半導體照明有哪些結(jié)構(gòu)與發(fā)展趨勢？

一、背景

半導體照明包括半導體發(fā)光二級管（LED）和有機發(fā)光二極管（OLED），是用第三代半

導體材料和有機半導體材料制作的光源和顯示器件，由于使用固態(tài)發(fā)光器件，亦稱固態(tài)照明。

半導體照明具有耗電量少、壽命長、體積小、色彩豐富、抗震動、可控性好等特點，是光源

領域一場成功的技術革命。LED 結(jié)構(gòu)與 OLED 有所差異，因此其產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)也*不同

半導體照明的應用領域包括信號指示、顯示、背光、景觀裝飾、汽車照明、通用照明、農(nóng)業(yè)、

醫(yī)療等領域。

二、國外舉措

近年來，世界各國紛紛出臺政策并提供補貼支持，推動半導體照明的技術研發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，

以減少照明設施的能源消耗，促進綠色低碳的發(fā)展。

（一）LED

美國的LED產(chǎn)業(yè)以Cree公司（Cree.Inc）為代表，其業(yè)務涵蓋LED照明、組件、芯片等部分，

LED 照明產(chǎn)品能夠達到 140 流明 / 瓦（lm/W）。2016 年 2 月，Cree 公司推出了一種 PAR30LED燈泡，色溫3000K，使用壽命22年（25000小時），而在9月份，該公司又推出多種新產(chǎn)品，再次刷新使用壽命，有些能夠達到 32 年。美國另一家*企業(yè) GE 照明（GE Lighting）的室內(nèi)照明 LED 產(chǎn)品使用壽命能達到 50000 小時，效率可達 100 lm/W。學術方面，美國伊利諾伊大學香檳分校（UIUC）在 2016 年 8 月份宣布開發(fā)了一種新方法，可以讓綠光 LED 亮度和效率增強。研究人員使用工業(yè)標準的半導體生長技術，制備了生長在硅基質(zhì)上的氮化鎵（GaN）立方形晶體，能產(chǎn)生強勁的綠光用于先進固態(tài)照明應用。該項技術有可能通過與紅藍兩色二極管混色的方法產(chǎn)生白光，更加節(jié)能。

歐洲方面， 德國歐司朗（OSRAM）公司是世界的光源制造商，該公司在汽車 LED

照明上有技術優(yōu)勢，他們的節(jié)能 LED 車燈技術 2016 年 9 月份贏得了 BMW 的大單，而 2016年 10 月份其又宣布開發(fā)了一種智能、高分辨率 LED 車頭燈的基礎技術，可以對環(huán)境進行自適應光線調(diào)整。 荷蘭飛利浦照明公司（ Philips ）也是歐洲重要的 LED 照明產(chǎn)品生產(chǎn)商，其新一代節(jié)能 LED 照明產(chǎn)品 MASTER LED 管燈平均使用壽命達 30000 小時，色溫范圍 3000-6500K，光效可達 148 lm/W。日本豐田合成株式會社（Toyoda-Gosei）提供具有世界*亮度的小型節(jié)能白光 LED 等產(chǎn)品。該公司2016年8月16日宣布整合其在日本本土的光電業(yè)務，以此提高生產(chǎn)資源利用率，從而全面增強其 LED 業(yè)務，提升產(chǎn)品質(zhì)量，促進 LED 照明在東南亞及其它地區(qū)的應用。

（二）OLED

在OLED方面，歐洲的德國歐司朗（OSRAM）、荷蘭飛利浦（ Philips ）均有照明產(chǎn)品上市，

日本在這一領域也有很大的投入，出現(xiàn)了代表公司及成果。德國歐司朗公司研究并開發(fā)了柔

性OLED汽車尾燈等OLED汽車照明用品。荷蘭飛利浦照明公司也已經(jīng)有OLED照明產(chǎn)品上市。日本柯尼卡美能達（Konica Minolta）于 2014 年建成了世界*大規(guī)模生產(chǎn)塑料基柔性 OLED照明帶的工廠，并于同年投產(chǎn)，產(chǎn)品包括白光和彩色可調(diào)光兩種，其*的彩色可調(diào)光產(chǎn)品雖然面積較小，但厚度僅有 0.29mm，50*30mm 的產(chǎn)品質(zhì)量僅為 0.6g。日本三菱重工（MHI）旗下的 Lumiotec 公司（Lumiotec Inc.）于 2011 年建成世界大規(guī)模生產(chǎn) OLED 板的工廠，做到了硬質(zhì) OLED 發(fā)光產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)，目前共有三種主要產(chǎn)品，其 2016 年新發(fā)布的產(chǎn)品（P11 系列）性能可達到亮度 5000cd/m 2 （145mm*145mm 尺寸的亮度為 250 lm）、壽命超過 3000 小時，同時質(zhì)量更輕。

