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半导体照明有哪些结构与发展趋势?
点击次数:615 发布时间:2017-09-30 返回

半导体照明有哪些结构与发展趋势?

 

一、背景

半导体照明包括半导体发光二级管(LED)和有机发光二极管(OLED),是用第三代半

导体材料和有机半导体材料制作的光源和显示器件,由于使用固态发光器件,亦称固态照明。

半导体照明具有耗电量少、寿命长、体积小、色彩丰富、抗震动、可控性好等特点,是光源

领域一场成功的技术革命。LED 结构与 OLED 有所差异,因此其产业链的各个环节也完全不同

半导体照明的应用领域包括信号指示、显示、背光、景观装饰、汽车照明、通用照明、农业、

医疗等领域。

 

二、国外举措

近年来,世界各国纷纷出台政策并提供补贴支持,推动半导体照明的技术研发和产业发展,

以减少照明设施的能源消耗,促进绿色低碳的发展。

 

(一)LED

美国的LED产业以Cree公司(Cree.Inc)为代表,其业务涵盖LED照明、组件、芯片等部分,

LED 照明产品能够达到 140 流明 / 瓦(lm/W)。2016 2 月,Cree 公司推出了一种 PAR30LED灯泡,色温3000K,使用寿命22年(25000小时),而在9月份,该公司又推出多种新产品,再次刷新使用寿命,有些能够达到 32 年。美国另一家巨头企业 GE 照明(GE Lighting)的室内照明 LED 产品使用寿命能达到 50000 小时,效率可达 100 lm/W。学术方面,美国伊利诺伊大学香槟分校(UIUC)在 2016 8 月份宣布开发了一种新方法,可以让绿光 LED 亮度和效率增强。研究人员使用工业标准的半导体生长技术,制备了生长在硅基质上的氮化镓(GaN)立方形晶体,能产生强劲的绿光用于先进固态照明应用。该项技术有可能通过与红蓝两色二极管混色的方法产生白光,更加节能。

 

欧洲方面, 德国欧司朗(OSRAM)公司是世界的光源制造商,该公司在汽车 LED

照明上有技术优势,他们的节能 LED 车灯技术 2016 9 月份赢得了 BMW 的大单,而 2016 10 月份其又宣布开发了一种智能、高分辨率 LED 车头灯的基础技术,可以对环境进行自适应光线调整。 荷兰飞利浦照明公司( Philips )也是欧洲重要的 LED 照明产品生产商,其新一代节能 LED 照明产品 MASTER LED 管灯平均使用寿命达 30000 小时,色温范围 3000-6500K,光效可达 148 lm/W。日本丰田合成株式会社(Toyoda-Gosei)提供具有世界*亮度的小型节能白光 LED 等产品。该公司2016816日宣布整合其在日本本土的光电业务,以此提高生产资源利用率,从而全面增强其 LED 业务,提升产品质量,促进 LED 照明在东南亚及其它地区的应用。

 

(二)OLED

OLED方面,欧洲的德国欧司朗(OSRAM)、荷兰飞利浦( Philips )均有照明产品上市,

日本在这一领域也有很大的投入,出现了代表公司及成果。德国欧司朗公司研究并开发了柔

OLED汽车尾灯等OLED汽车照明用品。荷兰飞利浦照明公司也已经有OLED照明产品上市。日本柯尼卡美能达(Konica Minolta)于 2014 年建成了世界*大规模生产塑料基柔性 OLED照明带的工厂,并于同年投产,产品包括白光和彩色可调光两种,其独有的彩色可调光产品虽然面积较小,但厚度仅有 0.29mm,50*30mm 的产品质量仅为 0.6g。日本三菱重工(MHI)旗下的 Lumiotec 公司(Lumiotec Inc.)于 2011 年建成世界大规模生产 OLED 板的工厂,做到了硬质 OLED 发光产品的工业化生产,目前共有三种主要产品,其 2016 年新发布的产品(P11 系列)性能可达到亮度 5000cd/m 2 145mm*145mm 尺寸的亮度为 250 lm)、寿命超过 3000 小时,同时质量更轻。

 

三、国内进展

我国对于半导体照明一直非常重视,“ 十三五 规划第四十八章明确指出要发展绿色环保

产业,推广包括半导体照明在内的节能环保技术装备。根据发改委等在 2011 年发布的 中国逐步淘汰白炽灯路线图 ”,2016 10 1 日起禁止进口和销售 15 瓦及以上普通照明白炽灯,这也给半导体照明的推广带来了机会,使得国内半导体照明公司迅速发展起来。

 

(一)企业层面

LED 方面,江西联创光电科技股份有限公司的主导产品为 LED 和光电线缆,公司建立了

LED 外延片、芯片、器件到背光源、全彩显示屏、半导体照明光源等应用产品的较完整的产业链。该公司的 LED 面板晶灯单颗 LED 光通量达到 8.5 lm 以上,单颗灯珠光效大于 140 lm/W,使得灯具光效高、可靠性强、寿命长。晶能光电(江西)有限公司主营通用照明、显示屏、LCD背光和工业领域的LED芯片产品,其与南昌大学、中节能晶和照明有限公司共同完成的“硅衬底高光效氮化镓基蓝色发光二极管项目 荣获 2015 年度国家技术发明一等奖,这一基于硅衬底的 GaN 外延技术,有望大幅度削减 LED 芯片的生产成本。此外,中国国内知名 LED 生产企业还包括三安光电、木林森、飞乐音响、国星光电、鸿利智慧、利亚德、德豪润达、雷曼光电、乾照光电、欧普照明、得邦照明、阳光照明等。

