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我國半導體照明產業(yè)近幾年在產量、產值和技術指標等方面均取得突破性發(fā)展。2014年，我國半導體照明光源、燈具的產值為950億元，同比增長43.9%。其中，LED照明產品出口為90億美元，同比增長50%，LED照明滲透率為20%。2015年上半年，LED照明產品同比約增長23%左右，1～5月份出口為40.8億美元，與去年同期相當。
從全球半導體照明的最新動態(tài)來看，全球LED器件光效實驗室水平已超過300lm/w，產業(yè)化水平達到150lm/w以上，LED整燈光效實驗室水平達200lm/w。美國SSL計劃目標調整為器件光效產業(yè)化水平達250lm/w，LED整燈光效產業(yè)化水平達200lm/w。總之，LED照明產品的滲透率、光效等與理論值和目標值還有很大差距，技術上還需要有較大突破。
LED照明技術呈現八大趨勢
LED照明技術涉及面很廣，是多學科技術與現代信息技術的結合，其發(fā)展呈現八大技術發(fā)展趨勢。
一是提高LED照明整燈的能效：LED整燈能效現階段由六部分組成：內量子效率、芯片取光效率、封裝效率、熒光粉激發(fā)效率、燈具效率和電源效率。在一定邊界條件下理論值是58%，目前較好的燈具能效也只有30%多，還有很大推進空間，上述六項均要達到90%以上才行，需要技術上有所突破。
二是提高LED光源的光色質量及顯色性表征值：提高LED光源的光色質量，要采用RGB多光譜組合，即多芯片組合或多基色熒光粉組合，達到合理的LED光譜量分布SPD，還要控制主要的光色參數，如色容差、眩光、光電閃爍等。LED光源顯色性表征是個長期爭論的課題，LED光源可實現多光譜的靈活組合，采用任何一種參數的顯色性表征，都是有缺陷的，終極的表征可能是以光譜形式。還有專家提出采用色域指數（GAT）與CRI一起表征光對色彩的還原。
三是LED照明燈具創(chuàng)新技術：LED光源、燈具目前是LED照明產業(yè)的重中之重，技術上要加速燈具造型和控制功能的創(chuàng)新，具體是燈具外觀形狀創(chuàng)意、尺寸大小靈活、光量按需調節(jié)、光色靈活變化、安裝位置隨意等。
四是深入開展智能照明的研發(fā)及應用：智能照明的技術特點包括開放式、分布式、遙控遙測、兼容性、互動性等，是照明技術和信息技術的深度融合。在技術上涉及面廣，關鍵技術有發(fā)光模組與驅動電源之間的界面整合等，目前亟須有統一的基礎標準，要根據實際需求進行研發(fā)推廣應用。
五是大力拓展LED照明應用領域：推廣在非視覺照明系統的應用，如醫(yī)療保健、生態(tài)農業(yè)、LED可見光通信以及紅外LED和紫外LED的應用，這方面內容豐富，應用技術正在快速發(fā)展中。LED顯示應用技術重點開發(fā)高清小間距顯示屏和高清可彎曲顯示器技術，實現高清LED電視和高清可折疊、可穿戴的顯示裝置。
六是窄光譜LED器件的研究：單個LED較窄光譜可實現組合LED光譜靈活性，可在LED顯示中實現更大的色域空間，是很大的應用領域，實現窄光譜LED器件的技術要從材料外延上有所突破。
七是白光LED器件將逐步轉向RGB組合方式：采用RGB組合白光理論上具有更高的光效，并方便燈具調光、調色、調顯色性等，技術上要重點提升綠光LED光效，RGB組合有可能成為普通照明的主流。
八是天然光照明將是終極目標：隨著LED多光譜照明的發(fā)展，人們將更重視節(jié)能照明、健康照明和生態(tài)照明，采用類似太陽光照明將是最佳選擇，即天然光照明，利用LED技術可以實現，但要解決很多技術問題。
LED照明技術有很大發(fā)展空間，還需要進一步提高整燈的能效和光品質。在應用上積極推進燈具創(chuàng)新的同時，要不斷拓展應用領域，如智能照明、非視覺照明和高清顯示器；在技術上要實現終極目標，即天然光照明，為人們提供節(jié)能、健康、舒適的照明環(huán)境。
納米級發(fā)光新材料技術發(fā)展動態(tài)
