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硅衬底LED技术助LED照明行业商业化进程加速

  随着人类对地球资源的进一步认识,人类并没有满足于现有的照明方法,相反仍在寻找更节能、更环保的“光明之源”,发光二极管正是在这种背景下“横空出世”。其中摘得年度中国国家技术发明一等奖的“硅衬底高光效GaN基蓝色发光二极管”技术为照明产业“舒筋活骨”,有望加速发光二极管的商业化进程。

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  发光二极管,简称LED,是一种能直接将电能转化为可见光的固态半导体器件。它的核心结构是一个半导体晶片,晶片一端负极一端正极,整体被环氧树脂包裹。发电原理在于晶片内部P型半导体和N型半导体构成P-N结,当电流通过导线时,电子就会从N区被推向P区,并以光子的形式发出能量,产生亮光。

  目前,LED照明产业是国内外重点发展的战略性新兴产业,总体来说有这样三条技术路线:蓝宝石衬底、碳化硅衬底和硅衬底。蓝宝石衬底是由日本科学家提出,三位发明者还荣获了2014年诺贝尔物理学奖。它的优势在于生产技术成熟、器件质量较好;蓝宝石本身稳定性好,能够适应高温过程;此外蓝宝石机械强度高,易于处理和清洗,因此蓝宝石衬底成了主流选择。

  第二条技术道路是碳化硅衬底,也被称作“贵族路线”,价格高昂,主要贡献者获得美国总统技术发明奖。碳化硅是继第一代硅、锗和第二代砷化镓等材料之后的第三代新型半导体材料。作为衬底材料,它的应用广泛程度仅次于蓝宝石,具有化学稳定性好、导电性能好、导热性能好、不吸收可见光等优点。这种衬底能够较好解决散热问题,在半导体照明技术领域具有重要地位。 硅衬底路线由我国南昌大学与晶能广电公司的科研工作者提出,与蓝宝石和碳化硅相比,硅具有低成本、大尺寸、高质量、可导电等优点,被认为是最具前途的蓝光LED衬底材料。硅衬底的芯片电极可采用两种接触方式,分别是水平接触和垂直接触,可称L型电极和V型电极。两种电极决定了在硅衬底LED芯片内部,电流既可以横向流动,也可以纵向流动。而纵向流动可以增大LED的发光面积,提高二极管出光效率。此外硅又是导热良体,器件的导热性因硅衬底而提升,二极管的使用寿命显著延长,可以说高效环保“两不误”,市场前景“有看头”。

  硅衬底技术路线是唯一有可能冲破国外专利封锁的机会

  主流技术路线早已确立,特色技术路线也已成型,硅衬底LED灯的“颜值”难道只有醒目的“省钱”二字吗?也不是。我国是名副其实的LED产品制造大国,而这一技术的研发令国际市场形成了“三足鼎立”的稳定局面。

  过去,由于美日国公司长期垄断前两种照明技术,国内LED企业限于价格障碍又多采用蓝宝石技术路线,这其中布满了LED巨头精心埋下的专利地雷。上世纪90年代,美日企业为DVD专利激烈厮杀的场景历历在目,过去10年,许多国内的LED企业重蹈覆辙,为此吞下苦果。硅衬底研究团队认为,国外LED大厂“放水养鱼”的功夫炉火纯青,专利大战随时可能一触即发。此时出场的硅衬底技术路线无疑是“及时雨”,成为“唯一有可能冲破国外专利封锁的机会”。

  纵观LED发展史,美国公司最先开发出可见光LED,而日本企业则借助中村修二的氮化镓研究获得了蓝光LED。如今我国校企合作研发硅衬底技术,LED发展之路上有了第三面国旗,不得不说“科技无国界”!

  展望未来十年,硅衬底节能LED灯,很可能取代普通日照灯和传统LED灯,走入千家万户。

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