升光效的同时,将步入光品质驱动的新发展阶段,以满足应用的需求。

  人性化、低成本和智能化照明的挑战

  半导体照明是多技术融合的新一代电光源技术,涉及氮化物LED芯片光发射、荧光粉受激发光、光的抽出和光的传输以及电力驱动等诸多技术的高效率融合。这些技术虽然已取得长足进步,推动着半导体照明作为战略性新兴产业的蓬勃发展,但还有很大的提升空间,有待技术不断发展。目前,半导体照明发展面临很多挑战,归纳起来主要有三个方面:一是改善光品质实现人性化照明;二是低成本照明;三是智能化照明,使半导体照明的高效、绿色、智能化特色得到充分体现。

  半导体照明要成为人们的日常生活用品,必须价廉物美,提高品质、降低成本是追求的目标。LED芯片在半导体照明产品成本中所占的比例过去长期居高不下,由于近年来LED技术的进步,目前芯片价格已经有很大幅度的下降,但半导体照明产品是一个照明系统,其成本不仅仅取决于LED芯片,还包括照明系统构件、部件成本。因此,降低照明系统构件、部件成本的重要性日益凸显。

  当前半导体照明技术进步很快,其中就衬底材料来看,目前LED使用的衬底材料,蓝宝石相对比较成熟,成本低,且正在向6英寸方向发展。碳化硅众所周知价格很高,主要还是应用在高端芯片产品中。晶体硅具有价格低廉的优势,但与蓝宝石相比,硅上外延氮化物技术还需进一步发展。究竟采用何种衬底,需立足于应用需求,从技术成熟度、成品率以及价格三方面权衡作决策。目前蓝宝石衬底外延生长氮化物技术比较成熟,制成LED芯片成品率很高,而且蓝宝石衬底价格不断下降,晶元尺寸又不断增大,因此,蓝宝石衬底仍然是当前LED外延的主流衬底材料。

  半导体照明智能化是继高能效发光之后,须追求实现的另一重要目标。智能化照明将充分发挥LED电子-空穴复合物理发光机制的科学优势,引领实现照明数字化时代,并进一步实现二次节能功能,是LED照明的发展方向。半导体照明智能化需要微电子技术的支持,需要更多的企业和技术力量参与,实现微电子技术、传感技术与LED发光技术相融合,从而也带动微电子技术、传感技术产业的发展。

  另一方面,2013年1月19日国际公约——《国际防治汞污染》发布,各国政府同意在2020年之前禁止一系列含汞产品的生产和贸易,包括含汞的电池、开关、节能灯、肥皂以及化妆品等。同时,使用汞的温度计和血压仪也应在2020年之前被逐渐取代。这为LED照明产业发展带来新机遇,更加有力推动LED照明的发展。因此,从产业角度来看,应用又将成为驱动LED照明产业发展的动力,研发照明终端产品将会强势发展,并引领传统照明产业实现转型换代。
 

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