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深紫外LED成为全球LED研究与投资的新热点

浏览次数: 日期:2014-05-13

      以高科技创新为特色的深紫外LED应用广泛,将成为全球LED研究与投资的新热点,过度的投入使LED蓝绿光市场迅速变成红海,而深紫外LED市场还是一片蓝海。

  深紫外光是指波长100纳米到280纳米之间的光波,半导体深紫外光源在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。以AlGaN材料为有源区的深紫外LED的发光波长能够覆盖210-365nm的紫外波段,是实现该波段深紫外LED器件产品的理想材料,具有其它传统紫外光源无法比拟的优势。

  未来LED市场可能被划分为两部分,一部分是面向通用照明的可见光LED,另一类则是以高科技创新为特色的深紫外LED。目前,LED行业大部分的投资都涌入了蓝绿光领域。过度的投入使LED蓝绿光市场迅速变成红海,而深紫外LED市场还是一片蓝海,其广阔的市场前景,成为继半导体照明LED之后,全球LED研究与投资的新热点。

  深紫外LED的应用很广泛,其中包括:饮用水、空气、饮料、药品包装的消毒;手术器械消毒及无菌状态保持;在冰箱内,杀灭存活的霉菌孢子,更加延长食物保存期。除消毒作用外,深紫外LED还能够进行光化学催化、油墨固化等等。

  随着科技的发展,深紫外LED替代原有的应用技术和产品有着广阔的市场应用前景,AG亚游集团将深紫外LED与其替代的部分产品进行对比,其优势明显:

  水银灯:在医疗和食品领域,经常使用低压水银灯杀菌,但是由于水银容易对环境造成危害,所以研究人员一直希望找到性能优良的环保替代品。深紫外线是一种波长比较短的紫外线,杀灭细菌和病毒的效率比较高。尽管传统水银灯的总输出功率大,单位面积输出光强却非常弱,只有280纳米紫外发光二极管的几百分之一。因此,深紫外280纳米波段LED比传统汞灯更适合近距离快速消毒,而且设备体积特别小巧。

  传统紫外灯:传统紫外灯由于其工作原理的需要,与属于半导体产品的LED相比,体积非常庞大,需要高压启辉。此外,尽管传统水银灯的总输出功率大,单位面积输出光强却非常弱,只有280纳米紫外发光二极管的几百分之一。因此,深紫外280纳米波段LED比传统汞灯更适合近距离快速消毒,而且设备体积特别小巧。

  汞灯:汞灯紫外光源相比,基于氮化铝镓(AlGaN)材料的深紫外LED具备坚固、节能、寿命长、无汞环保等优点,正逐步渗入汞灯的传统应用领域。

  在LED照明大红大紫的现在,蓝光危害一次也进入了人们的视野,引起业内的不少讨论。蓝光危害有多大?目测目前尚无定论。那么深紫外LED对人体是否有伤害?新世纪LED网记者在互联网上了解到,深紫外280纳米波段LED功率很小,其高效杀菌作用靠的是极高的单位面积照度,而不是高功率。而LED单位面积照度随距离的平方成反比。因此,在杀菌工作距离以外,深紫外LED对人体皮肤的作用微乎其微。此外,深紫外LED体积小巧,便于隐藏设计,不到0.1毫米厚的的普通玻璃和塑料能完全吸收深紫外线。就如同日常生活中的打火机、刀具、电源插座等一样,只要正确使用,设计合理的紫外LED用品的安全性是完全可以保证的。

      2012年全球深紫外LED的潜在应用市场规模在60亿美元左右。美国SECT公司早在2011年便推出了寿命超过10,000小时的深紫外光(UV)LED产品;日本U-VIX致力于紫外光源应用开发,其2010年销售额仅为200万美元,而2011年销售额就超过了1,000万美元;青岛杰生2010年底建成投产了我国首条波长280纳米的深紫外LED生产线,研发生产的具有自主创新知识产权的深紫外LED产品,他们自主研发生产的国内首台深紫外LED外延生长设备,打破了该设备一直被国外公司垄断的局面;2011年底,三安光电与合作伙伴CRYSTALISINC(USA)推出了当时世界上亮度最高的深紫外LED芯片……

  美国在深紫外的研究方面领先,但是近年已经被日本超越;我国台湾和韩国起步相对较晚,但在该领域也取得了一些进展;国内在该领域近年来发展很快,装备、材料和器件方面都有了一定的积累,目前正在积极的向应用模块发展。

  
201396下午,中国科学院承担的国家重大科研装备研制项目——“深紫外固态激光源前沿装备研制项目在北京通过验收,使我国成为目前世界上唯一能够制造实用化深紫外全固态激光器的国家;而作为国内氮化铝镓基深紫外LED的重要研发机构,中国科学院半导体研究所半导体照明研发中心在国家863计划的支持下,在氮化铝镓材料的外延生长和掺杂以及深紫外LED芯片的制备工艺等方面同样积累了多年研发经验,目前已成功实现发光波长从260nm300nm的深紫外LED芯片系列,并已具备产业化批量生产能力;厦门大学物理与机电工程学院教授康俊勇研究组下的课题小组经过几年攻关,课题小组副教授黄凯与博士生高娜等借用一个超薄铝膜破解了深紫外LED器件光抽取效率关键难题,为未来此类器件在医疗、环保、军事等领域的产业化应用开启新的方法和思路。

  据了解,目前深紫外LED正处于技术发展期,在专利和知识产权方面限制较少,有利于占领、引领未来的技术制高点。在大规模产业之前,还需要国家的引导和支持,以便在核心技术方面取得先机。

  在这一领域拥有领先技术的国外企业今年纷纷加码这一市场,据悉日本旭化成拟在2014年兴建可量产具有杀菌效果的紫外线LED的测试性产线,年产能虽不明,惟预估旭化成将对子公司富士支社投下数十亿日圆,导入可因应初期量产的设备,目标为在2020年度达成营收300亿日圆的目标。此外,位于日本东京的日机装公司表示,公司正在设立新的深紫外LED工厂,目标是在2014年中开始投产,UVBUVC LED光源年产能超过100万组。

  与可见光LED相比,目前深紫外LED的发光效率和光输出功率普遍较低。要从根本上提高氮化铝镓基深紫外LED发光效率低和出光功率低两大性能瓶颈,重点要研究如何突破低位错密度的AlNAlGaN材料核心外延与掺杂技术,设计出高量子效率和高光提取效率的LED器件结构,以及开发高可靠性的芯片制备工艺和光珠封装技术。

  ——中国科学院半导体研究所研究员 张韵

  目前,高Al 组分族氮化物材料质量不高,所制备的深紫外LED 发光器件仍存在内量子效率、载流子注入效率和沿c 轴方向正面出光效率较低的难题,因而制约了高效紫外发光器件的制备。

  ——厦门大学福建省半导体材料及应用重点实验室 陈航洋

  我认为应该由科技部牵头,从国家层面制定政策,用来支持鼓励这类行业的发展。而有了政府导向,投资人也会追渐转变态度,从而良性循环

  ——青岛杰生电气有限公司副总裁 周瓴

  随着中国经济的发展,生活水平的提高,人们会更加追求高品质的生活,会更加关注健康,这些需求必然会激发深紫外LED应用市场的发展。

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