 

OLED 方面,以北京翌光科技有限公司为代表的厂家自 2015 年开始产业化建设,并于

2016 年达成投产,具有率白光器件、光取出技术等一系列自主技术。京东方科技集团股份有限公司在 2016 年也宣布了两项 AMOLED 6 代线计划。2016 11 30 日,深圳市华星光电技术有限公司投资建设的第 11 TFT-LCD AMOLED 新型显示器件生产线建设项目(简称“G11 项目”)正式对外宣布开工。

 

(二)研究层面

除了产业层面,国内半导体照明在研究层面也开展了很多工作。2016 9 月,中科院海西

研究院(福建物构所)研制成功拥有完全自主知识产权的千瓦级大功率荧光 LED 照明光源,该技术以荧光陶瓷替代目前 LED 的核心材料荧光胶,在国际 LED 照明行业属于重大技术突破,将助推我国 LED 全面替代传统光源,重构光电产业生态,进而开创一个千亿元级大功率 LED应用新市场。同月,南京工业大学科研团队的zui钙钛矿 LED 研究,创新性地设计并制备了一种具有多量子阱结构的钙钛矿 LED,兼具有机和无机半导体材料的优势,具有价格低廉和更接近自然光的特点。2016 10 月,南京大学的研究人员采用一种混合纳米晶体的方法,在氮化铟镓(InGaN/ 氮化镓(GaN)蓝光 LED 结构的纳米孔洞中填充纳米晶体,大幅提高白光LED 的效率。

 

2016 年,我国功率型白光 LED 产业化光效 160 lm/W(国际厂商 176 lm/W);LED 室内

灯具光效超过 90 lm/W,室外灯具光效超过 110 lm/W;具有自主知识产权的功率型硅基 LED芯片产业化光效150 lm/W,硅基黄光LED565nm)光效达到130 lm/W,硅基绿光LED520nm

光效超过 180 lm/W,达到国际ling先水平;深紫外 LED 技术进一步提升,280nm 深紫外 LED

室温连续输出功率超过 20 mW,处于世界先进水平;白光 OLED 光效超过 120 lm/WLED

小间距显示屏产品产业化zui小间距已达 0.9mm。在无法长期使用传统照明方法的太空,LED 成为了宇航员工作生活的光源选择,2016 10 17 日发射成功的神舟十一号载人飞船的舱内照明设备和交会对接照明设备均使用航天科技集团五院 510 所生产的国产 LED 光源产品,在太空中进行了 LED 植物光照系统种植生菜的科学试验,LED 照明成为神舟飞天的一大亮点。

 

三、未来发展趋势

我国的半导体照明事业在材料领域 863 计划重大项目和国家支撑计划项目的实施下,实

现了功率型芯片的从无到有。2016 年,我国功率型白光 LED 产业化光效达到 160 lm/W,与国际先进水平差距缩小(国际厂商 176 lm/W)而具有自主知识产权的硅衬底白光 LED 光效已经达到 150 lm/W。我国的半导体照明产业规模现在已经超过五千亿元,在创新技术、产业发展等方面有了长足进步。尽管如此,半导体照明产业还远未进入产业成熟期,目前正处于一个三重动力共动发展的关键时期,即基于生物机理研究和健康需求的光品质的提升、基于 LED 可控性的数字化发展以及区别于通用照明的创新应用的拓展,这三重动力共同推动了半导体照明与新一代信息技术的融合,推动按需照明和创新应用的发展。

 

未来,面向物联网的多技术融合成为产业发展重要趋势。LED 技术将与智能感知、识别

技术、低功耗广域智能物联技术深度融合,可作为支撑“互联网 + 人工智能技术方案的智能硬件;OLED 的可弯曲特性,便于智能可穿戴设备和虚拟现实 / 增强现实技术的实现。随着人们对照明光品质、光健康、舒适度等提出更高需求,针对不同年龄阶段、不同照明场所的按需照明将成为趋势。农业、光健康、光治疗、光通信、小间距显示等细分应用市场正在启动。此外,光通讯、紫外与红外技术、OLED μ-LED 等技术也为高附加值产品和培育细分应用品牌提供了重要切入点。

 

为确保我国的发展优势,应进一步加强光健康、光生物、农业光照等高附加值领域的

基础研究,重视原始和颠覆性技术创新;进一步发挥联盟等行业组织的协同创新作用,持

续推动创新链、产业链、资金链和服务链建设,为我国半导体照明产业持续发展提供动力

和保障;进一步调动地方积极性,发挥地方优势,加快形成特色鲜明的产业集群;以国际

化视野和开放的心态,开展国际技术合作、标准检测认证、跨境电商、跨国创新创业大赛

等,推动我国照明技术与产品走出去。

 

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