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LED藍紫爭鋒：白色LED曇花一現(xiàn)？紫色LED優(yōu)勢明顯？
發(fā)布時間2021-07-26
“使用藍色LED的白色LED早晚會消失。”中村修二在7月24日舉行的“GaN掀起能源革命”研討會上發(fā)表演講時說出的這番言論，震驚業(yè)內(nèi)外。中村修二當初因開發(fā)出高效藍色LED而獲得2014年諾貝爾物理學獎，如今竟一舉“推翻”這一成果，是藍色LED本身缺陷明顯，還是其出于對新公司Soraa主推紫色LED的宣傳？未來藍色LED是否會退出歷史舞臺？
◆中村言論出于參股公司利益？
LEDs是基于半導體元件的窄帶光源，發(fā)光波長范圍從紅外到紫外。第一個LEDs的發(fā)光波長為紅外到綠光不等。藍光LEDs則需要研究高質(zhì)量晶體的生長技術、寬帶隙半導體的p型摻雜控制技術，而這些技術只有在1980s末期在GaN體系上得以實現(xiàn)。另外，高效藍光LED的研發(fā)也需要制備出具有不同組成的GaN基合金，并需要將之集成為異質(zhì)結(jié)和量子阱類的多層結(jié)構(gòu)。
熒光材料受藍光LED照射激發(fā)，會發(fā)出綠、紅譜段的光，它們與藍光合并后看起來就是白光。另外，具有不同互補色(紅/綠/藍)的幾個LEDs一起用也可以形成白光。以上兩種技術被用在當今的高效電致發(fā)光白光光源中，實現(xiàn)了顯著的節(jié)能效果。
但中村修二如今指出，一方面，由藍色LED芯片和黃色熒光體組合而成白色LED，發(fā)光的波長不均衡，并且存在藍色光的峰值強度較高、容易引起睡眠障礙的問題，即“藍光問題”。
另一方面，普通的由藍色LED和熒光材料組成的白色LED不含紫外線。因此，與含有陽光和紫外線的其他光源相比，呈現(xiàn)出的色彩有時會存在差別。
由此，中村修二宣判“使用藍色LED的白色LED早晚會消失”，并指出“美國Soraa公司銷售的白色LED是解決對策?！?br/> 而據(jù)了解，Soraa是中村作為共同創(chuàng)始人(co-founder)設立的LED風險企業(yè)，主要銷售在紫色LED芯片上組合使用紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)熒光體的白色LED。這不禁令人聯(lián)想到，他的這番言論會是出于其參股公司自身利益？
對此，大部分LED行業(yè)專家表示可能性較高。
WhichLEDs從在商言商的角度上看，認為中村是有為其參股公司做宣傳的可能?！白约喊l(fā)明出來的東西被自己看衰，其實也是挺有趣的。從二戰(zhàn)中傷亡人數(shù)來看，如諾貝爾先生健在，也應該非常恨自己發(fā)明了TNT炸藥吧?！?br/> 中國照明電器協(xié)會副理事長、南京工業(yè)大學電光源材料研究所所長王海波同樣表示此并不奇怪，“中村說這段話的背景情況，很自然讓人想到是為了商業(yè)目的?！?br/> “應該反過來看，因為他看到紫色LED的前景，才會投入這樣一家以紫色LED研發(fā)為主的公司。對于這番言論是否出于公司利益就不得而知了?！敝袊⊥翆W會專家組專家、中國稀土協(xié)會光功能材料分會秘書長、上海市照明學會理事吳虹建議用逆反思維看待此事。
江蘇博睿光電有限公司副總經(jīng)理梁超則認為中村修二并不是出于公司利益，“作為一名獲得諾貝爾獎的科學家，應該是具有很高的道德水準和職業(yè)操守，對于其看衰藍光LED的觀點，是有理論支撐的，當然也具有合理性?！?br/> 晶能光電副總裁陳振亦認同此觀點，“我相信他做出的判斷應該是基于他的理解和出發(fā)點?！?br/> ◆紫色LED優(yōu)勢明顯？
中村修二的言論是否真的出于公司利益，我們無法做出定論，但其現(xiàn)今所推崇的紫色LED是否真的會將藍色LED取而代之，可客觀分析看看。
吳虹對于紫色LED的發(fā)展前景持以肯定態(tài)度，“紫色光轉(zhuǎn)換白光效率更高，光譜分布均衡，顯色指數(shù)相對較好，對于節(jié)能減排、提高光品質(zhì)有重要的意義。雖然目前受價格高企影響，還未能普及，但優(yōu)勢明顯?！?br/> ◆具體來看，通過紫色LED得到的白色LED有何優(yōu)勢？
