藍海探秘:深紫外LED的水有多深

有研究報告顯示,以高科技創新為特色的深紫外LED應用廣泛,將成為全球LED研究與投資的新熱點,過度的投入使LED藍綠光市場迅速變成紅海,而深紫外LED市場還是一片藍海,那么這片藍海水有多深?要進入這片藍海淘金,企業需要作何準備?

理想的替代光源

深紫外光是指波長100納米到280納米之間的光波,半導體深紫外光源在照明、殺菌、醫療、印刷、生化檢測、高密度的信息儲存和保密通訊等領域具有重大應用價值。以AlGaN材料為有源區的深紫外LED的發光波長能夠覆蓋210-365nm的紫外波段,是實現該波段深紫外LED器件產品的理想材料,具有其它傳統紫外光源無法比擬的優勢。

互聯網資料顯示,未來LED市場可能被劃分為兩部分,一部分是面向通用照明的可見光LED,另一類則是以高科技創新為特色的深紫外LED。目前,LED行業大部分的投資都涌入了藍綠光領域。過度的投入使LED藍綠光市場迅速變成紅海,而深紫外LED市場還是一片藍海,其廣闊的市場前景,成為繼半導體照明LED之后,全球LED研究與投資的新熱點。

深紫外LED的應用很廣泛,其中包括:飲用水、空氣、飲料、藥品包裝的消毒;手術器械消毒及無菌狀態保持;在冰箱內,殺滅存活的霉菌孢子,更加延長食物保存期。除消毒作用外,深紫外LED還能夠進行光化學催化、油墨固化等等。

隨著科技的發展,深紫外LED替代原有的應用技術和產品有著廣闊的市場應用前景,我們將深紫外LED與其替代的部分產品進行對比,其優勢明顯:

水銀燈:在醫療和食品領域,經常使用低壓水銀燈殺菌,但是由于水銀容易對環境造成危害,所以研究人員一直希望找到性能優良的環保替代品。深紫外線是一種波長比較短的紫外線,殺滅細菌和病毒的效率比較高。盡管傳統水銀燈的總輸出功率大,單位面積輸出光強卻非常弱,只有280納米紫外發光二極管的幾百分之一。因此,深紫外280納米波段LED比傳統汞燈更適合近距離快速消毒,而且設備體積特別小巧。

傳統紫外燈:傳統紫外燈由于其工作原理的需要,與屬于半導體產品的LED相比,體積非常龐大,需要高壓啟輝。此外,盡管傳統水銀燈的總輸出功率大,單位面積輸出光強卻非常弱,只有280納米紫外發光二極管的幾百分之一。因此,深紫外280納米波段LED比傳統汞燈更適合近距離快速消毒,而且設備體積特別小巧。

汞燈:汞燈紫外光源相比,基于氮化鋁鎵(AlGaN)材料的深紫外LED具備堅固、節能、壽命長、無汞環保等優點,正逐步滲入汞燈的傳統應用領域。

在LED照明大紅大紫的現在,藍光危害一次也進入了人們的視野,引起業內的不少討論。藍光危害有多大?目測目前尚無定論。那么深紫外LED對人體是否有傷害?新世紀LED網記者在互聯網上了解到,深紫外280納米波段LED功率很小,其高效殺菌作用靠的是極高的單位面積照度,而不是高功率。而LED單位面積照度隨距離的平方成反比。因此,在殺菌工作距離以外,深紫外LED對人體皮膚的作用微乎其微。此外,深紫外LED體積小巧,便于隱藏設計,不到0.1毫米厚的的普通玻璃和塑料能完全吸收深紫外線。就如同日常生活中的打火機、刀具、電源插座等一樣,只要正確使用,設計合理的紫外LED用品的安全性是完全可以保證的。

業界紛紛投入

許多企業早已發現這一片新藍海并投入進來,并在這一領域形成商業化。據相關數據統計,2012年全球深紫外LED的潛在應用市場規模在60億美元左右。美國SECT公司早在2011年便推出了壽命超過10,000小時的深紫外光(UV)LED產品;日本U-VIX致力于紫外光源應用開發,其2010年銷售額僅為200萬美元,而2011年銷售額就超過了1,000萬美元;青島杰生2010年底建成投產了我國首條波長280納米的深紫外LED生產線,研發生產的具有自主創新知識產權的深紫外LED產品,他們自主研發生產的國內首臺深紫外LED外延生長設備,打破了該設備一直被國外公司壟斷的局面;2011年底,三安光電與合作伙伴CRYSTALISINC(USA)推出了當時世界上亮度最高的深紫外LED芯片……

