LED行业：希望之星 闪闪发光之二

LED用于一般照明领域技术与成本制约尚需一段时间

　　未来LED市场最大的领域就是一般照明市场，如果能够完全代替荧光灯的话，相信就可能有近1000亿美元的潜在市场规模，并且能够应用在更多不同的领域。但是事实上，如果期望LED能够完全取代传统灯源还是有一定的困难。由于LED是点光源，因此在部分的产品可以开始利用LED来代替以往的白炽灯等灯泡，就实际的市场上而言，目前已经有包括吸顶灯、内部照明等开始采用，而市场规模也是逐年扩大之中。但是，在荧光灯等面光源领域的市场发展却较为缓慢，因为如果要把LED作为面光源来利用的话，只能像面板用的背光一样，以直下的方式将LED在固定面上铺满，或者以侧光的方式利用导光板来完成。但是这些方式都很难在发光功率和价格方面代替荧光灯，特别是在一般照明领域需要演色性高，这样一来就需要使用紫外光，或者使用以蓝色LED为基础，配可激发RGB的荧光粉，不过这却会造成发光效率的下降，因此期望满足产业化的100lm/W的照明效率需求还需要一段时间。

　　半导体照明成本在逐渐下降

　　该部分为南昌大学江风益教授在《中国电子报》上撰文(11/2005)，对认识LED白光照明成本结构及发展趋势有莫大裨益，在此引用。

　　半导体照明的技术路线众多，不同技术路线成本不同。就同一种技术路线而言，不同技术水平成本也有明显差异。即使同一种技术路线、同一种技术水平，各生产厂家采用不同的成本控制方法，其结果也会有较大差别。

　　由于上述问题都给成本预测带来困难，所以要做半导体照明的有关成本预测，对技术方案进行一些假设：首先，蓝光LED激发荧光粉，其中蓝光LED为GaN基多量子阱LED结构；其次，由尺寸为1mm×1mm的芯片封装成单灯；第三，半导体照明灯由若干个单灯简单组合而成；第四，每一个单灯均安装在带有驱动电源、散热性能良好的灯支架上，但驱动电源、支架及装饰部件的成本不计算在固态照明灯成本之内，即仅考虑“灯泡”的成本；第五，芯片发光效率高低和芯片器件所能承受的功率密度大小基本与成本无关。这一假设在一定范围内是成立的。比如，同一家研究单位或企业提高外延生长、芯片制造和器件封装水平，往往可以在不明显增加成本的前提下，通过优化工艺技术而显著提高发光效率和器件所能承受的电流密度；第六，外延生长、芯片制造和器件封装均达到比较理想的90%的合格率。

　　发光效率为40lm/W时，1W半导体白光灯成本在2.5元以内，光通量为1500lm的半导体白光照明灯，其成本应可控制在93.75元以内；发光效率为200lm/W时，1W半导体白光灯成本在2.5元以内，光通量为1500lm的半导体白光照明灯，其成本应可控制在18.75元以内；发光效率高达200lm/W，同时器件功率密度高达10W/mm2(美国固态照明技术路线图的最高目标)，也就是说使用一颗1mm×1mm的GaN基LED芯片，就可封装成光通量为2000lm的半导体白光灯，它比20W日光灯还亮。此时，比起日光灯、1500lm半导体白光灯的成本更低，其成本主体取决于封装，成本有可能变到5元以下。

　　一些国家已经对固态照明技术的成本做出了一个规划，例如，美国固态照明技术路线图中就有对成本的目标：首先，到2007年，光通量为200lm的固态白光照明灯(效率为75lm/W)，价格降到4美元以下，即光通量相当于20W白炽灯水平的固态白光照明灯，其单价降到32元人民币左右；其次，到2012年，光通量为1000lm的固态白光照明灯(发光效率为150lm/W)，价格降到5美元以下，即光通量相当于60W白炽灯水平的固态白光照明灯，其单价降到40元人民币左右；第三，到2020年，光通量为1500lm的固态白光照明灯(发光效率为200lm/W)，价格降到3美元以下，即光通量相当于20W日光灯水平的固态白光照明灯，其单价降到24元人民币左右。(注：这一目标可能较早制定，日亚宣布2007年将投产光效为150lm/w的LED产品，全球LED照明产品的研发进程估计大大快于上述目标进程)

　　目前市场上光通量为30lm～50lm的固态白光单灯(1mm×1mm芯片)，其销售价格约为20元到28元。但实际成本如何呢？在一片直径为50mm的蓝宝石衬底上，GaN基LED的衬底、外延和芯片成本分别为300元、300元和600元，用此外延材料可制造成1600个大小为1mm×1mm的功率型半导体芯片，每个芯片的成本不到1元。目前封装1W半导体白光灯的成本约6元(芯片成本除外)，但批量生产，厂家自己开模，成本控制在1.5元是没有问题的，所以，只要企业规模做上去了，合格率达到预期的目标，1W半导体白光灯成本应在2.5元以内。

　　这一目标能否达到，外延材料生长、芯片制造和器件封装同样重要。研究工作表明，半导体照明芯片承受功率密度10W/mm2是没有问题的，只要散热条件足够好，而今后的关键问题在于提高外延材料内量子效率，提高芯片出光效率，提高器件封装效率和散热特性半导体白光照明灯要替代白炽灯和日光灯，在外延、芯片和封装等成本上并没有很大困难，即使上述预测成本提高一倍也还是比较乐观的，这里关键的挑战在于能否大幅度提升技术水平。不断提高外延材料的质量，不断提高发光效率，不断提高器件所能承受的功率密度，解决好器件散热问题，半导体照明灯替代白炽灯和日光灯是必然趋势，其价格一定能降到老百姓能接受的程度。近期国内外技术突飞猛进，预示着半导体照明灯进入千家万户的时代会提前到来。