1、顯色指數(shù)高。
這種白色LED是通過紫色LED激發(fā)熒光體來獲得藍色光，藍色光的峰值強度不太高。而且，還能輸出可見光波長范圍內(nèi)所有的光，因此顯色指數(shù)比較高，可實現(xiàn)像太陽光一樣的理想白色。而且它的紅色顯色指數(shù)“R9”尤其高，平均顯色指數(shù)“Ra”也高達95。
2、發(fā)光效率高。
（1）因為紫色LED采用GaN基板制造，是在GaN基板上層疊GaN類半導體制作了紫色LED芯片，屬于“GaN on GaN”型LED，GaN類半導體層的結(jié)晶品質(zhì)比較高，所以紫色LED發(fā)光效率高，而且效率的提高速度快。
（2）紫色LED芯片為三角形，普通LED芯片的形狀為四角形，與之相比，三角形LED芯片的發(fā)光層發(fā)出的光線射到芯片外的效率(光提取效率)更高。
由于紫色LED的晶體品質(zhì)及光提取效率都很高，因此光輸出除以投入電力所得到的“WPE(wall-plug efficiency，電光轉(zhuǎn)換效率)”可達到84%。而普通藍色LED的WPE僅為50～60%。
（3）普通的藍色LED芯片是在藍寶石基板上制作的。由于GaN類半導體與藍寶石的晶格常數(shù)等不同，因此容易出現(xiàn)稱為“位錯”的結(jié)晶缺陷。
而采用GaN基板幾乎不存在晶格常數(shù)的差異，因此很難出現(xiàn)結(jié)晶缺陷。與采用藍寶石基板的產(chǎn)品相比，位錯密度可降至約1/1000。
（4）紫色LED芯片的另一特點是不易出現(xiàn)“光效下降(droop)”問題。光效下降是為了提高發(fā)光強度而增加驅(qū)動電流密度時，引起的發(fā)光效率下降的現(xiàn)象，也是提高亮度時存在的一大課題。
而GaN on GaN型產(chǎn)品的晶體品質(zhì)較高，與藍寶石基板型產(chǎn)品相比，不易發(fā)生光效下降問題。因此，與藍寶石基板型產(chǎn)品相比，GaN基板型產(chǎn)品可使電流密度提高至5～10倍。
◆藍色LED將被擠出歷史舞臺？
利用紫光或紫外LED激發(fā)RGB三色熒光粉，獲得高顯色白光LED技術，在當前芯片效率已經(jīng)提高到一個新的量級情況下，獲得業(yè)內(nèi)越來越多的青睞。
◆那么，藍色LED會否最終退出歷史舞臺？
WhichLEDs表示，紫色加紅綠藍三基色熒光粉，在傳統(tǒng)熒光燈上已實現(xiàn)了規(guī)模量產(chǎn)。只是開發(fā)出紫色LED來代替?zhèn)鹘y(tǒng)熒光燈里采用高壓電弧擊穿汞蒸氣形成紫外線的過程，可是紫外LED形成的白光并不具備壓倒性優(yōu)勢。藍光作為三基色的一種，是形成白光的必要條件，不會退出歷史舞臺。
“藍光LED產(chǎn)生的白光光源有其弊端也有其優(yōu)點，其中藍光尖峰和點光源為最突出問題。而目前通過熒光粉技術可以減少藍光的強度，提高光源的顯色性，通過配光技術則可以改善眩光影響”，王海波認同紫光的巨大應用前景，但亦表示藍光品質(zhì)還可以被不斷優(yōu)化，“藍光LED的研究者們，還在不斷的提高光源質(zhì)量，相信藍光會做得更有市場競爭力”。
分別依仗成本優(yōu)勢和技術優(yōu)勢，藍光LED和紫光LED的較量還不算明朗，王海波把兩者關系比作“液晶電視和等離子電視”，即出于同一目的，采取的不同技術路徑，真正的競爭結(jié)果目前還不能“妄下結(jié)論”，他表示，“誰能在市場上勝出，就如同高考一樣，取決于自身考試成績，也取決于別人考的好壞，最終還是看兩者比較優(yōu)勢”。
陳振認為基于藍色LED的白光LED仍然是照明的主流，而基于紫色LED的白色LED可以用于高端照明，“一個產(chǎn)品是否會被代替，技術原因只是占到很小一部分。產(chǎn)品成本、使用習慣、主流廠商的選擇都是影響一個產(chǎn)品市場占有率的重要原因?！?br/> 梁超則從全局角度來看，“紫光LED是否真正能夠引領未來市場主流，進而逼迫藍光LED退出市場，至少目前還難以做出清晰的判斷。相關配套的材料、裝備、產(chǎn)業(yè)鏈的配套水平等等，都影響著行業(yè)的發(fā)展進程?！?br/> ◆白色LED技術是曇花一現(xiàn)？
