郑有炓：半导体照明将改变光电子产业产值悬殊局面

郑有炓：半导体照明将改变光电子产业产值悬殊局面

    自1993年日本日亚公司Nakamura等人首次研发出高效发光的蓝光InGaN/AlGaN双异质结LED器件以来，经过长达15年的发展，III族氮化物LED实现了从蓝光、全色显示到白光照明，应用从信息技术领域到节能技术领域的两大转变，形成了半导体照明新兴产业。当前半导体照明技术日新月异，半导体照明产业蓬勃发展，形势喜人，而“照明”与“背光”的结合更将实现“光电子”与“微电子”的结合，改变光电子产业与微电子产业产值悬殊的局面。今后，在终端市场需求的牵引下，通过技术创新，将逐渐形成不同终端产品采用不同材料、结构、技术策略而构成的半导体照明产品大家族。

    随着近期白光LED背光应用的异军突起，半导体照明技术不仅将作为高效节能、绿色环保的新一代电光源造福人类社会，而且将成为推动现代信息显示技术新发展的支撑技术，使III族氮化物LED从“信息技术领域”进入“能源技术领域”又回到“信息技术领域”。使用LED背光的TFT-LCD与传统的冷阴极荧光灯（CCFL）相比，具有能耗低、厚度薄、质量轻、寿命长、不含汞、色域宽等优点，目前白光LED取代传统的冷阴极荧光灯已开始广泛应用于笔记本电脑、台式电脑和LCD电视的背光屏幕照明，白光LED背光的市场占有率将迅速增长。另外，LED（光）投影机具有寿命长、便携、省电等优点，有望取代传统投影机进入家庭，市场前景广阔。根据目前的发展势头，50%以上的白光LED芯片将用于背光和光投射产品。

    毫无疑问，面广量大的白光LED背光应用将极大地推动LED照明产业的发展，并使半导体照明产业结构发生变化，形成信息领域的“背光、投射（光）产业”和能源领域的“照明产业”两大支柱。

    信息领域的“背光、投射（光）产业”目前优势凸现，短期内将飞快增长。特别是“照明”与“背光”的结合实现了“光电子”与“微电子”的结合，将更快改变半导体照明当前某种程度上靠政府政策激励支撑发展的局面，可创造丰厚的利润，也将改变光电子产业与微电子产业产值悬殊局面。

    能源领域的“照明产业”势头强劲，其中LED在普通照明和路灯照明领域节能效果突出，发展势头良好。LED普通照明方面，最近，欧、美、日照明大厂纷纷推出LED普通照明产品，日本5大照明厂商，包括夏普、东芝、NEC、三菱，以及松下均进入LED照明领域，推出灯泡式LED灯，如松下产品EVERLEDS，虽然售价较高，但使用寿命长，节能效果明显。输入功率为4W的产品（亮度相当于40W的白炽灯）光效高达85.0lm/W，输入功率为6.9W的产品（亮度相当于60W的白炽灯）光效高达82.6lm/W。随着各大照明厂商进入LED照明领域及半导体照明产品的发展，LED照明普及化指日可待。

    LED路灯照明方面，LED路灯在光效、寿命和节能等方面与传统用灯相比具有很大的优势，LED灯发光亮度比日光灯高30%~50%，能耗为日光灯的50%，为白炽灯的10%。以98W的LED路灯为例，照明效果相当于250W高压纳灯，寿命达5万小时，是高压汞灯的十几倍。1个中等城市，若有30万盏路灯，如全部采用LED路灯，每年可节省用电3亿千瓦时，相当于节约标准煤10万多吨。按照目前的发展趋势，2008年全球路灯市场1.81亿盏，年增5%~6%，我国道路照明2009年约为2800万盏，年增及更换路灯将达300万~400万盏，而目前LED路灯的占有率还不到0.5%，未来发展空间巨大。

随着国家扩大内需和城市化建设的加强，对照明产品的需求也会持续扩大，这将为半导体照明产业的发展提供动力“引擎”，各种半导体照明示范工程，如“十城万盏”试点示范应用工程以及各种半导体景观照明示范工程，也将为半导体照明产业提供良好的发展机遇。
    另外，由于LED具有高能效、长寿命、绿色环保、快速启动等特点，应用潜力还有待开发。例如，基于白光LED快速启动的物理机制，室内照明的白光LED光源可用于可见光无线通信技术（VLC技术）。由于白光LED响应速度能高达几个纳秒（ns），可实现超高速、宽带数据传输，可作为通信基站进行室内信息无线传输，被认为是一项很有发展前景的新兴技术，受到人们的高度重视，已成为当前光无线通信领域的研究热点之一。半导体照明的技术链包括LED芯片、驱动电源模块、热能管理系统、投放光学装置等四部分，体现了多学科交叉，多技术融合的特点，也具有巨大的研发和创新空间。

    尽管半导体照明产业有巨大的发展空间，但未来仍将是机遇与挑战并存。目前LED光效还有待进一步提高，特别是存在高驱动电流下LED“量子效率下降”（EfficiencyDroop）的问题，严重制约了高功率LED照明应用，成为发展高效、功率照明技术的关键瓶颈，因此弄清“量子效率下降”的物理机制进而从技术上加以克服，对进一步发展高功率LED照明技术将具有里程碑意义。除此之外，节能荧光灯与半导体照明将是当前节能照明的两大主流技术，除了节能灯含汞的污染因素外，两者具有一定的互补性，也将在竞争中各自求发展，如何领跑竞争是半导体照明产业发展需要思考的问题。