- “照明”與“背光”的結合更將實現“光電子”與“微電子”的結合
- 半導體照明將改變光電子產業與微電子產業產值懸殊的局面
- 50%以上的白光LED芯片將用于背光和光投射產品
自1993年日本日亞公司Nakamura等人首次研發出高效發光的藍光InGaN/AlGaN雙異質結LED器件以來,經過長達15年的發展,III族氮化物LED實現了從藍光、全色顯示到白光照明,應用從信息技術領域到節能技術領域的兩大轉變,形成了半導體照明新興產業。當前半導體照明技術日新月異,半導體照明產業蓬勃發展,形勢喜人,而“照明”與“背光”的結合更將實現“光電子”與“微電子”的結合,改變光電子產業與微電子產業產值懸殊的局面。今后,在終端市場需求的牽引下,通過技術創新,將逐漸形成不同終端產品采用不同材料、結構、技術策略而構成的半導體照明產品大家族。
隨著近期白光LED背光應用的異軍突起,半導體照明技術不僅將作為高效節能、綠色環保的新一代電光源造福人類社會,而且將成為推動現代信息顯示技術新發展的支撐技術,使III族氮化物LED從“信息技術領域”進入“能源技術領域”又回到“信息技術領域”.使用LED背光的TFT-LCD與傳統的冷陰極熒光燈(CCFL)相比,具有能耗低、厚度薄、質量輕、壽命長、不含汞、色域寬等優點,目前白光LED取代傳統的冷陰極熒光燈已開始廣泛應用于筆記本電腦、臺式電腦和LCD電視的背光屏幕照明,白光LED背光的市場占有率將迅速增長。另外,LED(光)投影機具有壽命長、便攜、省電等優點,有望取代傳統投影機進入家庭,市場前景廣闊。根據目前的發展勢頭,50%以上的白光LED芯片將用于背光和光投射產品。
毫無疑問,面廣量大的白光LED背光應用將極大地推動LED照明產業的發展,并使半導體照明產業結構發生變化,形成信息領域的“背光、投射(光)產業”和能源領域的“照明產業”兩大支柱。
信息領域的“背光、投射(光)產業”目前優勢凸現,短期內將飛快增長。特別是“照明”與“背光”的結合實現了“光電子”與“微電子”的結合,將更快改變半導體照明當前某種程度上靠政府政策激勵支撐發展的局面,可創造豐厚的利潤,也將改變光電子產業與微電子產業產值懸殊局面。
能源領域的“照明產業”勢頭強勁,其中LED在普通照明和路燈照明領域節能效果突出,發展勢頭良好。LED普通照明方面,最近,歐、美、日照明大廠紛紛推出LED普通照明產品,日本5大照明廠商,包括夏普、東芝、NEC、三菱,以及松下均進入LED照明領域,推出燈泡式LED燈,如松下產品EVERLEDS,雖然售價較高,但使用壽命長,節能效果明顯。輸入功率為4W的產品(亮度相當于40W的白熾燈)光效高達85.0lm/W,輸入功率為6.9W的產品(亮度相當于60W的白熾燈)光效高達82.6lm/W.隨著各大照明廠商進入LED照明領域及半導體照明產品的發展,LED照明普及化指日可待。
LED路燈照明方面,LED路燈在光效、壽命和節能等方面與傳統用燈相比具有很大的優勢,LED燈發光亮度比日光燈高30%~50%,能耗為日光燈的50%,為白熾燈的10%.以98W的LED路燈為例,照明效果相當于250W高壓納燈,壽命達5萬小時,是高壓汞燈的十幾倍。1個中等城市,若有30萬盞路燈,如全部采用LED路燈,每年可節省用電3億千瓦時,相當于節約標準煤10萬多噸。按照目前的發展趨勢,2008年全球路燈市場1.81億盞,年增5%~6%,我國道路照明2009年約為2800萬盞,年增及更換路燈將達300萬~400萬盞,而目前LED路燈的占有率還不到0.5%,未來發展空間巨大。隨著國家擴大內需和城市化建設的加強,對照明產品的需求也會持續擴大,這將為半導體照明產業的發展提供動力“引擎”,各種半導體照明示范工程,如“十城萬盞”試點示范應用工程以及各種半導體景觀照明示范工程,也將為半導體照明產業提供良好的發展機遇。
另外,由于LED具有高能效、長壽命、綠色環保、快速啟動等特點,應用潛力還有待開發。例如,基于白光LED快速啟動的物理機制,室內照明的白光LED光源可用于可見光無線通信技術(VLC技術)。由于白光LED響應速度能高達幾個納秒(ns),可實現超高速、寬帶數據傳輸,可作為通信基站進行室內信息無線傳輸,被認為是一項很有發展前景的新興技術,受到人們的高度重視,已成為當前光無線通信領域的研究熱點之一。半導體照明的技術鏈包括LED芯片、驅動電源模塊、熱能管理系統、投放光學裝置等四部分,體現了多學科交叉,多技術融合的特點,也具有巨大的研發和創新空間。
盡管半導體照明產業有巨大的發展空間,但未來仍將是機遇與挑戰并存。目前LED光效還有待進一步提高,特別是存在高驅動電流下LED“量子效率下降”(Efficiency Droop)的問題,嚴重制約了高功率LED照明應用,成為發展高效、功率照明技術的關鍵瓶頸,因此弄清“量子效率下降”的物理機制進而從技術上加以克服,對進一步發展高功率LED照明技術將具有里程碑意義。除此之外,節能熒光燈與半導體照明將是當前節能照明的兩大主流技術,除了節能燈含汞的污染因素外,兩者具有一定的互補性,也將在競爭中各自求發展,如何領跑競爭是半導體照明產業發展需要思考的問題。