第六届高交会举办的半导体照明国际论坛在清华大学深圳研究生院举行,来自德、日、美和台湾等国家和地区的专家、企业界人士就半导体照明的最新器件和技术及市场应用进行了广泛深入的探讨。
据悉目前白光LED的发光效率已经达到20-30lm/W,已超过白炽灯(约15lm/W),但与荧光灯的80-100lm/W相比,还有相当大的距离。高亮度白光LED现主要有2种技术实现方法,一是蓝光芯片激发黄色荧光粉,发出白光；二是将红绿蓝3个芯片混合封装在一起,三束光混合后发出白光。红光LED的能量转换效率已经可以达到50%以上,蓝光LED的效率仅为25%,绿光LED的效率为5-10%。“电光转换效率低,很大程度上是由于一部分转化成了热,”新磊微制造股份有限公司董事长石修博士解释到,“我们要做的就是如何将这一部分热能更多地转化为光,并使之按我们所要的方向发射出去。”
因此,论坛讨论的焦点之一就是如何提高半导体照明应用中LED的发光效率和光通量。中国科学院半导体所的杨辉博士认为,LED的发光效率要从目前的25lm/W提高到200lm/W,价格要从目前的每千流明1,500元,降低到每千流明15元才能真正实现照明史上的又一次革命,目前难度还很大。
中国科学院半导体研究所陈良惠院士表示:“现在LED照明在技术、成本上都还不能与日光灯相竞争,一个60W的白炽灯泡只要几元钱,节能灯11W(光通亮等于60W的白炽灯)几十元,同样亮度的LED灯则要几百甚至上千元,所以现在要进入普通照明市场还为时尚早。但是如果在提高发光效率上取得突破,半导体照明产业每年给中国节省的电力将相当于一个长江三峡的发电量。预计2020年半导体照明的市场规模将达到120亿人民币,并带动1,000亿人民币的相关市场。”陈良惠表示,他们的研究方向是采用光子晶体,从高端解决光子发光的效率问题。
OSRAM的亚太区营销公关经理Shireen Padmanathan说:“在解决光子发光效率问题上,OSRAM主要采用ThinGaN方法,内量子效率已经达到60%,现在真正的困难在于要弄清楚内部结构发光的物理机理。”
“防碍LED发光效率的另一关键在材料本身,”美国加州大学的Henry Lee教授说,“目前的GaN基蓝绿LED芯片采用的是蓝宝石或SiC做衬底,由于衬底和外延的晶格不对称,就会降低发光效率,所以材料还要继续改进。除了提高量子效率以及光的提取效率外,为提高光通量,还必须增加LED芯片面积”
半导体LED要进入普通照明市场,必须朝大功率、大电流的方向发展,这就将对LED的散热问题提出了更高的要求,散热材料的研究,散热结构设计都决定了其最终的性能。同时,它对LED的驱动电路也将产生巨大需求。
对于我国LED照明产业的现状,陈良惠院士表示:“中国在大功率、超高亮度LED上起步较晚,无论是上游的衬底、外延片生产,还是中下游的芯片制造、封装,都与国际大公司有一定的差距。但近年来,随着一些条件好,人才集中的高校、研究机构与企业结合或转让科研成果,逐步进行产业化,中国企业在上述方面有望取得较大发展。”深圳方大国科公司今年首次研制成功了拥有自主知识产权的大功率、高亮度半导体芯片,方大集团总经理李刚在本次研讨会上还讲解了其大功率照明芯片技术及产品的最新进展,并预计在2005年将LED的发光效率提高到30lm/W以上,单芯片或多芯片组合模块的功率达到5W以上。
陈良惠院士认为,半导体照明是一个需要政府扶持的产业,包括美日韩在内,许多国家都有专门的政府机构来引导产业的发展,现在看LED照明市场,虽然很大,但它还属于未来的市场。中国的企业应在现有技术基础上,迅速将之投入应用市场,而科研机构应继续研究新材料新技术,从高端开展研究,避免始终排在国际大公司之后。
半导体照明具有高效、节能、环保、使用寿命长、易维护等多项显著特点,虽然其距离实际应用还有一段距离,“但那只是时间问题,”Henry Lee表示:“人们对半导体照明有信心,因为它并不存在根本的物理问题,工艺是可以克服的,从近十年LED的发展历程来看,我们正在朝着半导体照明一步步走近。”OSRAM的Shireen Padmanathan认为:“显示和投影仪的市场对高亮度LED照明的需求将持续增长,而汽车组合照明灯和顶灯也很有潜力。”
作者: 陈静、周智勇
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