除了有諸多企業紛紛投入這一藍海之外,全球科研機構也展開了這一領域的研發,據了解,美國在深紫外的研究方面領先,但是近年已經被日本超越;我國臺灣和韓國起步相對較晚,但在該領域也取得了一些進展;國內在該領域近年來發展很快,裝備、材料和器件方面都有了一定的積累,目前正在積極的向應用模塊發展。

2013年9月6日下午,中國科學院承擔的國家重大科研裝備研制項目——“深紫外固態激光源前沿裝備研制項目”在北京通過驗收,使我國成為目前世界上唯一能夠制造實用化深紫外全固態激光器的國家;而作為國內氮化鋁鎵基深紫外LED的重要研發機構,中國科學院半導體研究所半導體照明研發中心在國家863計劃的支持下,在氮化鋁鎵材料的外延生長和摻雜以及深紫外LED芯片的制備工藝等方面同樣積累了多年研發經驗,目前已成功實現發光波長從260nm到300nm的深紫外LED芯片系列,并已具備產業化批量生產能力;廈門大學物理與機電工程學院教授康俊勇研究組下的課題小組經過幾年攻關,課題小組副教授黃凱與博士生高娜等借用一個超薄鋁膜破解了深紫外LED器件“光抽取效率”關鍵難題,為未來此類器件在醫療、環保、軍事等領域的產業化應用開啟新的方法和思路。

據了解,目前深紫外LED正處于技術發展期,在專利和知識產權方面限制較少,有利于占領、引領未來的技術制高點。在大規模產業之前,還需要國家的引導和支持,以便在核心技術方面取得先機。

在這一領域擁有領先技術的國外企業今年紛紛加碼這一市場,據悉日本旭化成擬在2014年興建可量產具有殺菌效果的紫外線LED的測試性產線,年產能雖不明,惟預估旭化成將對子公司“富士支社”投下數十億日圓,導入可因應初期量產的設備,目標為在2020年度達成營收300億日圓的目標。此外,位于日本東京的日機裝公司表示,公司正在設立新的深紫外LED工廠,目標是在2014年中開始投產,UVB和UVC LED光源年產能超過100萬組。‖

行業的成長需要良好的土壤

與可見光LED相比,目前深紫外LED的發光效率和光輸出功率普遍較低。要從根本上提高氮化鋁鎵基深紫外LED發光效率低和出光功率低兩大性能瓶頸,重點要研究如何突破低位錯密度的AlN和AlGaN材料核心外延與摻雜技術,設計出高量子效率和高光提取效率的LED器件結構,以及開發高可靠性的芯片制備工藝和光珠封裝技術。

——中國科學院半導體研究所研究員 張韻

目前,高Al 組分Ⅲ 族氮化物材料質量不高,所制備的深紫外LED 發光器件仍存在內量子效率、載流子注入效率和沿c 軸方向正面出光效率較低的難題,因而制約了高效紫外發光器件的制備。

——廈門大學福建省半導體材料及應用重點實驗室 陳航洋

我認為應該由科技部牽頭,從國家層面制定政策,用來支持鼓勵這類行業的發展。而有了政府導向,投資人也會追漸轉變態度,從而良性循環

——青島杰生電氣有限公司副總裁 周瓴

隨著中國經濟的發展,生活水平的提高,人們會更加追求高品質的生活,會更加關注健康,這些需求必然會激發深紫外LED應用市場的發展。

——青島杰生電氣有限公司董事長 張國華

結束語

"目前深紫外LED在我國的市場尚未完全打開,由于技術難度大,許多欲進入這一領域的企業望而卻步,但是隨著LED市場的日漸飽和,企業想在LED市場有所斬獲,除了有發現的目光外,還需有過硬的技術作為支撐。"

 

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點擊次數:  更新時間:2014-03-20 14:06:35  【打印此頁】  【關閉
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