現階段三類納米級發(fā)光新材料的技術發(fā)展動態(tài)，也許是未來照明的光源。
量子點發(fā)光技術
量子點發(fā)光技術近年來發(fā)展很快，是發(fā)光領域中的新技術路線。
量子點LED：量子點（QD）是用納米技術制作，QD顆粒一般在2nm～12nm之間，量子點發(fā)光體由發(fā)光核、半導體殼、有機配位體組成，如發(fā)光核CdSe（硒化鎘）QD顆粒，其優(yōu)點是：可發(fā)射可見光至紅外，發(fā)光穩(wěn)定，內量子效率可達90%，與LED結合產生色彩豐富、十分明亮的暖白光。
3D打印QD-LED：普林斯頓大學首次展示3D打印量子點LED，其底層是由納米銀顆粒構成，頂部是兩個聚合物為銦鎵，量子點是納米級硒化鎘顆粒，外殼是硫化鋅包裹，上下電極連接后，硒化鎘納米顆粒發(fā)出不同的可見光，將QD-LED打印到具有曲線形表面的裝置上，如接觸透鏡。該技術將擴大到3D打印其他的有源器件，如MEMS、晶體管、太陽能電池等。一旦產業(yè)化將是顛覆性創(chuàng)新技術。
紫外光（UV）QD-LED：美國圣母大學正在開發(fā)氮化鎵QD，其電子空穴通過隧道貫穿（電子穿透墊壘的現象），不是傳統的漂移擴散�？砂l(fā)紫外光（UV）的LED，取得很大進展，有詳細的文章報導。
量子點混合LED：日本廣島大學研究量子點無機/有機混合發(fā)光二極管，可發(fā)出白光、藍光，電源電壓6V，有效發(fā)光量的78%來自硅量子點，提高輸出功率密度350倍。新型LED在常溫常壓下通過溶液加工過程，號稱是照明系統上一場新的革命。
量子點電激發(fā)藍光LED：臺東大學與遠東科大合作研究，以膠體量子點硫化鎘、硫化鋅制作出電激發(fā)藍光二極管，以類似有機的無機材料做出來，可靠性高，可取代OLED在平板上的應用。
量子點背光技術：嵌入量子點背光源，采用嵌入量子點的光學薄膜（QDEF）應用于LCD背光源，量子點在藍光LED背光的照射下，發(fā)出紅光、綠光形成RGB白光。提高LED發(fā)光效率，提升LCD色彩飽和度，將LCD色域提升30%，也增加背光亮度，降低能耗，并已產業(yè)化。預計這種彩電2015年生產130萬臺，2018年達1870萬臺。
第二代量子點顯示技術：浙大兩個研究小組合作開發(fā)，將量子點放入溶液中，具有晶體和溶液的雙重性能，原理上讓電子減緩“步伐”，促使電子與空穴有效相會復合，大大提升量子點LED效率、性能和穩(wěn)定性，發(fā)光量子效率可達100%，RGB彩色豐富。應用于顯示和照明上取得突破。
石墨烯發(fā)光技術：發(fā)現石墨烯發(fā)光是個新的突破，另外可在石墨烯襯底上生長第三代半導體。
石墨烯發(fā)光燈泡：哥倫比亞大學和首爾大學等單位合作研究，將石墨烯微細絲附加在金屬電極上，兩邊為SiO2，懸掛在硅襯底的方式。通電流加熱至超過2500℃，從而發(fā)明亮的光，石墨烯的溫度不會傳給襯底。利用發(fā)光長細絲與硅基板的反彈干涉，可調整所發(fā)射的光譜，號稱是世界上最薄燈泡，并可應用于光通信。該技術如產業(yè)化將是照明領域的顛覆性創(chuàng)新。
石墨烯LED：清華大學近期發(fā)布采用二種石墨烯，即氧化石墨烯（GO）和還原石墨烯（rGO）混合組成LED，隨著外加電壓的變化，可改變發(fā)光波長，這二種界面存在一系列離散的能級，可在發(fā)光、傳感器、柔性顯示上應用。
SiC+石墨烯+GaN薄膜：在SiC圓片上將硅汽化，并將留下的石墨烯薄膜穩(wěn)妥地轉移至硅基板上，在此石墨烯襯底上采用直接凡德瓦外延法，生長高質量單晶GaN薄膜，將大幅度降低半導體組件成本。IBM近期宣稱，已掌握這些技術，將在5年內投資30億美元，發(fā)展在石墨烯襯底上生長高頻晶體管、光探測器、生物傳感器以及“后Si時代”組件，首先大幅度降低GaN藍光成本。
玻璃基板+石墨烯+濺射GaN：東京大學藤網洋研究團隊發(fā)表在玻璃基板上轉印石墨烯多層膜，并在膜上用脈沖濺射法（PSD）形成GaN（AlN+n-GaN+GaN與InGaN多層結構多量子阱MQWs+P-GaN）。其優(yōu)點：生長GaN品質大幅度提升，可制作RGB三原色組合LED，大幅度降低成本。還可制作GaN構成的高遷移晶體管（HEMT），該技術路線如果獲得產業(yè)化，將是顛覆性的創(chuàng)新。
