LED行業(yè)：希望之星 閃閃發(fā)光之二

LED用于一般照明領域技術與成本制約尚需一段時間

　　未來LED市場最大的領域就是一般照明市場，如果能夠完全代替熒光燈的話，相信就可能有近1000億美元的潛在市場規(guī)模，并且能夠應用在更多不同的領域。但是事實上，如果期望LED能夠完全取代傳統(tǒng)燈源還是有一定的困難。由于LED是點光源，因此在部分的產(chǎn)品可以開始利用LED來代替以往的白熾燈等燈泡，就實際的市場上而言，目前已經(jīng)有包括吸頂燈、內部照明等開始采用，而市場規(guī)模也是逐年擴大之中。但是，在熒光燈等面光源領域的市場發(fā)展卻較為緩慢，因為如果要把LED作為面光源來利用的話，只能像面板用的背光一樣，以直下的方式將LED在固定面上鋪滿，或者以側光的方式利用導光板來完成。但是這些方式都很難在發(fā)光功率和價格方面代替熒光燈，特別是在一般照明領域需要演色性高，這樣一來就需要使用紫外光，或者使用以藍色LED為基礎，配可激發(fā)RGB的熒光粉，不過這卻會造成發(fā)光效率的下降，因此期望滿足產(chǎn)業(yè)化的100lm/W的照明效率需求還需要一段時間。

　　半導體照明成本在逐漸下降

　　該部分為南昌大學江風益教授在《中國電子報》上撰文(11/2005)，對認識LED白光照明成本結構及發(fā)展趨勢有莫大裨益，在此引用。

　　半導體照明的技術路線眾多，不同技術路線成本不同。就同一種技術路線而言，不同技術水平成本也有明顯差異。即使同一種技術路線、同一種技術水平，各生產(chǎn)廠家采用不同的成本控制方法，其結果也會有較大差別。

　　由于上述問題都給成本預測帶來困難，所以要做半導體照明的有關成本預測，對技術方案進行一些假設：首先，藍光LED激發(fā)熒光粉，其中藍光LED為GaN基多量子阱LED結構；其次，由尺寸為1mm×1mm的芯片封裝成單燈；第三，半導體照明燈由若干個單燈簡單組合而成；第四，每一個單燈均安裝在帶有驅動電源、散熱性能良好的燈支架上，但驅動電源、支架及裝飾部件的成本不計算在固態(tài)照明燈成本之內，即僅考慮“燈泡”的成本；第五，芯片發(fā)光效率高低和芯片器件所能承受的功率密度大小基本與成本無關。這一假設在一定范圍內是成立的。比如，同一家研究單位或企業(yè)提高外延生長、芯片制造和器件封裝水平，往往可以在不明顯增加成本的前提下，通過優(yōu)化工藝技術而顯著提高發(fā)光效率和器件所能承受的電流密度；第六，外延生長、芯片制造和器件封裝均達到比較理想的90%的合格率。

　　發(fā)光效率為40lm/W時，1W半導體白光燈成本在2.5元以內，光通量為1500lm的半導體白光照明燈，其成本應可控制在93.75元以內；發(fā)光效率為200lm/W時，1W半導體白光燈成本在2.5元以內，光通量為1500lm的半導體白光照明燈，其成本應可控制在18.75元以內；發(fā)光效率高達200lm/W，同時器件功率密度高達10W/mm2(美國固態(tài)照明技術路線圖的最高目標)，也就是說使用一顆1mm×1mm的GaN基LED芯片，就可封裝成光通量為2000lm的半導體白光燈，它比20W日光燈還亮。此時，比起日光燈、1500lm半導體白光燈的成本更低，其成本主體取決于封裝，成本有可能變到5元以下。

　　一些國家已經(jīng)對固態(tài)照明技術的成本做出了一個規(guī)劃，例如，美國固態(tài)照明技術路線圖中就有對成本的目標：首先，到2007年，光通量為200lm的固態(tài)白光照明燈(效率為75lm/W)，價格降到4美元以下，即光通量相當于20W白熾燈水平的固態(tài)白光照明燈，其單價降到32元人民幣左右；其次，到2012年，光通量為1000lm的固態(tài)白光照明燈(發(fā)光效率為150lm/W)，價格降到5美元以下，即光通量相當于60W白熾燈水平的固態(tài)白光照明燈，其單價降到40元人民幣左右；第三，到2020年，光通量為1500lm的固態(tài)白光照明燈(發(fā)光效率為200lm/W)，價格降到3美元以下，即光通量相當于20W日光燈水平的固態(tài)白光照明燈，其單價降到24元人民幣左右。(注：這一目標可能較早制定，日亞宣布2007年將投產(chǎn)光效為150lm/w的LED產(chǎn)品，全球LED照明產(chǎn)品的研發(fā)進程估計大大快于上述目標進程)

　　目前市場上光通量為30lm～50lm的固態(tài)白光單燈(1mm×1mm芯片)，其銷售價格約為20元到28元。但實際成本如何呢？在一片直徑為50mm的藍寶石襯底上，GaN基LED的襯底、外延和芯片成本分別為300元、300元和600元，用此外延材料可制造成1600個大小為1mm×1mm的功率型半導體芯片，每個芯片的成本不到1元。目前封裝1W半導體白光燈的成本約6元(芯片成本除外)，但批量生產(chǎn)，廠家自己開模，成本控制在1.5元是沒有問題的，所以，只要企業(yè)規(guī)模做上去了，合格率達到預期的目標，1W半導體白光燈成本應在2.5元以內。

　　這一目標能否達到，外延材料生長、芯片制造和器件封裝同樣重要。研究工作表明，半導體照明芯片承受功率密度10W/mm2是沒有問題的，只要散熱條件足夠好，而今后的關鍵問題在于提高外延材料內量子效率，提高芯片出光效率，提高器件封裝效率和散熱特性半導體白光照明燈要替代白熾燈和日光燈，在外延、芯片和封裝等成本上并沒有很大困難，即使上述預測成本提高一倍也還是比較樂觀的，這里關鍵的挑戰(zhàn)在于能否大幅度提升技術水平。不斷提高外延材料的質量，不斷提高發(fā)光效率，不斷提高器件所能承受的功率密度，解決好器件散熱問題，半導體照明燈替代白熾燈和日光燈是必然趨勢，其價格一定能降到老百姓能接受的程度。近期國內外技術突飛猛進，預示著半導體照明燈進入千家萬戶的時代會提前到來。