三、國內(nèi)進展

我國對于半導體照明一直非常重視，“ 十三五 ” 規(guī)劃第四十八章明確指出要發(fā)展綠色環(huán)保

產(chǎn)業(yè)，推廣包括半導體照明在內(nèi)的節(jié)能環(huán)保技術裝備。根據(jù)發(fā)改委等在 2011 年發(fā)布的 “ 中國逐步淘汰白熾燈路線圖 ”，2016 年 10 月 1 日起禁止進口和銷售 15 瓦及以上普通照明白熾燈，這也給半導體照明的推廣帶來了機會，使得國內(nèi)半導體照明公司迅速發(fā)展起來。

（一）企業(yè)層面

LED 方面，江西聯(lián)創(chuàng)光電科技股份有限公司的主導產(chǎn)品為 LED 和光電線纜，公司建立了

從 LED 外延片、芯片、器件到背光源、全彩顯示屏、半導體照明光源等應用產(chǎn)品的較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。該公司的 LED 面板晶燈單顆 LED 光通量達到 8.5 lm 以上，單顆燈珠光效大于 140 lm/W，使得燈具光效高、可靠性強、壽命長。晶能光電（江西）有限公司主營通用照明、顯示屏、LCD背光和工業(yè)領域的LED芯片產(chǎn)品，其與南昌大學、中節(jié)能晶和照明有限公司共同完成的“硅襯底高光效氮化鎵基藍色發(fā)光二極管項目 ” 榮獲 2015 年度國家技術發(fā)明一等獎，這一基于硅襯底的 GaN 外延技術，有望大幅度削減 LED 芯片的生產(chǎn)成本。此外，中國國內(nèi) LED 生產(chǎn)企業(yè)還包括三安光電、木林森、飛樂音響、國星光電、鴻利智慧、利亞德、德豪潤達、雷曼光電、乾照光電、歐普照明、得邦照明、陽光照明等。

在 OLED 方面，以北京翌光科技有限公司為代表的廠家自 2015 年開始產(chǎn)業(yè)化建設，并于

2016 年達成投產(chǎn)，具有率白光器件、光取出技術等一系列自主技術。京東方科技集團股份有限公司在 2016 年也宣布了兩項 AMOLED 6 代線計劃。2016 年 11 月 30 日，深圳市華星光電技術有限公司投資建設的第 11 代 TFT-LCD 及 AMOLED 新型顯示器件生產(chǎn)線建設項目（簡稱“G11 項目”）正式對外宣布開工。

（二）研究層面

除了產(chǎn)業(yè)層面，國內(nèi)半導體照明在研究層面也開展了很多工作。2016 年 9 月，中科院海西

研究院（福建物構(gòu)所）研制成功擁有*自主知識產(chǎn)權(quán)的千瓦級大功率熒光 LED 照明光源，該技術以熒光陶瓷替代目前 LED 的核心材料熒光膠，在 LED 照明行業(yè)屬于重大技術突破，將助推我國 LED 全面替代傳統(tǒng)光源，重構(gòu)光電產(chǎn)業(yè)生態(tài)，進而開創(chuàng)一個千億元級大功率 LED應用新市場。同月，南京工業(yè)大學科研團隊的zui鈣鈦礦 LED 研究，創(chuàng)新性地設計并制備了一種具有多量子阱結(jié)構(gòu)的鈣鈦礦 LED，兼具有機和無機半導體材料的優(yōu)勢，具有價格低廉和更接近自然光的特點。2016 年 10 月，南京大學的研究人員采用一種混合納米晶體的方法，在氮化銦鎵（InGaN）/ 氮化鎵（GaN）藍光 LED 結(jié)構(gòu)的納米孔洞中填充納米晶體，大幅提高白光LED 的效率。

