将与LED照明竞争的三大发光新材料

 虽然从LED主要技术指标来看，我国LED产业还有很大的推进空间，还需在初具规模的产业基础上，加大对LED的研发力度，掌握LED核心技术，突破国外专利制约，进一步拓展国内外半导体照明市场，为人们提供更加节能、环保、健康、舒适的照明环境。现对于目前芯片领域的发展概况及未来与LED进行竞争的几种新型材料加以总结。

1.LED衬底简况

目前用于LED产业化的衬底主要有蓝宝石(Al2O3)、SiC、Si和GaN。

Cree用SiC衬底，全球很多企业正在开发Si衬底，东芝曾经宣布投产8″Si衬底。其余的企业以蓝宝石为主，全球生产蓝宝石衬底有130多家，其中80多家是近两年加入的。目前以2″和4″衬底片为主，几年后将以6″为主，会达到50%以上。有人预测2016年蓝宝石、Si和GaN这三类衬底将各占三分之一。近几年全球正在研究开发很多LED新衬底，并取得突破性进展。

中国开发、生产蓝宝石衬底的企业50多家，其中已投产20多家，我国生产能力已超过1亿片/年(以2″计算)，超过全球的需求量，而且蓝宝石企业直接生产PSS衬底的不多，目前蓝宝石国产化约50%，企业的竞争力较差，走向转型、整合、兼并是必然的。另外，南昌晶能采用Si衬底量产LED，国内还有很多研究所、企业正在开发同质衬底、复合衬底和SiC衬底，并取得很大成果。

2.LED外延及芯片产业简况

全球从事LED外延及芯片研发生产单位约169家(另有报导为142家)，共有MOCVD设备约3000台(另有报导为2800台)，其生产能力以4″计算为200万片/月，其中比例大约为：中国25.8%、台湾21.8%、日本19.2%、韩国17.3%、美国11%、欧洲2.8%。

中国LED外延及芯片企业50多家，其中投产的30多家，开工率为50~60%，产量超过1000亿只(含小芯片和四元系芯片)，产值约84亿元(另有报导为105亿元)。由于国内上游企业过多，大部分企业规模偏小，走向整合、兼并是必然的。另外国内有十几二十家企业正在研发制造MOCVD设备，有的已在上游企业试用或正式投产。还有外延用的MO源：三甲基(镓、铟、铝、锑)、三乙基(镓、锑)、二甲基锌、二乙基(锌、碲)等国产化率已达60%。

3.LED主要技术指标

日亚、飞利浦、欧司郎等几个大企业实验室水平，光效均超过200lm/w，Cree公司实验室光效已超过276 lm/w。首尔半导体“npolo”LED，声称在1mm2芯片上要实现1000光通量，三菱化学同样提出达1000lm光通量，称为LED光源的终极目标。日本田村制作提出在2mm见方芯片要实现2000~3000 lm光通量。美国加洲大学圣巴巴拉分校提出光效要达到300 lm/w。美国Soraa公司采用GaN-on-GaN技术制作LED替代灯，使每盏灯用一只LED器件，谱写了LED技术新篇章，即LED2.0版。美国SSL计划修定中提出LED光效产业化水平达266 lm/w为终极目标。目前全球LED产业化光效水平为120~150 lm/w。

4.发光新材料

发光新材料将来有可能进入照明领域，与LED照明竞争。

(1)有机发光二极管

目前OLED有效的光效一般在30~60 lm/w，将在特种照明领域获得应用。据国外相关机构预测：OLED照明市场于2021年将达400多亿美元，另一机构预测于2018年达400亿美元。现阶段主要问题除某些技术外，价格偏高，但前景是乐观的。

(2)量子点发光技术

量子点(Quantun Dot简写QD)是用纳米技术制作的，QD颗粒一般在2~12nm之间，量子点发光体由发光核、半导体壳、有机配位体组成，在电或短波光的激发下会发射不同波长的光，接近连续可见光光谱，例如CdSe(硒化镉)当颗粒2.1nm时发蓝光，当5nm时发射绿光，接近10nm时发射接近红光，其优点：发光稳定、内量子效率高。

目前量子点发光效率接近OLED水平，QD发光具有广泛应用，除了在显示及照明领域外，还可应用于蓝光激光、光感测元件、单电子晶体管、记忆储存……，现阶段QD主要在显示应用上取得显著效果，将最有希望替代OLED。在照明方面与LED结合产生色彩丰富，十分明亮的暖白光。

(3)超薄非结晶电介层发光芯片

由美国德洲农机大学化学工程系开发的一种发光芯片、采用在硅晶园上进行室温溅射沉积方法，制成电介质膜，其中有纳米晶层，可提升发光密度，在工艺中可与硅IC兼容，工艺简单，是个新的纳米发光材料技术。虽然目前发光寿命较短，但将来会更长。

上述几种发光新材料，OLED在照明领域的份额迟早提升，而且会在特殊照明领域中占有一定比例。至于量子点及超薄介质中的发光层均为纳米级量子层，是纳米发光新材料。应要高度重视纳米发光技术的研究和开发，将来有可能进入照明领域，并替代LED照明产品。