有網(wǎng)友認為，無論是藍色LED或是紫色LED產(chǎn)生的白色光源即使非常接近自然光，但是它的眩光和藍光輻射依舊存在，對人眼并不健康。并且，從色彩還原度和發(fā)光柔和度來看，可能有比LED更為出色的替代光源。
◆那么這種更接近自然光的白色LED技術是曇花一現(xiàn)還是集大成的發(fā)展趨勢？
WhichLEDs分析道，眩光的產(chǎn)生不是LED特有的，所有具有高亮度的光源都有可能產(chǎn)生眩光，越是高能量的光線對人體的皮膚和眼細胞破壞越大，所以它不會是LED的一個弊端，通過合理的燈具設計和控制眩光。在未來的白光中控制光譜成分中藍光的強度可合理控制藍光輻射問題。
同樣，追溯到紫外LED，可能輻射度更強，這也將是紫外LED推廣的一大難點。目前PHILIPS 推廣的Cirsp White 的COB產(chǎn)品中添加了410nm波長的紫色LED，能激發(fā)出纖維中的熒光劑成分，形成炫白。可是這樣的燈具并不能作為主照明使用，只能作為服裝店或局部攝影棚使用，長期處于那樣的環(huán)境中，會對皮膚產(chǎn)生更大的破壞。
“而在色彩還原性方面，不是LED的強項，不能排斥其他技術的產(chǎn)生能達到非常高的色彩還原度和更加柔和的發(fā)光效果。照明的替代具有不同場合，雖然LED不是所有場合的最佳替代，但可能是局部場合的最佳替代，只要做好這部分替代市場即可，畢竟一項技術不可能滿足所有的需求。”WhichLEDs進而分析道。
“就現(xiàn)有的技術和產(chǎn)品而言，真正能夠?qū)崿F(xiàn)最佳替代的光源一定是LED?！标愓裾J為LED自身優(yōu)勢無可比擬?！吧蔬€原度和發(fā)光柔和度都是可以調(diào)整的參數(shù)，只要犧牲亮度和成本在這方面都可以做得很好。目前有兩個技術對LED的全光源地位有影響，這兩種技術是OLED和LEP。但是這兩種技術遠遠達不到取代LED的地位。只能說這兩種技術在某些細分領域有優(yōu)勢，可能是LED光源的一個補充?！?br/> 從白熾燈到LED燈，照明的發(fā)展經(jīng)歷了熱輻射光源、氣體放電光源到固態(tài)光源的發(fā)展歷程，每次變革即是人工照明領域的一次革命。王海波表示，“固態(tài)照明領域還將不斷產(chǎn)生新的光源，包括紫外LED、OLED、量子點技術、激光照明等等，但任何一種光源都是照明技術發(fā)展的一站，都不會是這種發(fā)展的終結(jié)”。
吳虹亦認為，LED在目前來看也確實不能算作最優(yōu)秀的光源，但LED依舊還有很多潛力優(yōu)勢沒有完全挖掘發(fā)揮出來，至于熱炒的QLED、OLED等光源技術雖在發(fā)展，但概念炒作明顯，從業(yè)者還是要腳踏實地，勿瞻前顧后。
“其實，光源的替代進程正在發(fā)生。”梁超坦言。對于白光LED的發(fā)展，他認為應該首先從普通消費大眾的需求來衡量，“目前企業(yè)不斷發(fā)布具有更高的顯色性或更高等級的其他指標的產(chǎn)品，往往是出于純粹技術指標上競爭的目的。這些指標的不斷提升，是否真的為消費者帶來更好的使用體驗，也許尚不得知?！?br/> WhichLEDs針對白色LED的發(fā)展趨勢發(fā)表了自己的一些看法。白色LED主要以滿足照明為主，發(fā)展趨勢也可從滿足照明需求的層次來談：
1、必須要具有高的效率。高效率可以節(jié)能，全球約有12%的能源花費在照明功能上。
2、具有高的顯色指數(shù)。高顯色指數(shù)和高色彩飽和度更能具有色彩還原度，能還原出太陽光所照射的顏色。
3、具有高的色彩飽和度。未來白光LED會向全光譜光源發(fā)展，當然，全光譜不僅僅是LED的努力結(jié)果，還必須要配合不同激發(fā)波長的熒光粉。
“科學絕不是也永遠不會是一本寫完了的書。每一項重大成就都會帶來新的問題，任何一個發(fā)展隨著時間推移都會面臨新的問題，而我們就是要不斷去解決它”，愛因斯坦曾這樣說過科學，藍光LED與紫光LED同樣如此，都不會裹足LED的技術發(fā)展，但一定會成為LED技術應用過程中里程碑式的一筆。
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