Si+石墨烯+分子束外延GaN：西班牙Graphenea公司宣布，與日本立命館大學、麻省理工大學、首爾大學、韓國東國大學合作用普通化學氣相沉積法（CVD）在銅箔上形成石墨烯，直接轉印在硅基板上，然后在石墨烯上采用射頻等離子輔助分子束外延法（RF-MBE）生長GaN晶體，具有六角形對稱性是沿C軸向生長，是從Si（100）面上生長的GaN晶體，實現了最高品質。
上述三種石墨烯襯底上生長高質量GaN技術，均不采用MOCVD設備，生長效率高、成本低、質量高，除了應用于發(fā)光、激光之外，均可發(fā)展第三代寬禁帶半導體，這將是顛覆性的創(chuàng)新技術。
納米發(fā)光技術
納米發(fā)光的結構形式是多樣的，這里介紹幾種典型的納米發(fā)光結構形態(tài)。
納米線型LED：波爾研究所研究納米線型LED，其納米線的核是GaN材料，長度約2微米，直徑約10～500納米，外圍材料是InGaN。二極管中的光是由兩種材料間的機械張力決定的，這種納米線是可以使用更少的能量提供更高的亮度，更節(jié)能，可用于手機、電視以及很多形式的燈光，號稱將改變未來照明世界。
超薄非結晶電介質膜發(fā)光材料：美國德州農機大學開發(fā)一種發(fā)光芯片，采用在硅晶圓上進行室溫濺射沉積方法制成電介質膜，其中有納米晶層，可提升發(fā)光密度，在工藝中可與硅IC兼容，工藝簡單，是新的納米發(fā)光材料。
3D打印“光紙”：美國德州Rohinni公司利用3D打印光紙（Light paper），將油墨與微型LED混合印在半導體層上，并夾在另外兩層材料之間，微型LED只有紅血球大小，當電子通過微型LED時點亮光紙，號稱世界最薄LED燈。
最薄LED：華盛頓大學研究人員宣布，已開發(fā)全球最薄LED，厚度相當于3個原子，這種可折疊的LED，未來用于便攜式、可靈活穿戴的設備。
超高速LED：美國杜克大學研究通過金屬納米立方體和黃金膜之間添加熒光分子，實現高速LED，制造75個銀納米立方體，并困住其內的光，增加光的強度，通過“珀塞爾效應”強化加快，熒光分子發(fā)射光子速度是傳統LED的1000倍，還可作為量子密碼系統的單光子源，支持安全光通信。
接近太陽光的LED：意大利InSubria大學采用納米顆粒面板對白光LED光源進行散射，得到與太陽光接近的燈光，利用雷利散射原理，使白光LED陣列擴散成“藍天”效果，或微黃色斑點模擬太陽光，已有產品，效果好，可極大提升光色品質。
超清可彎曲顯示屏技術：采用納米技術制作相變材料PCM，可處二種狀態(tài)所謂GST，晶體態(tài)和玻璃態(tài)，這種GST在電流脈沖下，晶體玻璃態(tài)循環(huán)可超過100萬次/秒。三層材料結構：即導電玻璃+GST+導電玻璃，每層都僅有幾個納米厚，該技術可能生產出超薄、超高速、低能耗、高清、可折疊的彩色顯示屏。
其他發(fā)光材料
發(fā)白光的激光器：美國亞利桑那大學研制一種可發(fā)R、G、B的激光器，混合成為白光，也可用于光通信，比普通LED快10～100倍。
中村修二采用不同技術路線，提出激光照明為第三代照明。
磷烯發(fā)光材料：澳洲國立大學發(fā)現磷薄層發(fā)光特性，可作PV與LED。
有機發(fā)光二極管（OLED）：已進入平面照明領域，有人預測，將來會占照明領域的四分之一。
鈣鈦礦LED：劍橋大學、牛津大學等聯合開發(fā)鈣鈦LED，工藝簡單、成本低，宣稱5年后這種LED可產業(yè)化。
納米級發(fā)光新材料技術近年來取得很大進展，尤其是量子點發(fā)光、石墨烯發(fā)光和納米發(fā)光等技術，均具有開拓性和顛覆性的創(chuàng)新技術，可能是未來照明的新光源，要引起我們業(yè)內的高度重視。
石墨烯襯底上生長高質量的晶體，除了應用于發(fā)光和激光外，將極大推動第三代寬禁帶半導體材料的發(fā)展，為研制“后硅時代”高性能組件提供支撐。
