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三大发光新材料将进入LED照明竞争领域

作者:佚名来源:光行天下 日期:2015年12月3日 16:49
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我国LED产业已初具规模,从LED主要技术指标光效来看,还有很大的推进空间,要加大对LED的研发力度,掌握LED核心技术,突破国外专利制约,进一步拓展国内外半导体照明市场,扩大我国LED产业规模,为人们提供节能、环保、健康、舒适的照明环境。关于芯片领域的概况如下(未统计2015年),仅供参考。

LED衬底简况

目前用于LED产业化的衬底主要有蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si和GaN。

Cree用SiC衬底,全球很多企业正在开发Si衬底,东芝曾经宣布投产8″Si衬底。其余的企业以蓝宝石为主,全球生产蓝宝石衬底有130多家,其中80多家是近两年加入的。目前以2″和4″衬底片为主,几年后将以6″为主,会达到50%以上。有人预测2016年蓝宝石、Si和GaN这三类衬底将各占三分之一。近几年全球正在研究开发很多LED新衬底,并取得突破性进展。

中国开发、生产蓝宝石衬底的企业50多家,其中已投产20多家,我国生产能力已超过1亿片/年(以2″计算),超过全球的需求量,而且蓝宝石企业直接生产PSS衬底的不多,目前蓝宝石国产化约50%,企业的竞争力较差,走向转型、整合、兼并是必然的。另外,南昌晶能采用Si衬底量产LED,国内还有很多研究所、企业正在开发同质衬底、复合衬底和SiC衬底,并取得很大成果。

LED外延及芯片产业简况

全球从事LED外延及芯片研发生产单位约169家(另有报导为142家),共有MOCVD设备约3000台(另有报导为2800台),其生产能力以4″计算为200万片/月,其中比例大约为:中国25.8%、台湾21.8%、日本19.2%、韩国17.3%、美国11%、欧洲2.8%。

中国LED外延及芯片企业50多家,其中投产的30多家,开工率为50~60%,产量超过1000亿只(含小芯片和四元系芯片),产值约84亿元(另有报导为105亿元)。由于国内上游企业过多,大部分企业规模偏小,走向整合、兼并是必然的。另外国内有十几二十家企业正在研发制造MOCVD设备,有的已在上游企业试用或正式投产。还有外延用的MO源:三甲基(镓、铟、铝、锑)、三乙基(镓、锑)、二甲基锌、二乙基(锌、碲)等国产化率已达60%。

LED主要技术指标

日亚、飞利浦、欧司郎等几个大企业实验室水平,光效均超过200lm/w,Cree公司实验室光效已超过276 lm/w。首尔半导体“npolo”LED,声称在1mm2芯片上要实现1000光通量,三菱化学同样提出达1000lm光通量,称为LED光源的终极目标。日本田村制作提出在2mm见方芯片要实现2000~3000 lm光通量。美国加洲大学圣巴巴拉分校提出光效要达到300 lm/w。美国Soraa公司采用GaN-on-GaN技术制作LED替代灯,使每盏灯用一只LED器件,谱写了LED技术新篇章,即LED2.0版。美国SSL计划修定中提出LED光效产业化水平达266 lm/w为终极目标。目前全球LED产业化光效水平为120~150 lm/w。

发光新材料

发光新材料将来有可能进入照明领域,与LED照明竞争。

1)有机发光二极管

目前OLED有效的光效一般在30~60 lm/w,将在特种照明领域获得应用。据国外相关机构预测:OLED照明市场于2021年将达400多亿美元,另一机构预测于2018年达400亿美元。现阶段主要问题除某些技术外,价格偏高,但前景是乐观的。

(2)量子点发光技术

量子点(Quantun Dot简写QD)是用纳米技术制作的,QD颗粒一般在2~12nm之间,量子点发光体由发光核、半导体壳、有机配位体组成,在电或短波光的激发下会发射不同波长的光,接近连续可见光光谱,例如CdSe(硒化镉)当颗粒2.1nm时发蓝光,当5nm时发射绿光,接近10nm时发射接近红光,其优点:发光稳定、内量子效率高。

目前量子点发光效率接近OLED水平,QD发光具有广泛应用,除了在显示及照明领域外,还可应用于蓝光激光、光感测元件、单电子晶体管、记忆储存……,现阶段QD主要在显示应用上取得显著效果,将最有希望替代OLED。在照明方面与LED结合产生色彩丰富,十分明亮的暖白光。

(3)超薄非结晶电介层发光芯片

由美国德洲农机大学化学工程系开发的一种发光芯片、采用在硅晶园上进行室温溅射沉积方法,制成电介质膜,其中有纳米晶层,可提升发光密度,在工艺中可与硅IC兼容,工艺简单,是个新的纳米发光材料技术。虽然目前发光寿命较短,但将来会更长。

小结:上述几种发光新材料,OLED在照明领域的份额迟早提升,而且会在特殊照明领域中占有一定比例。至于量子点及超薄介质中的发光层均为纳米级量子层,是纳米发光新材料。应要高度重视纳米发光技术的研究和开发,将来有可能进入照明领域,并替代LED照明产品。

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该资讯的关键词为:光源  激光  纳米