LED照明面臨的三大挑戰(zhàn)解析

　　基于氮化物LED發(fā)展起來的半導(dǎo)體照明，經(jīng)過十多年發(fā)展，已經(jīng)取得了令人矚目的成績(jī)。“量變到質(zhì)變”，從技術(shù)到市場(chǎng)，半導(dǎo)體照明都已積蓄了一定的力量，要走的更遠(yuǎn)，需要看的足夠遠(yuǎn)，把握方向和趨勢(shì)。那么，發(fā)展至今，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了怎樣的發(fā)展階段，又有哪些趨勢(shì)和特點(diǎn)?本期我們就當(dāng)前半導(dǎo)體照明的發(fā)展以及趨勢(shì)問題，采訪了材料領(lǐng)域?qū)＜?、中國科學(xué)院院士、南京大學(xué)物理系教授鄭有炓，他長(zhǎng)期致力于新型半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料與器件物理研究，也一直關(guān)注半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在鄭有炓院士看來，半導(dǎo)體照明將從光效驅(qū)動(dòng)逐步進(jìn)入光品質(zhì)驅(qū)動(dòng)的發(fā)展階段，進(jìn)而發(fā)展LED智能照明，充分發(fā)揮半導(dǎo)體照明的優(yōu)勢(shì)，開創(chuàng)照明數(shù)字化新紀(jì)元。

　　十多年來，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)經(jīng)過幾次上上下下的發(fā)展歷程，通過逐步轉(zhuǎn)型、整合將步入有序快速發(fā)展新階段。前些年，以光效作為驅(qū)動(dòng)力，氮化物LED芯片高效發(fā)光技術(shù)得到極大地發(fā)展，并日趨成熟。目前LED芯片光效已達(dá)到很高水平，價(jià)格下降也很快，在LED照明產(chǎn)品成本中所占的比例在不斷下降，半導(dǎo)體照明技術(shù)重要性日益被人認(rèn)識(shí)，LED照明是整個(gè)照明的發(fā)展趨勢(shì)，將引領(lǐng)傳統(tǒng)照明產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型換代。目前半導(dǎo)體照明在整個(gè)照明產(chǎn)業(yè)中所占的比例還不是很大，尚處于發(fā)展初期，還有很長(zhǎng)的路要走。

　　LED照明與以往的光源不同，對(duì)LED照明應(yīng)該有不同于以往的更高要求，比如更高光品質(zhì)、人性化，滿足人的安全、生理、心理感受等，而滿足這些要求不是一而就的，也還有很多工作要做。因此，半導(dǎo)體照明技術(shù)在不斷提升光效的同時(shí)，將步入光品質(zhì)驅(qū)動(dòng)的新發(fā)展階段，以滿足應(yīng)用的需求。

　　人性化、低成本和智能化照明的挑戰(zhàn)

　　半導(dǎo)體照明是多技術(shù)融合的新一代電光源技術(shù)，涉及氮化物L(fēng)ED芯片光發(fā)射、熒光粉受激發(fā)光、光的抽出和光的傳輸以及電力驅(qū)動(dòng)等諸多技術(shù)的高效率融合。這些技術(shù)雖然已取得長(zhǎng)足進(jìn)步，推動(dòng)著半導(dǎo)體照明作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，但還有很大的提升空間，有待技術(shù)不斷發(fā)展。目前，半導(dǎo)體照明發(fā)展面臨很多挑戰(zhàn)，歸納起來主要有三個(gè)方面：一是改善光品質(zhì)實(shí)現(xiàn)人性化照明;二是低成本照明;三是智能化照明，使半導(dǎo)體照明的高效、綠色、智能化特色得到充分體現(xiàn)。

　　半導(dǎo)體照明要成為人們的日常生活用品，必須價(jià)廉物美，提高品質(zhì)、降低成本是追求的目標(biāo)。LED芯片在半導(dǎo)體照明產(chǎn)品成本中所占的比例過去長(zhǎng)期居高不下，由于近年來LED技術(shù)的進(jìn)步，目前芯片價(jià)格已經(jīng)有很大幅度的下降，但半導(dǎo)體照明產(chǎn)品是一個(gè)照明系統(tǒng)，其成本不僅僅取決于LED芯片，還包括照明系統(tǒng)構(gòu)件、部件成本。因此，降低照明系統(tǒng)構(gòu)件、部件成本的重要性日益凸顯。

　　當(dāng)前半導(dǎo)體照明技術(shù)進(jìn)步很快，其中就襯底材料來看，目前LED使用的襯底材料，藍(lán)寶石相對(duì)比較成熟，成本低，且正在向6英寸方向發(fā)展。碳化硅眾所周知價(jià)格很高，主要還是應(yīng)用在高端芯片產(chǎn)品中。晶體硅具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢(shì)，但與藍(lán)寶石相比，硅上外延氮化物技術(shù)還需進(jìn)一步發(fā)展。究竟采用何種襯底，需立足于應(yīng)用需求，從技術(shù)成熟度、成品率以及價(jià)格三方面權(quán)衡作決策。目前藍(lán)寶石襯底外延生長(zhǎng)氮化物技術(shù)比較成熟，制成LED芯片成品率很高，而且藍(lán)寶石襯底價(jià)格不斷下降，晶元尺寸又不斷增大，因此，藍(lán)寶石襯底仍然是當(dāng)前LED外延的主流襯底材料。

　　半導(dǎo)體照明智能化是繼高能效發(fā)光之后，須追求實(shí)現(xiàn)的另一重要目標(biāo)。智能化照明將充分發(fā)揮LED電子-空穴復(fù)合物理發(fā)光機(jī)制的科學(xué)優(yōu)勢(shì)，引領(lǐng)實(shí)現(xiàn)照明數(shù)字化時(shí)代，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)二次節(jié)能功能，是LED照明的發(fā)展方向。半導(dǎo)體照明智能化需要微電子技術(shù)的支持，需要更多的企業(yè)和技術(shù)力量參與，實(shí)現(xiàn)微電子技術(shù)、傳感技術(shù)與LED發(fā)光技術(shù)相融合，從而也帶動(dòng)微電子技術(shù)、傳感技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

　　另一方面，2013年1月19日國際公約——《國際防治汞污染》發(fā)布，各國政府同意在2020年之前禁止一系列含汞產(chǎn)品的生產(chǎn)和貿(mào)易，包括含汞的電池、開關(guān)、節(jié)能燈、肥皂以及化妝品等。同時(shí)，使用汞的溫度計(jì)和血壓儀也應(yīng)在2020年之前被逐漸取代。這為L(zhǎng)ED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來新機(jī)遇，更加有力推動(dòng)LED照明的發(fā)展。因此，從產(chǎn)業(yè)角度來看，應(yīng)用又將成為驅(qū)動(dòng)LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動(dòng)力，研發(fā)照明終端產(chǎn)品將會(huì)強(qiáng)勢(shì)發(fā)展，并引領(lǐng)傳統(tǒng)照明產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)型換代。