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LED灯泡廉价时代即将到来

2012-06-18 08:38
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  成本一直是一个主要障碍,妨碍着人们购买高能效LED灯泡。现在,世界上最大的一家LED制造商欧司朗光电半导体公司(Osram Opto Semiconductors)表示,它已经完善技术,能显着降低LED的生产成本。

  白色LED的制备,通常需要给蓝色氮化镓LED涂上黄色荧光粉。制造商通常会培育薄层氮化镓,是在昂贵的蓝宝石基质上进行。相反,欧司朗制备这种设备是在硅基板上进行。硅基板的成本是蓝宝石的三分之一多,甚至可以更便宜,因为可以制成更大的片材。

  这家公司表示,它的硅基白色LED每瓦功率可产生127流明,电源效率为58%,可比蓝宝石上培育的最先进的商用LED。彼得·斯塔斯(Peter Stauss),是欧司朗的项目经理,他说,研究人员正在测试和优化这种设备,期望在未来两到三年开始销售它们。

  欧司朗联合其他几家公司,力争把更便宜的硅基镓氮化发光二极管推向市场。中国晶能光电公司(Lattice Power)声称,已经开始商业化生产,使用的是相同的技术。上个月,加州(California)新创公司普瑞公司(Bridgelux)宣布,已经与东芝合作,制备硅基发光二极管。与此同时,英国的普莱塞半导体公司(Plessey Semiconductors)计划在年底生产硅基氮化镓发光二极管,采用的技术来自剑桥大学(Cambridge University)校办企业凯姆加恩公司(CamGaN)。飞利浦和三星也表示,要致力于硅工艺。

  欧司朗没有说,它的新型LED会便宜多少,但普瑞公司和普莱塞公司都声,这种硅工艺可以降低LED生产成本75%以上。普瑞公司还预测,它的工艺可以降低75瓦的同种LED灯泡的成本,现在卖到40美元,可降低到5美元以下。

  与蓝宝石相比,制备大直径硅片更容易,也更便宜,这就可以削减成本。另一个吸引人的理由是,转向硅可以利用现有的机器,这些机器原先用来制作硅计算机芯片。普瑞公司已经演示了一些设备,就是在20厘米宽的硅片上培育的。

  硅上培育氮化镓的挑战是,这两种材料扩大和收缩的速度不同。发光二极管是在高温下制备,材料冷却时,发光的氮化镓层就会裂开,这是因为与下面的硅的张力。为了解决这个问题,欧司朗和其他公司就培育另外的材料薄膜,如氮化铝镓,就围绕着氮化镓,这就可以平衡冷却过程中产生的张力。

  虽然许多LED厂商都选择硅,但是,加利福尼亚州的新创公司扫拉公司(Soraa)却在使用氮化镓基板。这也减轻了两层晶体结构之间的不匹配,扫拉公司首席技术官迈克尔·克拉梅斯(Michael Krames)说,产生的材料缺陷减少了1000倍,这是对比硅片上培育的材料而言。产生的LED比采用硅基板更昂贵,但是,它们也增亮10倍,这有助于弥补额外的费用。 “真是LED性能驱动[灯泡的总成本,”克拉梅斯说。“此外,这种基板是整体生产成本的一小部分。”

  现在,虽然斯塔说,硅基板的成本优势更有利于厂商,胜过LED。“氮化镓基板可能是一个选择,只要它们便宜得多,但是,今天有没有真正的机会使用它们,”他说。

  史蒂夫·登巴斯(Steve Denbaars)是加州大学圣巴巴拉分校(University of California, Santa Barbara)材料和电气和计算机工程教授,也是扫拉公司创始人之一,他认为,氮化镓和硅基板都有一个公平的机会,可以取代蓝宝石。而氮化镓也会有性能优势,他说,“硅有机会将击败蓝宝石,仅仅因为有很多硅制造设施,安装在世界各地。”

  采用硅片更便宜:欧司朗已在15厘米长的硅晶片上培育氮化镓,制成高性能白色LED。

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