2016 年，我國功率型白光 LED 產(chǎn)業(yè)化光效 160 lm/W（廠商 176 lm/W）；LED 室內(nèi)

燈具光效超過 90 lm/W，室外燈具光效超過 110 lm/W；具有自主知識產(chǎn)權(quán)的功率型硅基 LED芯片產(chǎn)業(yè)化光效150 lm/W，硅基黃光LED（565nm）光效達到130 lm/W，硅基綠光LED（520nm）

光效超過 180 lm/W，達到水平；深紫外 LED 技術進一步提升，280nm 深紫外 LED

室溫連續(xù)輸出功率超過 20 mW，處于*水平；白光 OLED 光效超過 120 lm/W；LED

小間距顯示屏產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化zui小間距已達 0.9mm。在無法長期使用傳統(tǒng)照明方法的太空，LED 成為了宇航員工作生活的光源選擇，2016年 10 月 17 日發(fā)射成功的神舟十一號載人飛船的艙內(nèi)照明設備和交會對接照明設備均使用航天科技集團五院 510 所生產(chǎn)的國產(chǎn) LED 光源產(chǎn)品，在太空中進行了 LED 植物光照系統(tǒng)種植生菜的科學試驗，LED 照明成為神舟飛天的一大亮點。

三、未來發(fā)展趨勢

我國的半導體照明事業(yè)在材料領域 863 計劃重大項目和國家支撐計劃項目的實施下，實

現(xiàn)了功率型芯片的從無到有。2016 年，我國功率型白光 LED 產(chǎn)業(yè)化光效達到 160 lm/W，與先進水平差距縮小（廠商 176 lm/W）而具有自主知識產(chǎn)權(quán)的硅襯底白光 LED 光效已經(jīng)達到 150 lm/W。我國的半導體照明產(chǎn)業(yè)規(guī)?，F(xiàn)在已經(jīng)超過五千億元，在創(chuàng)新技術、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等方面有了長足進步。盡管如此，半導體照明產(chǎn)業(yè)還遠未進入產(chǎn)業(yè)成熟期，目前正處于一個三重動力共動發(fā)展的關鍵時期，即基于生物機理研究和健康需求的光品質(zhì)的提升、基于 LED 可控性的數(shù)字化發(fā)展以及區(qū)別于通用照明的創(chuàng)新應用的拓展，這三重動力共同推動了半導體照明與新一代信息技術的融合，推動按需照明和創(chuàng)新應用的發(fā)展。

未來，面向物聯(lián)網(wǎng)的多技術融合成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展重要趨勢。LED 技術將與智能感知、識別

技術、低功耗廣域智能物聯(lián)技術深度融合，可作為支撐“互聯(lián)網(wǎng) +” 人工智能技術方案的智能硬件；OLED 的可彎曲特性，便于智能可穿戴設備和虛擬現(xiàn)實 / 增強現(xiàn)實技術的實現(xiàn)。隨著人們對照明光品質(zhì)、光健康、舒適度等提出更高需求，針對不同年齡階段、不同照明場所的按需照明將成為趨勢。農(nóng)業(yè)、光健康、光治療、光通信、小間距顯示等細分應用市場正在啟動。此外，光通訊、紫外與紅外技術、OLED、 μ-LED 等技術也為高附加值產(chǎn)品和培育細分應用品牌提供了重要切入點。

為確保我國的發(fā)展優(yōu)勢，應進一步加強光健康、光生物、農(nóng)業(yè)光照等高附加值領域的

基礎研究，重視原始和顛覆性技術創(chuàng)新；進一步發(fā)揮聯(lián)盟等行業(yè)組織的協(xié)同創(chuàng)新作用，持

續(xù)推動創(chuàng)新鏈、產(chǎn)業(yè)鏈、資金鏈和服務鏈建設，為我國半導體照明產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供動力

和保障；進一步調(diào)動地方積極性，發(fā)揮地方優(yōu)勢，加快形成特色鮮明的產(chǎn)業(yè)集群；以

化視野和開放的心態(tài)，開展技術合作、標準檢測認證、跨境電商、跨國創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽

等，推動我國照明技術與產(chǎn)品走出去。

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