蓝光LED带来怎样的变革

2019-11-10 20:49:08 来源: 汉沽信息港

蓝光LED带来怎样的变革?

10月7号公布的诺贝尔官方站消息,赤崎勇、天野浩和中村修二因发明高亮度蓝色发光二极管获得2014年诺贝尔物理学奖。

发光二极管,也就是我们常说的LED。对于LED灯具,我们现在都已经习以为常。但是LED的出现,却在巨大地改变着我们的生活。诺贝尔奖评选委员会在声明中说高亮度蓝色发光二极管带来明亮、节能的白色光源。

仅仅明亮和节能并不能全部说出这项发明的意义。接下来我们要通过一段录音帮助您更好的认识LED。

高亮度蓝色发光二极管的出现,使得20世纪90年代中期,出现了超过人类身高的超大屏幕全彩显示器,2000年前后又为屏幕彩色化做出贡献,蓝色发光二极管技术还成为了开发蓝色激光器的基础,及时优化使得录制高清节目的蓝光成为现实,蓝色LED通过与红色和绿色LED组合,就可以制造出这种颜色,接踵而二来的便是促生出取代白炽灯和荧光灯的新一代节能照明巨大市场。

全球的电能消耗中有2到3成用于照明,而新的LED灯具,耗电量只有普通灯泡的十分之一,而寿命却是传统灯具的10倍甚至是百倍,所以,蓝光LED的发明所带来的LED技术的大发展,给全世界节省了大量的资源,也极大地减少了材料的消耗。同时,LED的发展,也给相关的技术提供了新的发展空间。

蓝光LED的问世,不是一夕之间的成果。发光二极管的历史早可以追溯到上世纪60年代,到了上世纪70年代,人们就能制造出红、橙、黄、绿、翠绿等多种颜色的LED,但直到1993年,人们才看到了发蓝光的LED。这是众多科学技术逐步成熟的焕发出的光彩。

笔者采访了中科院苏州纳米所所长杨辉,他介绍,蓝光LED研发取得突破的关键,是科学家们找到了氮化镓这种具有较大禁带宽度的半导体,它是微波功率晶体管的优良材料。

笔者:为什么蓝光LED的发明要远远晚于其他颜色LED呢?

杨辉:蓝光LED用的材料非常特殊,它自然界没有,而且合成非常困难,其实这种材料叫氮化镓,它是在1932年就发现了。到了六十年代,随着红光的砷化镓等材料做的激光器的发展大家也开始研究,因为难度非常大,七十年代八十年代其实都很冷,但是日本人就比较坚持,它到了1989年,发现了大面积制备高质量材料的方法,偶然发现了P型材料,因为这两个是一个核心问题,一个是材料质量,一个是P型掺杂,他们偶然发现了P型掺杂,他用电子显微镜来看的时候,发现实现了P型,他们给起了好的名字低能电子辐照掺杂实现了P型材料问题的解决,后来中村修二他发明了更好的,更商业化的大面积制备的方法,和P型掺杂的方法,它解决了一个科学问题,使这个LED迅速发展起来。

笔者:蓝光LED所带来的LED材料的大发展,会给整个的社会生活、工业制造还有科学研究会带来怎样的变革呢?

杨红:氮化镓材料可以称为第三代半导体材料,宽禁带材料,所以它带来的变化非常大,氮化镓LED是把过去灯泡、灯管等等的这种真空的器件变成固体的半导体,那么它的寿命、可靠性等等都大幅度的提高,氮化镓还有很强的导电性能,它做的大功率的器件,将来在电的控制、微波器件等等现在很多地用的电动车,雷达用这种材料都可以大幅度提高它的性能。

因高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点,LED被称为是21世纪有发展前景的绿色照明光源,目前已经形成一个庞大的产业。在这项产业前进的路上,我们不断看到智慧的火花,也看到了资本的角逐。国际LED照明巨头飞利浦、东芝已业界成功开发出800流明LED球泡灯,并且正在积极研发1000流明以上LED球泡灯。此外,高电压LED主要瞄准室内照明,有利于简化LED与电源转换器的设计。加上不会出现交流电方案的故障弊病,以及制造成本低和生产容易性,将成为容易达成高性价比LED灯泡的方案,成为LED芯片商群起争夺的市场。我国政府层面在推广这项绿色照明技术方面也给非常给力。由财政部联合国家发改委、科技部实施的半导体照明产品财政补贴推广项目,刚完成公开招标。这是继去年之后,国内发布的第二轮补贴项目招标。据有关机构预测显示,受惠于政府扶持与价格下降,今年中国LED室内照明产值将达到306亿元,同比增长64%;2015年将达到993亿元,未来4年室内照明产值规模复合增长率超过50%,达到52%。

我国的LED产业起步于20世纪七十年代,经过近四十年的发展,现在已经形成上海、大连、南昌、厦门、深圳、扬州和石家庄七个国家半导体照明工程产业化基地,产品广泛应用于景观照明和普通照明领域。2008年北京奥运会开幕式上神奇的画绢彩屏出自于中国金立翔科技有限公司,2009年国庆六十周年阅兵式,天安门广场上的巨幅彩屏出自于中国利亚德电子科技有限公司,2010年上海世博会开幕式上一万平方米的半导体发光二极管大屏幕出自于中国锐拓显示科技有限公司。

但是在这项光明产业的道路上,也有阴影笼罩在前方。目前,全球LED领域的技术和专利,一半以上被美、日、德等发达国家的少数大公司所占有。这些专利多数为核心技术专利,国内企业尤其是中小企业很难寻找到突破口。此外,这些跨国企业已在全球,尤其是中国,精心部署了专利,犹如头悬一柄达摩克利斯之剑。我国LED产业要想取得长远发展,必须突破这些专利的层层包围。

据了解,目前LED电源竞争十分激烈,尤其是室内照明。目前球泡灯价格低至十多元,利润只有两三元,而电源的利润率仅有百分之十几。户外照明利润虽然较高,但是市场空间有限,单一的户外LED照明业务并不能缔造一家公司数十亿甚至数百亿元的产值。

早在2012年,国务院就发布了《工业转型升级规划(年)》,这成为未来五年我国工业发展方式转变方向的指南。

在各个行业都在寻求新产业转型的时候,LED行业也不例外。近年来投资于新兴产业的LED企业上市公司当中如三安光电和乾照光电持续投资于光伏领域,意欲成为的聚光光伏生产基地;东山精密在大力发展LED业务的同时,也将矛头指向了光伏,当光伏投资失败后,又锁定了触摸面板产业;同样的还有茂硕电源投资机器人领域、聚飞科技发展光学膜业务等。

LED上市公司谋划新产业的背后,是LED产业产值小、竞争激烈、利润低下的体现。不过,新兴产业道路并不好走,企业不仅要有资金储备,更要有技术、市场甚至经营等储备。

作为新一代的节能照明,目前市场俨然已经是LED照明的天下。大企业做自己的品牌占领市场,行业洗牌加速,市场逐渐理性化、规范化、稳定化。有人说白炽灯照亮了20世纪,那么21世纪将是被LED灯照亮的。

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